2024水工混凝土掺合料应用技术规程

制定说明本规程制定过程中，编制组进行了深入的调查研究，总结了我国水工掺合料在水工混凝土工程中应用的实践经验，同时参考了国外先进技术法规、技术标准，通过对水工掺合料混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能的试验研究，取得了水工混凝土工程用水工掺合料的重要技术参数。水工掺合料针对粉煤灰、矿渣微粉等掺合料的性能特点，采用复配、激发等技术手段，通过工业固废之间宏观空隙的物理填充、粉料胶结和微观孔隙的水化产物致密，以获得良好的工作性能、力学性能和耐久性能。水工掺合料可替代水泥，已在国内的水工混凝土工程中较为广泛应用，取得良好效果。由于水工掺合料能改善新拌混凝土的流动性和硬化混凝土的耐久性，同时再生利用工业固废，对提高水工混凝土性能、低碳减排具有重要意义。为便于广大技术和管理人员在使用本规程时能正确理解和执行条款规定，《水工掺合料应用技术规程》编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明，对条款规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。本条文说明不具备与标准正文及附录同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。目次TOC\o"1-2"\h\z\uTOC\o"1-2"\h\z\u1总则 （30）2术语 （31）3基本规定 （32）4材料及性能 （33）4.2水工掺合料 （33）4.3水工掺合料交货、验收与储存 （34）5水工掺合料混凝土配合比设计 （35）5.1原材料要求 （35）5.2配合比设计原则 （36）5.4水工掺合料混凝土性能 （37）6水工掺合料混凝土施工 （40）6.2水工掺合料混凝土的拌制与运输 （40）6.3水工掺合料混凝土的浇筑与成型 （40）6.4水工掺合料混凝土的养护 （40）7质量检验 （42）7.2混凝土拌合物性能检验 （42）7.3硬化混凝土性能检验 （42）1总则1.0.1编制本规程的目的在于规范水工掺合料在水工混凝土工程中的应用技术，引导其技术发展，达到改善水工混凝土的性能、提高水工混凝土工程质量、延长水工混凝土建（构）筑物结构的使用寿命，并有利于工程建设的可持续发展。目前，上海等诸多地区采用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等复合应用已很普遍，为了科学、合理地在水工混凝土中应用水工掺合料，参照国家现行有关标准，并进行大量的调研、验证试验以及水工混凝土工程应用实践，制定的本规程。1.0.2水工掺合料适宜于配制高性能的水工混凝土；水工掺合料也可用于一般建设工程的钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和素混凝上。故本规程适用于水工混凝土、普通混凝土及其制品。1.0.3本规程仅对掺用水工混凝土掺合料的水工混凝土的生产和应用技术条件作出规定，对本规程未涉及的技术内容，均按照有关国家现行标准执行。2术语2.0.1本规程的术语除“水工混凝土”、“水工混凝土掺合料”、“水工掺合料混凝土”为行业通用术语外，其余均参照我国现行的标准而制定。用于水运、水电、水利等工程的水工混凝土，其密度约为2400kg/m³。3基本规定3.0.1根据淡水、海洋咸水以及江海结合部的水文性质的不同及相应的用途不同，将水工掺合料分成海水工程用和淡水工程用水工掺合料两大类。同时根据混凝土所处海洋环境的不同、对混凝土耐久性要求的不同，又将海水工程用水工掺合料分为I型和Ⅱ型两种。海洋环境是最为恶劣的腐蚀环境之一，而钢筋腐蚀是影响混凝土耐久性的根本原因。基于各种矿物掺合料的交互叠加效应，通过各种矿物掺合料的合理匹配，以特殊工艺形成的海水工程用混凝土掺合料可以提高混凝土材料的致密度，形成低渗透、高密实、低缺陷的混凝土结构，从根本上改善混凝土建（构）筑物在海洋环境中的防腐能力，以满足工程结构混凝土长期使用寿命的设计要求。I型海工掺合料适用于预应力混凝土、C60至C80强度等级海水环境用混凝土配制，Ⅱ型海工掺合料适用于C60以下等级海水环境用混凝土配制。4材料及性能4.2水工掺合料4.2.1水工掺合料的活性在物理意义上讲主要是由其比表面积决定，比表面积也是不同规格水工掺合料的主要生产控制指标，本规程根据水工掺合料的分类和实际生产应用情况，规定了三种不同分类和规格的水工掺合料的比表面积控制范围。活性指数和流动度比是水工掺合料重要的品质指标。活性指数反映了水工掺合料对硬化混凝土力学性能的影响；流动度比则反映了水工掺合料对新拌混凝土和易性和工作性的影响。