快速施工混凝土在海洋工程中的应用

摘要：为满足海洋工程快速施工的需要，进行了快速施工海洋工程混凝土配制的试验研究与应用。采用高抗蚀快硬硫铝酸盐水泥和专用外加剂等原材料，配制出了满足海洋工程技术要求的快速施工混凝土。工程应用情况表明，混凝土具有良好的工作性，并具有较高的早期强度和抗氯盐侵蚀耐久性，可满足海洋环境快速施工的要求。

关键词：快速施工；海洋工程混凝土；快硬硫铝酸盐水泥；外加剂；耐久性

宁波-舟山港梅山港区6~10号集装箱码头工程，位于梅山岛东南侧，青龙山西侧，已建一期工程东北侧的深水岸线段，码头前方为梅山港区进港航道。本工程将新建5个专业化集装箱泊位及相应的配套工程，码头岸线总长2150m，其中，码头西侧1079.16m水工结构按可最大可靠泊22000TEU集装箱船预留，后1070.84m水工结构按最大可靠泊20万t级集装箱船设计；码头通过6座引桥与后方堆场相连，工程设计年通过能力430万TEU。本工程闸门板为混凝土预制构件，采用C45高性能混凝土进行设计施工。由于工程处于海洋环境，海水腐蚀会导致混凝土结构破坏，混凝土耐久性问题较为突出，因此，对混凝土抗氯盐侵蚀耐久性提出较高的要求[1-3]。为提高混凝土抗氯盐耐久性，通常采用硅酸盐水泥、矿物掺合料等材料，配制高性能混凝土[4-6]。由于矿物掺合料的作用，掺入矿物掺合料高性能混凝土的早期强度较低，会对混凝土施工模板周转产生一定影响[7-9]。为提高预制构件的模板周转，加快施工进度，提高施工效率，笔者拟在采用抗蚀硫铝酸盐水泥在闸门板中进行应用研究，以满足海洋工程混凝土高耐久和快速施工的要求。

1快速施工混凝土配制试验

1.1混凝土原材料。高抗蚀快硬硫铝酸盐水泥：采用强度等级为高抗蚀快硬硫铝酸盐水泥，测试了水泥的比表面积、凝结时间、抗折强度和抗压强度，如表1所示。表1的测试结果表明，快硬硫铝酸盐水泥达到了52.5级的质量要求。粗骨料：采用5~25mm连续级配的碎石（由5~16、16~25mm两级配配制而成，5~16、16~25mm的比例为2∶8），其性能指标的检测结果如表3所示，满足有关标准技术要求。减水剂：采用硫铝酸盐专用减水剂CAS-PCE，为透明淡黄色聚合物溶液型减水剂，在混凝土中掺量（折固掺量）通常为胶凝材料的0.1%~1.0%，水泥净浆初始流动度不小于250mm，流动度经时损失小。缓凝剂：采用硫铝酸盐专用缓凝剂CSA-PSR，为透明无色至淡黄色水溶液，有效固含量约为30%，在混凝土中掺量（折固掺量）通常为胶凝材料的0.2%~1.5%。混凝土凝结时间0.5~2h可调，与专用减水剂复配使用可实现凝结时间0.5~4h可调。拌和水：采用城市自来水。测得拌和水的性能指标如表4所示，满足JTS202—2011《水运工程混凝土施工规范》有关规定。1.2配合比设计。根据JTS153—2015《水运工程结构耐久性设计标准》的有关规定[10]，采用高抗蚀快硬硫铝酸盐水泥、专用减水剂和缓凝剂等混凝土原材料，进行混凝土的配合比设计，混凝土配合比如表5所示。1.3基本性能。1.3.1混凝土工作性。分别测试了混凝土坍落度、扩展度以及经时损失，测试结果如表6所示。表6的测试结果表明，混凝土工作性良好，工作性损失小，可满足施工要求。1.3.2混凝土性能。（1）抗压强度。混凝土抗压强度测试结果如表7所示。从表7的测试结果可以看出，1、3d早期的混凝土抗压强度均大于20MPa，具有较高的早期强度；28、56d龄期混凝土的抗压强度为45.5、51.5MPa，这表明配制的混凝土后期强度不断增加，达到了C45混凝土抗压强度要求。（2）耐久性。JTS153—2015《水运工程结构耐久性设计标准》规定[10]，对于设计年限50年的工程，处于浪溅区、水位变动区和大气区的掺入粉煤灰和粒化高炉矿渣粉的高性能混凝土的56d电通量不高于1000C，其56d扩散系数应不大于4.5×10-12m2/s。混凝土电通量和扩散系数测试结果如表8所示。从表8的测试结果可以看出，28d龄期的混凝土电通量均小于1000C，56d龄期的混凝土电通量进一步降低；56d龄期的混凝土扩散系数小于2.5×10-12m2/s，耐久性满足设计要求，可达到海洋环境下50年以上寿命的技术要求。

