高性能混凝土在烧香河北闸拆建工程中的应用

摘要：连云港市烧香河北闸位于黄海边上，对混凝土结构既要求有较强的抗碳化能力，还要求具有抗氯离子侵蚀、电离子侵蚀等性能。经过有关专家反复论证与研究，最终决定采取掺入I级优质粉煤灰和高效减水剂的混凝土加工技术，并有效控制好水胶比，从而实现了在改善了混凝土拌合物性能、节约水泥用量的同时也极大地提高了混凝土的密实性以及抗氯离子侵蚀和抗碳化性能。笔者根据工程施工实例，并结合实践和自身体会，较为详细地阐述了主要施工技术措施，为水闸加固工程的质量保证提出了建议，可供相关施工单位参考。

关键词：水闸；加固工程；高性能混凝土；技术应用

一、前言

沿海水工建筑物受海洋盐雾侵害，即氯化物污染，使水工混凝土结构的钢筋过早锈蚀，混凝土胀裂、剥落，引起严重的结构破坏。以往的工程只注重了强度控制，对耐久性问题认识不足，导致了建筑物耐久性不良，造成了重大经济损失。连云港市境内的众多沿海水工建筑物，如临洪东、西抽水站，在建成10年后就由于氯离子侵蚀、钢筋锈胀，混凝土保护层大面积剥落、而不得不进行大修。我市在大浦站工程中进行了高性能混凝土的试点研究，取得了重要成果，在烧香河北闸工程中得到了进一步的应用和研究。高性能混凝土（High Performance concrete，简称HPC）是一种具有高耐久性、高工作性、体积稳定性好并满足使用强度要求的优质混凝土。混凝土达到高性能最重要的技术途径是同时掺加优质的高效减水剂和矿物掺合料（如粉煤灰、矿渣粉等），前者能降低混凝土的水胶比，改善新拌混凝土工作性能和控制混凝土坍落度损失，赋予混凝土高密实度和优良施工性能；后者矿物掺合料能代替部分水泥，参与胶凝材料水化，改善混凝土中浆体与集料的界面结构，提高混凝土的密实性、强度和耐久性。

二、工程概况

连云港烧香河北闸位于市板桥镇东北入海口处，是善北地区挡潮排涝的重要工程，担负着市区南部450平方公里范围内的涝水和山洪的排水及挡潮任务。原闸建于1973年，2003年鉴定为四类病险水闸。2003年11月开工拆除重建，2004年5月完成水下工程，2004年汛期及时发挥效益，2005年12月全部竣工。烧香河北闸设计排涝标准20年一遇，过闸流量为580立方米每秒，5孔，每孔净宽10米，总净宽50米，采用钢筋混凝土灌注桩基础，混凝土平底板，底板顶高程为—2.5米，闸墩顶面高程为7.0米，岸翼墙均采用钢筋混凝土结构，左侧空箱岸墙内设盐场废水排水孔，右侧空箱岸墙内设鱼道，工程结构较为复杂。工程概算总经费4508万元。

三、双掺高性能混凝土的优点

改善混凝土拌合物性能，有利于泵送，便于浇筑振实；延缓水泥水化热出峰时间，提高混凝土抗裂性能；提高混凝土抗氯离子侵蚀和抗碳化性能；通过掺入高效减水剂，减少混凝土的用水量，提高混凝土的密实性。

四、双掺高性能混凝土的施工

为了提高混凝土抗氯化物侵蚀的性能，烧香河北闸工程在底板以上的混凝土结构中采用了双掺高性能混凝土，即掺符合技术要求的一级粉煤灰和高效减水剂，严格控制水胶比等技术措施，以期达到高性能混凝土的标准。选用优质双掺材料：粉煤灰为新海发电厂的一级粉煤灰，减水剂为南京水利科学研究院生产的NAF—Z泵送剂，选择级配良好，质量高的砂、石子，并采用无氯离子污染的宿城水库水拌和。严格控制低水胶比：严格按照混凝土配合比设计控制水泥，掺和料、减水剂以及骨料的用量，根据配合比试验控制水胶比在0.4。充分地拌和振捣：高效减水剂超高效减水作用的前提是它在水泥颗粒表面均匀分散，以完全破坏水泥的凝絮结构。由于水胶比低，拌和水量少，胶凝材料用量多，使混凝土拌和物均质化、粘稠化、不泌水、难离析、易泵送，但是只有充分强力搅拌一定时间才能达到这种状态。为此，采用了搅拌效率高、均质性好的搅拌机搅拌，并规定严格地搅拌时间，采用高频振捣器振捣，保证混凝土的密实性。

