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摘要：锦州市滨海路K12+384-K13+000段处于锦州市孙家湾浅海中，右侧路基在海水波浪影响作用下，受潮差侵蚀，结合实践经验设计采用C35F300混凝土，为了提高混凝土使用性能，在混凝土中掺入了微硅粉、引气剂、减水剂。本文主要分析了掺和料、外加剂的引用对砼性能的影响以及配合比设计过程。
关键词： 潮差侵蚀段防护工程混凝土外加剂 配合比设计
Abstract: taking JinZhouShi K12 + 384-K13 + 000 JinZhouShi SunGuWan in shallow sea in period, the roadbed in sea water impact wave, erosion by tidal range, and combining the practice experience design USES C35F300 concrete, in order to improve the performance of concrete, in the concrete was impregnated with tiny silicon powder, air-entraining agent, water reducing agent. This paper mainly analyzes the reference materials, mixed admixture of concrete of influence of performance and mix design process.
Keywords: tidal range erosion segment protection engineering concrete additive mix design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、概述
锦州市滨海路K12+384-K13+000段处于锦州市孙家湾浅海中，右侧路基受海水波浪影响，原设计为土工模袋防护，为了防止潮差侵蚀，保证公路的使用年限，此段临海侧路基变更为采用混凝土栅栏板和六角块防护，本段已经被辽宁省交通厅列为西部交通建设科技项目《滨海路潮差侵蚀路段路基、路面及防护工程技术研究》防护工程试验路段。
二、配制C35F300混凝土
㈠ 混凝土所用材料
1、水泥：采用秦皇岛浅野P.O42.5低热普通硅酸盐水泥，R3=34.1Mpa,R28=52.1 Mpa;其它各项物理力学指标符合要求。
2、碎石:采用锦州松山碎石场的石灰岩5-31.5连续级配，掺配比例为:5-10mm:10-20mm:16-31.5mm=20:40:40,各项物理力学性能指标符合要求。
3、砂:采用葫芦岛市高桥镇砂场细度模数为3.0中砂，级配良好。
4、水：饮用水
5、掺和料：微硅粉，用于提高混凝土的内部结构致密性，降低混凝土渗透性，增加耐久性能。（1）化学成分：Sio2≥90%,H2O≤2.0%,烧失量≤5%；（2）物理性质：>45μm≤5%（3）微硅粉设计掺量为5%。
6、外加剂：NF-3萘系引气型减水剂,它无氯、低碱对水泥有较强的分散作用，能改善混凝土和易性，并有大减水率，降低水灰比、早强、缓凝、提高混凝土的耐久性。
7、设计坍落度3-5cm，含气量4-6%，抗冻标号F300，采用慢冻法以龄期28天的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25%，质量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数为300次。
㈡ C35F300混凝土配合比设计
⑴、确定水灰比W/C=0.44
⑵、确定砂率ßs=36%
⑶、确定用水量mw165kg
⑷、计算胶凝材料用量=165/0.44=375kg,微硅粉掺量为375x5%=19kg,水泥用量为375-19=356 kg
⑸、计算砂石用量
假定每立方米混凝土的重量为2450 kg则
ms0+mg0=2450-165-375=1910 kg
ms0=1910x36%=688 kg
mg0=1910 x64%=1222 kg
⑹、确定配合比
mco=356kg,mso=688kg,mgo=1222kg,mwo=165kg，硅粉19 kg ， 引气剂12.45 kg
⑺、试拌
① 试拌40L混凝土各材料用量：
mco=14.24kg,mso=27.52kg,mgo=48.88kg,mwo=6.60kg，硅粉0.76 kg，引气剂0.498 kg
② 投料过程：水→石子→砂→水泥→硅粉→用搅拌机搅拌1.5分钟→引气剂→出机。
③ 实测拌和物坍落度4.0cm,含气量5.2%,表观密度2480 kg,不超过假定容重的0.2%,不需要校正。拌和物粘聚性、保水性良好。
三、外加剂对混凝土性能影响
1、抗冻性
