高性能混凝土(修)

三120mm三C45新拌混凝土氯离子含量<0.10%抗氯离子渗透性(三120mm三C45新拌混凝土氯离子含量<0.10%抗氯离子渗透性(28天)<1000库仑氯离子扩散系数(90天)<1.5X10-12m2/s1高性能混凝土指标有关规定《海港工程高性能混凝土质量控制标准》(JTS257-2-2012)规定，海水环境钢筋混凝土的电通量最高限值为1000C,对掺加粉煤灰或粒化高炉矿渣粉的混凝土，应按标准养护56天龄期的试验结果评定，对于设计使用年限超过50年的工程，宜测定高性能混凝土的扩散系数。《海港工程结构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000)规定，对于掺加粉煤灰或粒化高炉矿渣粉的混凝土，电通量可按90天龄期试验结果评定。但这两本规范均未对混凝土吸水率和渗水深度作出具体规定(一般电通量指标为1000C，可满足要求)此外，《海港工程高性能混凝土质量控制标准》(JTS257-2-2012)对海工高性能混凝土的用水量、胶凝材料用量、水胶比等做出规定，最低胶凝材料用量浪溅区不宜小于400kg/m3，其它区域不宜小于380kg/m3，且胶凝材料最高用量均不宜超过500kg/m3；用水量宜控制在130kg/m3〜180kg/m3；水胶比最大允许值浪溅区应为0.35,其它应为0.40；对于I或II型硅酸盐水泥粒化高炉矿渣粉掺量为50%〜80%。2国内重大工程高性能混凝土技术指标洋山深水港设计使用年限为50年，而东海大桥设计使用年限为100年，28天的电通量均要求不大于1000C，并提出了90天氯离子扩散系数要求。杭州湾大桥和青岛海湾大桥的设计使用年限均为100年，对混凝土氯离子扩散系数提出要求。具体性能指标：洋山深水港工程：胶凝材料 三400kg/m3水胶比 <0.35坍落度强度等级东海大桥工程：混凝土设计强度等级C40混凝土设计强度等级C40<1000库仑<1000库仑W1.5X10-i2m2/s<0.10%C35<2.5X10-12m2/s<0.10%C45<1.5X10-12m2/s<0.10%F300氯离子电渗透试验（28d）氯离子扩散系数（90d）新拌混凝土氯离子含量3）杭州湾大桥工程混凝土设计强度等级氯离子扩散系数（7W）新拌混凝土氯离子含量4）青岛海湾大桥混凝土设计强度等级氯离子扩散系数（7W）新拌混凝土氯离子含量抗冻性3本工程耐久性指标及验算3.1本工程耐久性指标而本工程采用矿渣水泥配制海工高性能混凝土，且设计使用年限为20年，根据国内有关标准和重大工程高性能混凝土技术要求，可按56天龄期电通量进行试耐久性评定，电通量不大于1000C。3.2设计使用寿命验算（1）海工混凝土使用寿命的定义混凝土中的钢筋的腐蚀发展过程可分为诱导期、扩展期和加速腐蚀期，如图1所示。各阶段分别说明如下：图1海工混凝土腐蚀破坏过程示意图诱导期t1——混凝土中钢筋表面处氯离子浓度较低，在强碱性环境中钢筋表面有一层钝化膜，钢筋处于钝化状态。随着时间的推移，周围环境中的氯离子逐渐进入混凝土中，钢筋表面氯离子浓度也渐渐变高，当氯离子浓度达到一定浓度时钢筋表面的钝化膜被破坏，钢筋处于活化状态，此氯离子浓度即所谓“氯离子浓度临界值”。这一阶段就是诱导期。扩展期t——活化状态的钢筋在水和氧的作用下被氧化、锈蚀，直至混凝土2开裂，此阶段称为扩展期。加速腐蚀期t3——混凝土开裂后，进入加速破坏期，通水、通氧条件更好了，环境中的氯离子也更易于进入，钢筋的锈蚀速度大大提高，构件破坏加剧，最终因钢筋截面缩小、混凝土蹦落而失效，结构报废。海港工程一般将(t]+t2)的时间定义为安全使用寿命。即通常所说的“不维修使用年限”是诱导期(t])、扩展期(t2)之和。诱导期的计算原理对于钢筋混凝土结构诱导期的计算，国际上通用的方法是采用费克第二定律(Fick's2ndLaw)，其表达式为：xC(x,t)=C-(C-C)erf(=) (1)ssi'4DT' t式中：C(x,t)——在时间t深度x处的氯离子浓度；Cs——暴露表面上的边界氯离子浓度；Ci——混凝土中原始氯离子浓度；x——暴露面以内的深度；D——氯离子有效扩散系数；t——混凝土暴露于海洋环境的时间，即使用寿命；erf(z)——误差函数。根据美国Life-365，考虑温度影响的混凝土扩散系数可按下式计算：U(1 1)D二D-exp一-— (2)式中：D—在时间t和温度T时的扩散系数；tD—在某一参考时间t和温度T时的扩散系数;ref ref ref