充分地湿养护：更早地开始和持续更长时间的湿养护对于双掺高性能混凝土极为重要。本工程浇筑闸墩以上高性能混凝土时，气温已较高，养护从混凝土终凝开始，持续15天以上，主要部位采用管道、滴水养护，持续保持湿润。

五、经验和建议

经过本工程对高性能混凝土的应用和研究，在专家指导下进行了总结并提出一些建议供参考。对沿海水工建筑物暴露于浪溅区，水位变动区和水下区的混凝土均必须采用高性能混凝土，但不同区域对高性能混凝土的要求应有所不同，应控制混凝土保护层的最小厚度。所采用的高性能混凝土除具有高抗氯离子渗透性，高尺寸稳定性外，尚應具有良好的工作性能及满足工程要求的强度。海水环境建筑物部位划分，可按下表划分。

原材料控制：水泥宜选用中热硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，不宜采用矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。粉煤灰应采用质量较好的Ⅰ级灰，质量符合GB1596—1991《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。粉煤灰对水泥的取代率宜在20%—40%之间，预先通过实验选择高效减水剂，宜采用新型高效减水剂，如氨基磺酸系和多羧酸系高效减水剂。高效减水剂对粉煤灰与水泥的综合适用性及掺量应通过实验确定，采用氨基磺酸系和多羧酸系高效减水剂的使用量一般为胶凝材料的0.9%—1.1%。骨料必须坚硬、致密、耐久、无裂隙，骨料中的杂质含量不得超过《水工混凝土施工规范》的规定。细骨料应采用优质的中砂，细度模数应在2.3—3.0之间，施工时宜控制在2.6±0.2。为减少水泥用水量、降低水化热，可适量添加高效混凝土减水剂。拌合用水按照《水闸施工规范》的技术要求，宜选用自来水作为拌合水。配合比设计：高性能混凝土配合比设计应采取试验—计算法，其配置强度的确定原则应与普通混凝土相同。胶凝材料浆体体积宜为混凝土体积的35%左右；浪溅区和水位变动区水胶比不得超过0.4，大气区和水下区可放宽至0.45。应通过降低水胶比和调整掺合料的使用量使抗氯离子渗透性、抗碳化等指标达到设计要求。28天龄期标准条件下28天的碳化深度小于20mm。氯离子渗透率实验方法（ROC）氯离子扩散系数浪溅区和水位变动区应小于2×10-12m2/s，大气区和水下区应小于5×10-12m2/s。施工中应注意的环节：专人负责粉煤灰材料的储存保管工作，防止意外受潮或使用过程中与其它物料混淆。高性能混凝土搅拌应采用搅拌效率高、均质性好的搅拌机搅拌，搅拌机中磨损的叶片应及时更换。高性能混凝土拌合物必须拌和均匀，拌合时间应普通混凝土延长10—30秒，且最少拌合时间不得少于2分钟。高性能混凝土应在终凝后即予喷水保湿持续养护。养护期不得少于14天，而且只有当混凝土强度达到设计强度的70%以上时方可停止养护，在干燥炎热的夏天，应适当延长养护时间。高性能混凝土在冬季施工时可不掺防冻剂，当气温较低时可采用蓄热养护法并适当延长拆模时间。加强混凝土早期养护，早期湿养护对增长混凝土强度、防止出现温度裂缝起到至关重要的作用。在混凝土浇筑工程中对强度指标进行抽检的同时应对氯离子渗透性进行检测。

参考文献：

[1]朱炳喜等.连云港市烧香河北闸拆建工程粉煤灰混凝土应用技术[J].粉煤灰综合利用，2008（6）.

[2]覃维祖.粉煤灰在混凝土中的应用技术[A].商品混凝土，2006（2）.

[3]掺有辅助胶凝材料的高混凝土强度发展特性[N].第二届高强度混凝土的应用国际研讨会论文集.1990.

作者简介：

曹成林，连云港市临洪水利工程管理处；

司艳娟，连云港市临洪水利工程管理处；

董淳桓，连云港市临洪水利工程管理处。

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