引气剂是具有增水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，能够改善混凝土内部的孔隙结构，从而大大提高混凝土的抗冻性。合理的气泡结构是混凝土抗冻耐久性得以真正改善的关键，影响混凝土中气泡体系形成与稳定性的因素有混凝土各组成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及外界条件，如环境温度、搅拌、运输和浇灌技术等。针对不同环境条件、不同工程要求的混凝土，必须进行适应性试验，才能使得硬化混凝土具有设计所要求的含气量和合理的气泡结构。
试验表明长期处于冻融循环的混凝土的抗冻能力取决于天气的恶劣程度及冻融周期的频率。耐冻混凝土必须正确进行配合比设计，掺优质引气剂，减小水灰比，合理选用原材料，还要严格按施工规范技术要求施工，加强养护。
减水剂的应用也成为混凝土不可缺少的组份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比(水胶比) ，提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。
2、耐久性
硅粉对混凝土的耐久性的影响包括了混凝土的抗渗性、抗化学侵蚀性、抗钢筋锈蚀能力和抗冲磨性能。混凝土是一种透水材料，它的渗透性与它的孔隙率、孔隙分布及孔隙连通性有关。振捣密实的混凝土水灰比愈小，养护龄期愈长，则渗透性愈小。在混凝土中掺入引气剂也可降低渗透性。一般地水灰比小于0.50的混凝土，它的渗透系数可以达到1×10-11m/s。在海水中的混凝土它的渗透性是决定混凝土工程耐久性的最重要的因素，渗透性高的混凝土在海水中很易遭破坏。由于硅粉颗粒小，比水泥颗粒小20～100倍，可以充填到水泥颗粒中间的空隙中,使混凝土密实，同时硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，故硅粉混凝土的抗渗能力很强，混凝土的渗透性随水胶比的增加而增大，这是因为水灰比混凝土的密实性相对差些。
一般硅粉减少渗透性的效果要大于强度的增加，特别在硅粉以小掺量掺入低强混凝土时更是如此。对于掺入一定量的硅粉的高性能混凝土，水胶比通常小于0.4，且有超细微粒填充，因此，掺入硅粉的高性能混凝土具有非常好的抗渗能力。因为加入硅粉可以明显地降低混凝土渗透性及减少游离的Ca(OH)2，从而提高了混凝土抗化学侵蚀能力。在混凝土中掺入硅粉，能减少Ca(OH)2含量，增加混凝土密实性，有效提高弱酸腐蚀能力，但在强酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的C-S-H在酸中分解，另外，它还能抗盐类腐蚀，尤其是对氯盐及硫酸盐类，它之所以能抗酸盐侵蚀，原因是硅粉混凝土较密实，孔结构得到改善，从而减少了有害离子传递速度及减少了可溶性的Ca(OH)2和钙矾石的生成，而增加水化硅酸鈣晶体的结果。
混凝土高碱性给普通钢筋混凝土中的钢筋提供了形成钝化膜的条件，一旦钝化膜破坏，钢筋就会发生电化学腐蚀，腐蚀速度取决于水分以及氧气进入混凝土的速度。加入硅粉可以改善密实性增加电阻率，所以，抵抗钢筋锈蚀的性能得到很大改善，硅粉改善电阻率是随着硅粉含量的增加而增加。
四、结束语
混凝土工程的抗冻耐久性尤其在三北地区混凝土工程的抗冻耐久性问题仍未得到根本解决。在滨海公路潮差侵蚀段防护工程混凝土性能可以看出，应用掺入活性的矿物掺和料和外加剂是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一，也是今后混凝土技术的主要发展趋势。采用多种矿物掺合料复掺能否提高混凝土抗冻耐久性、其复合叠加效应能否实现及采用的最优配合比都要进行大量的试验，并从宏观和微观的角度来进一步研究和分析。该项目的研究克服了目前针对冻融破坏在分析研究方面的不足，有着广泛的理论与工程应用价值和重要的学术意义。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词： 潮差侵蚀段防护工程混凝土外加剂 配合比设计
Abstract: taking JinZhouShi K12 + 384-K13 + 000 JinZhouShi SunGuWan in shallow sea in period, the roadbed in sea water impact wave, erosion by tidal range, and combining the practice experience design USES C35F300 concrete, in order to improve the performance of concrete, in the concrete was impregnated with tiny silicon powder, air-entraining agent, water reducing agent. This paper mainly analyzes the reference materials, mixed admixture of concrete of influence of performance and mix design process.