U—扩散系数过程的激发能量（35000J/mol）R—空气常数，取8.314J/K/mol；T—参考温度（K），取273K；refT—环境温度（K）。按照美国Life-365有关文献资料，混凝土扩散系数是不断衰减的，经暴露试验和回归分析，衰减的扩散系数与初始扩散系数之间关系可按下式计算：mDe=DmDe=Det reft3）式中：De—混凝土暴露试件在暴露试件t时测定的扩散系数tDe—混凝土暴露试件在某一参考试件点t「上的参照扩散系数

ref refm—为衰减系数美国Life-365寿命预测软件衰减系数m推荐值可按表1取值。表1美国Life-365寿命预测软件衰减系数m的推荐值混凝土种类m值备注普通混凝土m二0.20掺粉煤灰F（矿渣粉K）或两者混掺混凝土/F k、m二0.20+0.4|——+——(50 70丿F为粉煤灰产量的百分比值，如掺40%粉煤灰，则F=40。粉煤灰最大掺量为50%,矿粉最大产量为70%。如超过此值，则取最大值。掺加硅灰混凝土m二0.20认为掺加硅灰混凝土在早期（28点或902天）时扩散系数已经衰减，后期与普通混凝土一致。（3）计算结果按照56天混凝土电通量小于1000C，混凝土扩散系数可取4.5X10-i2m2/s,混凝土原始氯离子浓度Ci取0.1%，海水表面氯离子浓度Cs取1.0%，临界氯离子浓度取0.05%,钢筋保护层厚度为70mm，矿渣掺量区70%，考虑混凝土扩散系数衰减，环境温度取28°C，采用计算软件，可按费克第二定律计算出氯离子扩散诱导期，诱导期为28年，计算如图2所示。此外，高性能混凝土氯离子渗透电量仅为普通混凝土的十分之一，混凝土保护层为70mm时，估计其中钢筋的锈蚀扩展期为20年。因此，推算高性能混凝土设计使用年限为48年，远大于20年的设计要求。4提高混凝土性能的主要途径现有混凝土强度等级为C40和C50，目前混凝土主要配制参数为：168kg/m3〜180kg/m3；胶凝材料用量425kg/m3〜180kg/m3；矿渣掺量为40%和70%为应采取技术措施，满足混凝土抗压强度和耐久性的要求：（1）抗压强度从混凝土试验来看，4天强度达到46%抗压强度等级46%，不能满足要求，现在配制混凝土用水量168kg/m3〜180kg/m3，用水量偏大，为提高早期强度，主要途径：1） 采用高效减水剂，降低用水量，用水量宜控制在1600kg/m3以下；2） 改善石子的级配，石子最大粒径增大到25mm，也可降低用水量；3） 国内矿渣水泥粒化高炉矿渣粉在20%〜50%（A型）或50%〜70%（B型），现在水泥矿渣水泥掺量为70%或40%，40%掺量可能偏低，70掺量也可能偏高，适当控制矿渣水泥掺量，保证混凝土早期强度和耐久性。4） 在满足坍落度损失的条件下，适当降低缓凝剂的用量。（2）电通