2工程应用

2.1混凝土现场施工。采用表5的混凝土配合比进行施工。在混凝土搅拌过程中，控制混凝土原材料的质量、称量精度和搅拌时间，混凝土搅拌时间应比普通混凝土延长40s以上，宜不少于120s。根据混凝土预制现场情况，采用钢质料斗进行施工。所采用的钢质料斗严密，其内壁平整光洁，不吸水，不漏浆。严格控制混凝土的工作性，符合浇筑时所规定的坍落度，混凝土坍落度控制在120mm左右，混凝土的入模工作性满足施工技术要求。闸门板浇筑连续、均匀并防止混凝土产生离析；平仓是用人工或机械的方法，将整个浇筑的仓面均匀摊平和充满混凝土料，考虑混凝土分层厚度以及振捣时间，保证混凝土浇筑的密实性。振动棒振捣应快插慢拔，移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍，振动棒插入下层混凝土深度不小于50mm，振动时间控制在20~30s，如图1所示。浇筑的闸门板到规定脱模强度进行脱模养护。浇筑闸门板的环境温度为25℃时，测得4h混凝土的同条件养护试块的抗压强度为22.5MPa，已达到脱模强度要求，脱模后的闸门板如图2所示，可以看出脱模后闸门板外观质量良好。由于高抗蚀硫铝酸盐水泥混凝土早期强度发展比较快，浇筑混凝土具有较高的早期强度，脱模时间比硅酸盐水泥混凝土显著缩短，可满足海洋环境下快速施工的要求，可加快模板周转，提高施工效率。2.2混凝土试件制作与性能试验。根据工程混凝土的技术要求，制作相应的混凝土抗压强度、电通量和扩散系数性试件，并进行标准养护，到规定的龄期进行测试。对混凝土闸门板的混凝土强度、耐久性进行检测，混凝土抗压强度检测结果如表9所示，混凝土电通量和扩散系数如表10所示。表9的抗压强度检测结果表明，混凝土4h抗压强度大于16MPa，具有较高的早期强度，且后期强度不断增长，28d抗压强度大于54MPa，达到C45强度等级的要求。表10耐久性检测结果表明，混凝土28d龄期的电通量小于500C，28d扩散系数小于2.5×10-12m2/s，满足JTS153—2015《水运工程结构耐久性设计标准》规定50年耐久性设计要求。

3结论

为满足海洋环境下快速施工的技术要求，采用高抗蚀快硬硫铝酸盐水泥以及减水剂和缓凝剂专用外加剂等材料，进行了高耐久性快速施工混凝土配制试验研究，配制的混凝土具有良好工作性能和耐久性，可满足海洋环境下高耐久和快速施工要求。配制的混凝土在海洋环境下的预制构件工程中进行了应用，工程应用结果表明，所配制混凝土4h即可脱模，有效提高模板周转，提高施工效率；并具有良好的耐久性，提升了海洋环境下混凝土工程结构的耐久性，可满足海洋环境下快速施工的要求。

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[10]水运工程结构耐久性设计标准:JTS153—2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

作者:王成启 林 东 张章龙 单位:1.中交上海三航科学研究院有限公司 2.中交第三航务工程局有限公司宁波分公司