Keywords: tidal range erosion segment protection engineering concrete additive mix design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、概述
锦州市滨海路K12+384-K13+000段处于锦州市孙家湾浅海中，右侧路基受海水波浪影响，原设计为土工模袋防护，为了防止潮差侵蚀，保证公路的使用年限，此段临海侧路基变更为采用混凝土栅栏板和六角块防护，本段已经被辽宁省交通厅列为西部交通建设科技项目《滨海路潮差侵蚀路段路基、路面及防护工程技术研究》防护工程试验路段。
二、配制C35F300混凝土
㈠ 混凝土所用材料
1、水泥：采用秦皇岛浅野P.O42.5低热普通硅酸盐水泥，R3=34.1Mpa,R28=52.1 Mpa;其它各项物理力学指标符合要求。
2、碎石:采用锦州松山碎石场的石灰岩5-31.5连续级配，掺配比例为:5-10mm:10-20mm:16-31.5mm=20:40:40,各项物理力学性能指标符合要求。
3、砂:采用葫芦岛市高桥镇砂场细度模数为3.0中砂，级配良好。
4、水：饮用水
5、掺和料：微硅粉，用于提高混凝土的内部结构致密性，降低混凝土渗透性，增加耐久性能。（1）化学成分：Sio2≥90%,H2O≤2.0%,烧失量≤5%；（2）物理性质：>45μm≤5%（3）微硅粉设计掺量为5%。
6、外加剂：NF-3萘系引气型减水剂,它无氯、低碱对水泥有较强的分散作用，能改善混凝土和易性，并有大减水率，降低水灰比、早强、缓凝、提高混凝土的耐久性。
7、设计坍落度3-5cm，含气量4-6%，抗冻标号F300，采用慢冻法以龄期28天的试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25%，质量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数为300次。
㈡ C35F300混凝土配合比设计
⑴、确定水灰比W/C=0.44
⑵、确定砂率ßs=36%
⑶、确定用水量mw165kg
⑷、计算胶凝材料用量=165/0.44=375kg,微硅粉掺量为375x5%=19kg,水泥用量为375-19=356 kg
⑸、计算砂石用量
假定每立方米混凝土的重量为2450 kg则
ms0+mg0=2450-165-375=1910 kg
ms0=1910x36%=688 kg
mg0=1910 x64%=1222 kg
⑹、确定配合比
mco=356kg,mso=688kg,mgo=1222kg,mwo=165kg，硅粉19 kg ， 引气剂12.45 kg
⑺、试拌
① 试拌40L混凝土各材料用量：
mco=14.24kg,mso=27.52kg,mgo=48.88kg,mwo=6.60kg，硅粉0.76 kg，引气剂0.498 kg
② 投料过程：水→石子→砂→水泥→硅粉→用搅拌机搅拌1.5分钟→引气剂→出机。
③ 实测拌和物坍落度4.0cm,含气量5.2%,表观密度2480 kg,不超过假定容重的0.2%,不需要校正。拌和物粘聚性、保水性良好。
三、外加剂对混凝土性能影响
1、抗冻性