表1为I型、Ⅱ型海工掺合料的活性指数测定结果表1海工掺合料的活性指数掺合料抗压强度（MPa）活性指数（%）1d3d7d28d1d3d7d28d基准水泥11.324.134.649.5I型-15.117.832.558.1457494117I型-57.5457694116I型-34.917.832.155.8437493113I型-45.218.532.558.5467794118I型-55.117.932.257.3457493116I型-57.9467694117标准偏差S0.1100.2800.1640.9431.0951.3290.5161.722基准水泥11.524.335.148.0II型-14.817.528.553.9427282112II型-24.717.228.552.4417181109II型-34.717.027.652.4417079109II型-44.817.428.553.6427281112II型-54.617.227.351.9407178108II型-64.717.227.552.3417178109标准偏差S0.0750.1760.5740.8020.7530.7531.7221.722从表1可知，I、Ⅱ型海工掺合料各龄期活性指数波动范围较小，其标准偏差均在允许范围内。氯离子过高会导致混凝土中钢筋锈蚀，特别是水工混凝土所处的淡水或海洋环境本身对钢筋就有锈蚀作用，所以在本规程中严格控制水工掺合料中氯离子的含量。4.3水工掺合料交货、验收与储存4.3.1水工掺合料的编号是根据水工掺合料的实际生产情况并参考我国水泥标准而制定的。4.3.2水工掺合料的产品合格证是根据生产企业的实际生产情况制定的。4.3.3活性指数和流动度比是表明水工掺合料对混凝土性能影响度的重要指标。故本规程规定用户应复验这二项指标。若其中任何一项不符合要求，则由有资质的第三方检验机构进行全性能检验。4.3.6试验表明，水工掺合料的活性指数随储存时间推移而降低，本规程规定存储期超过三个月应重新检验活性指数和动度比两项指标。5水工掺合料混凝土配合比设计5.1原材料要求5.1.1水工掺合料的活性发挥依赖于水泥水化后提供的碱性环境，因此本规程规定水泥应选用42.5或42.5以上强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其水泥中的混合材掺量较低。5.1.3细骨料是混凝土的重要组成部分，细骨料的各项指标会影响其与水工掺合料的结合以及水工混凝土拌合物的流动性、硬化混凝土的力学性能和耐久性能。细骨料中含有云母、轻物质、有机物等颗粒，使混凝土的需水量增加，混凝土的流动性降低；可溶性硫酸盐、硫化物、离子、盐类会对混凝土本体造成破坏，硫酸盐遇水结晶膨胀，硫化物在有水和氧气的情况下氧化为硫酸盐，氯离子会加速钢筋腐蚀。具有碱活性的骨料颗粒可能会导致混凝土发生碱骨料反应，会使混凝土本体结构造成破环，严重影响混凝土的服役寿命及结构安全。5.1.4粗骨料在混凝土中占据的体积最大，在混凝土中基本不发生变化，最大程度上保证了混凝土的体积稳定性。混凝土的流动度是靠颗粒从小到大逐级推动的，所以骨料应该是有不同粒径的颗粒组成，小颗粒的骨料填充了大颗粒骨料之间的空隙，使骨料之间的孔隙率减少，增加了混凝土的体积稳定性。粗骨料在生产过程中，碎石破碎产生的石粉或母岩央层中含有的泥土等细颗粒可使混凝土制备中需水量增加，这些细颗粒含量过高会导致混凝土变粘稠，工作性降低，针状、片状等不规则颗粒吸附减水剂的能力较大，可能对混凝土的工作性能影响较大。氯离子会加速钢筋腐蚀，粗骨料中氯离子超标并不常见，但应注意富含盐类矿物的地区生产的粗骨料；硫酸盐在混凝土中有可能造成结晶膨胀破坏，也可能生成大量的钙钒石而膨胀导致混凝土结构破坏。具有碱活性的骨料颗粒可能会导致混凝土发生碱骨料反应，会使混凝土本体结构造成破环，严重影响混凝土的服役寿命及结构安全。5.1.5混凝土外加剂已成为高流动性、高体积稳定性、高耐久性混凝土配置中不可缺少的重要组分。外加剂是在搅拌混凝土过程中掺入，能改善混凝土的化学性能流动性，可以减少水的用量，提高混凝土的强度、耐久性等。5.1.6水工掺合料混凝土拌和用水不得影响水泥正常凝结、硬化以及促使钢筋锈蚀，并应符合表2的规定。表2拌和用水质量指标项目钢筋混凝土、预应力混凝土素混凝土pH值＞5.0＞4.5不溶物（m/L）＜2000＜5000可溶物（mg/L）＜2000＜5000氯化物（以Cl-计，mg/L）＜200＜2000硫酸盐（以SO42-计，mg/L）＜600＜22005.2配合比设计原则5.2.1水工掺合料混凝土的配合比设计受原材料的影响较大，目前尚无成熟的统一计算方法。