高性能混凝土(修)

1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130 kg/m3～180 kg/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：

（1）洋山深水港工程：

胶凝材料≥400kg/m3

水胶比≤0.35

坍落度≥120mm

强度等级≥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）≤1.5×10-12m2/s

（2）东海大桥工程：

混凝土设计强度等级C40

氯离子电渗透试验（28d）≤1000库仑

氯离子扩散系数（90d）≤1.5×10-12m2/s

新拌混凝土氯离子含量≤0.10%

（3）杭州湾大桥工程

混凝土设计强度等级C35

氯离子扩散系数（7W）≤2.5×10-12m2/s

新拌混凝土氯离子含量≤0.10%

（4）青岛海湾大桥

混凝土设计强度等级C45

氯离子扩散系数（7W）≤1.5×10-12m2/s

新拌混凝土氯离子含量≤0.10%

抗冻性F300

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

1

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 2——活化状态的钢筋在水和氧的作用下被氧化、锈蚀，直至混凝土开裂，此阶段称为扩展期。

加速腐蚀期t 3——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 1+ t 2)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 1）、扩展期（t 2）之和。

（2）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’s 2nd Law ），其表达式为：

)4()(),(T D x

erf C C C t x C t i s s --= （1）

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：

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⋅=T T R U D D ref ref t 11ex p （2） 式中：t D —在时间t 和温度T 时的扩散系数；

r e f

D —在某一参考时间ref t 和温度ref T 时的扩散系数；

U —扩散系数过程的激发能量（35000J/mol ）；

R —空气常数，取8.314J/K/mol ；

r e f

T —参考温度（K ），取273K ； T —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：

m

ref e ref e t t t D D ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅= （3） 式中：e t D —混凝土暴露试件在暴露试件t 时测定的扩散系数

e r e f

D —混凝土暴露试件在某一参考试件点ref t 上的参照扩散系数 m —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。

（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4.5×10-12m 2/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℃，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。