抗裂与防腐蚀耐久性混凝土配合比设计及其性能

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1、抗裂与防腐蚀耐久性混凝土配合比设计及其性能张利俊，秦宪明，李春亮，蒋玉川，乔渊（中国建筑材料科学研究总院中国建筑材料检验认证中心北京100024）摘8：杭州地铁1号线工程多为地下工程，地下水位高，土体含水量大，而且属于大体积混凝土结构。混凝土的收缩变形会导致混凝土结构出现开裂和渗漏水现象，另外，地质详堪揭示，沿线部分地段地下水中的氯离子浓度在700〜1000mg/L之间，最高值达到5000mg/L,氯离子浓度偏高，对地下混凝土结构中的钢筋具有腐蚀性。本文介绍了针对上述地质环境情况的耐久性混凝土配合比设计思路，同时给出了所配制高性能混凝土的性能.关键词：高性能混凝土；耐久性；抗裂；氯离子渗透；碳

2、化1前言杭州地铁1号线工程多为地下工程,地下水位高，土体含水量大，而且属于大体积混凝土结构。工程地质详堪揭示，沿线部分地段地下水中的氯离子浓度在700〜1000mg/L之间，最大值达到5000mg/L,地下水中氯离子浓度偏高，对地下混凝土结构中的钢筋具有较强腐蚀性。如何配制抗裂性和密实性较好的耐久性混凝土，杲确保地铁工程混凝土抗渗透性能好、避免钢筋锈蚀的关键环节，从而确保混凝土使用寿命达到100年的要求。影响混凝土裂缝的因素繁多，且非常复杂，在此不一一详述。大量的工程裂缝研究资料表明，目前混凝土的裂缝主要以早期非结构性的混凝土收缩裂缝为主,而产生非结构性混凝土收缩裂缝的主要原因是约束状态下的混

3、凝土收缩，这些裂缝有表面的，也有贯穿的，无论哪种裂缝，在高水压、氯离子环境下，对混凝土的耐久性都存在着危害性。氯离子会通过混凝土裂缝渗入混凝土内部，并直接到达钢筋表面引起钢筋的锈蚀，钢筋锈蚀后体积膨胀将混凝土保护层涨裂，又会加速钢筋锈蚀过程，最后导致保护层剥落，钢筋完全失效，因此，裂缝问题将直接影响混凝土的耐久性.2混凝土的技术路线及原材料的选择高性能混凝土的研究是当今土木工程界最热门的课题之一•“高性能混凝土（HPCf一词提出己有接近20年的历史，但至今对它仍没有权威的解释或定义。HPC这一概念传入我国，正值基础设施建设的高潮和高强混凝土（HSC）推广应用时节，因此被普遍地认为HPC就是“三

4、高”（高工作度、高强度和高耐久性）混凝土。还有不少人认为：掺有高效减水剂和掺合料，工作度满足泵送要求的高强混凝土就是HPCo大部分的国内学者将“掺加了大量优质磨细矿粉和粉煤灰、并采用优质高效减水剂大幅度降低混凝-土的水胶比”的混凝土称为高性能混凝土。我国己故的著名混凝土专家吴中伟院士认为，应该根据用途和经济合理等条件对性能有所侧重，现阶段HPC强度下限可向中等强度（30MPa）适当延伸，但以不损害混凝土内部结构（孔结构、界面结构、水化结构等）的发展与耐久性为限，并据此提出了HPC的初步定义为：HPC是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高混凝土性能的基础上，釆用现代混凝土技术，选用优质原材料，

5、在严格质量管理的条件下制成的；除了水泥、水、骨料以外，必须摻加足够数議的掺合料与高效外加剂，HPC重点保证下列性能：高耐久性、高施工性、满足工程需要的力学性能、体积稳定性以及经济合理性.由于钱塘江和长江流域采砂的限制，杭州地•区普遍使用混合砂和单颗粒级配的碎石供应商品混凝土。地铁混凝土的强度等级一般以C30混凝土为主，C40、C50、C60混凝土占的比例极少，在进行地铁混凝土耐久性设计时，必须考虑到大部分的混凝土强度等级只有中等强度等级（C30）这一现实，混凝土的耐久性的保证不宜通过大幅度提高混凝土的强度等级来实现。鉴于上述基本条件，要配制杭州地铁用的高性能混縦土,选择合适的混凝土摻合料和混凝

6、土外加剂就尤为重要。结合高性能混凝土的发展现状、杭州的原材料情况、地铁工程的特点和地质水文情况，我们选用了优质缓凝型高效减水剂（泵送剂）、优质粉煤灰和具有补偿收缩作用的抗裂防水剂（氯离子含量高的标段选用防腐型抗裂防水剂）来配制地铁工程用的高性能耐久性混凝土。由于地铁混凝土普遍存在体积较大的特点，例如车站墙体、区间隧道的侧拱混凝土厚度达600〜800mm,车站底板、区间仰拱混凝土的厚度厚达800mm,甚至达到1000mm、2000mm等•等，混凝土的水化热控制是控制地铁混凝土裂缝的关键措施，采用减水率高的缓凝型减水剂，不仅可以实现“低水胶比混凝土提髙混凝土的密实性”，而且在混凝土密实性相同的情况

7、下，可以大幅度降低胶凝材料的总量，降低水化热。缓凝作用的目的是为了控制混凝土的水化热,延缓水泥的放热历程、降低混凝土水化热的峰值，掺加粉煤灰也有利于降低混凝土的水化热。由于地下水中的氯离子浓度偏高，因此，杭州地铁的耐久性髙性能混凝土设计应该是是“抗裂”与“防腐”兼顾的设计。混凝土的耐久性控制指标如下：（1）混凝土具宥良好的抗裂性；（2）控制混凝土的氯离子含量：混凝土中的最大氯离子含量小于胶凝材料总