所以水工掺合料混凝土的配合比主要根据设计要求、施工工艺和环境温度条件等，通过试配确定。在确保其施工要求和结构混凝土设计强度的基础上，针对结构所在外部环境中各种因素作用，提高混凝土的耐久性能，使结构在耐久性和耐腐蚀性方面符合设计使用要求年限。经确认合格后才能投人生产应用。5.2.2在一定范围内，混凝土强度与胶凝材料用量呈正相关，但是胶凝材料用量过高将会导致收缩过大，耐久性劣化等问题。因此水工混凝土中，胶凝材料用量应小于500kg/m³。5.2.3水工掺合料的超量系数K是表征其替代水泥能力的参数，由于水工掺合料与不同种类、强度等级的水泥配合时，其超量系数有一定的差异，因此用户有条件时，应尽量通过试验来确定水工掺合料的超量系数K。5.2.4水胶比是指混凝土拌合物中用水量与胶凝材料总量的质量比，是混凝土达到设计强度的关键参数，将水工混凝土的水胶比控制在0.24~0.38范围内，并保持一定的流动度，就要求外加剂达到相应的减水率。水工掺合料中的胶凝材料主要为水泥和粉煤灰、磨细矿渣粉、助磨剂、矿物激发剂等矿物掺合料。5.2.5水工混凝土是一种致密程度较高的混凝土材料，因而配制时需保证一定量的活性矿物掺合料的用量。但是掺合料掺量过高时，易引起早期强度过低、自收缩增大、开裂概率增大等副作用，因而也应控制最大掺量。普通硅酸盐水泥中已掺人一定量的混合材，因此掺合料的总掺量应适当降低，应当控制在胶凝材料总量的70%以下。5.4水工掺合料混凝土性能5.4.1~5.4.7新拌水工混凝土的流动度随时间、温度的变化而变化，而且不同外加剂、水泥的影响规律也有所差异。因此，应控制混凝土的出机口温度及运输、浇筑过程中的温度回升。混凝土允许浇筑温度应符合设计规定，混凝土浇筑温度不宜大于28℃。当环境温度较高或搅拌至浇筑的间隔时间较长时，应试验测定混凝土的坍落度经时损失，指定相应的工艺措施和技术措施。海工掺合料混凝土的常用配合比及性能见表3、表4和表5。表3海工掺合料混凝土（C45）配合比掺合料混凝土每m³混凝土材料用量（kg/m³）水水泥掺合料砂石外加剂I型海工预制140（0.30）188（40%）282（60%）65911211.0%胶凝材料II型海工预制135（0.29）188（40%）282（60%）66311291.0%胶凝材料I型海工现浇150（0.32）188（40%）282（60%）65911211.0%胶凝材料II型海工现浇146（0.31）188（40%）282（60%）66011241.0%胶凝材料II级粉煤灰C45普通1704106066910911.0%胶凝材料表4海工掺合料混凝土（C45）性能测试数据掺合料混凝土坍落度（mm）抗压强度（MPa）抗氯离子渗透7d28dNEL法（×10-12㎡/s）电量法（C）I型海工预制70635II型海工预制8033.354.61.3690I型海工现浇15033.557.91.2710II型海工现浇16031.055.71.5770粉煤灰普通16033.956.45.21650从表3和表4的数据可得出掺用海工掺合料的混凝土的抗氯离子渗透性能优于普通混凝土，在海洋环境中可满足要求。表5淡水工程掺合料混凝土耐久性能测试数据掺合料抗渗性能抗氯离子渗透抗蚀系数（硫酸盐）膨胀率（碱骨料）（%）Cl-渗透系数（×10-12㎡/s）渗透压力（MPa）渗水高度（mm）裂纹出现时间当量长度（mm）普通混凝土3.022.03h20min224.60.760.175.35矿渣粉混凝土3.08.54h11min175.01.230.061.68淡水工程掺合料混凝土3.06.34h55min154.41.340.021.22掺用淡水工程掺合料的混凝土配制高性能混凝土，主要用于江、河、湖等淡水工程的混凝土建（构）筑物。由表5的数据可知，混凝土中掺加淡水工程混凝土掺合料，可改善混凝土拌合物的和易性和保水性，混凝土的可泵性得到改善，利于现场施工；同时可降低混凝土配制过程中的用水量，形成低渗透、高密实、低缺陷的混凝土结构，从根本上提高混凝土抗冲刷性能、抗裂性能和耐久性能。6水工掺合料混凝土施工6.2水工掺合料混凝土的拌制与运输6.2.1水工混凝土的搅拌顺序与普通混凝土相同，并无特殊要求。但为了确保搅拌均匀，应适当延长10s~30s搅拌时间。6.2.2水工掺合料混凝土的计量同普通混凝土一样，要求采用重量法，累计计量胶凝材料总称量误差不得超过士1%，以保证混凝土配合比的精度。6.2.3使用混凝土搅拌运输车，在运输过程中搅拌筒保持低速搅拌，防止混凝土出现分层、离析或早凝的现象，保证到工地卸料时混凝土拌合物均匀。6.3水工掺合料混凝土的浇筑与成型6.3.4新拌水工掺合料混凝土的屈服应力较小，容易振捣。施工中应避免过振或漏振，也要避免过振导致分层。由于水工掺合料有一定