引气剂是具有增水作用的表面活性物质，它可以明显的降低混凝土拌合水的表面张力和表面能，使混凝土内部产生大量的微小稳定的封闭气泡。这些气泡切断了部分毛细管通路能使混凝土结冰时产生的膨胀压力得到缓解，不使混凝土遭到破坏，起到缓冲减压的作用。这些气泡可以阻断混凝土内部毛细管与外界的通路，使外界水份不易浸入，减少了混凝土的渗透性。同时大量的气泡还能起到润滑作用，改善混凝土和易性。因此，掺用引气剂，使混凝土内部具有足够的含气量，能够改善混凝土内部的孔隙结构，从而大大提高混凝土的抗冻性。合理的气泡结构是混凝土抗冻耐久性得以真正改善的关键，影响混凝土中气泡体系形成与稳定性的因素有混凝土各组成材料、混凝土配合比、拌合物特性以及外界条件，如环境温度、搅拌、运输和浇灌技术等。针对不同环境条件、不同工程要求的混凝土，必须进行适应性试验，才能使得硬化混凝土具有设计所要求的含气量和合理的气泡结构。
试验表明长期处于冻融循环的混凝土的抗冻能力取决于天气的恶劣程度及冻融周期的频率。耐冻混凝土必须正确进行配合比设计，掺优质引气剂，减小水灰比，合理选用原材料，还要严格按施工规范技术要求施工，加强养护。
减水剂的应用也成为混凝土不可缺少的组份，使用减水剂可以大幅度降低混凝土的水灰比(水胶比) ，提高混凝土的强度和致密性，使混凝土抵抗冻融破坏的能力提高，从而提高混凝土的抗冻耐久性。
2、耐久性
硅粉对混凝土的耐久性的影响包括了混凝土的抗渗性、抗化学侵蚀性、抗钢筋锈蚀能力和抗冲磨性能。混凝土是一种透水材料，它的渗透性与它的孔隙率、孔隙分布及孔隙连通性有关。振捣密实的混凝土水灰比愈小，养护龄期愈长，则渗透性愈小。在混凝土中掺入引气剂也可降低渗透性。一般地水灰比小于0.50的混凝土，它的渗透系数可以达到1×10-11m/s。在海水中的混凝土它的渗透性是决定混凝土工程耐久性的最重要的因素，渗透性高的混凝土在海水中很易遭破坏。由于硅粉颗粒小，比水泥颗粒小20～100倍，可以充填到水泥颗粒中间的空隙中,使混凝土密实，同时硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，故硅粉混凝土的抗渗能力很强，混凝土的渗透性随水胶比的增加而增大，这是因为水灰比混凝土的密实性相对差些。
一般硅粉减少渗透性的效果要大于强度的增加，特别在硅粉以小掺量掺入低强混凝土时更是如此。对于掺入一定量的硅粉的高性能混凝土，水胶比通常小于0.4，且有超细微粒填充，因此，掺入硅粉的高性能混凝土具有非常好的抗渗能力。因为加入硅粉可以明显地降低混凝土渗透性及减少游离的Ca(OH)2，从而提高了混凝土抗化学侵蚀能力。在混凝土中掺入硅粉，能减少Ca(OH)2含量，增加混凝土密实性，有效提高弱酸腐蚀能力，但在强酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的C-S-H在酸中分解，另外，它还能抗盐类腐蚀，尤其是对氯盐及硫酸盐类，它之所以能抗酸盐侵蚀，原因是硅粉混凝土较密实，孔结构得到改善，从而减少了有害离子传递速度及减少了可溶性的Ca(OH)2和钙矾石的生成，而增加水化硅酸鈣晶体的结果。
混凝土高碱性给普通钢筋混凝土中的钢筋提供了形成钝化膜的条件，一旦钝化膜破坏，钢筋就会发生电化学腐蚀，腐蚀速度取决于水分以及氧气进入混凝土的速度。加入硅粉可以改善密实性增加电阻率，所以，抵抗钢筋锈蚀的性能得到很大改善，硅粉改善电阻率是随着硅粉含量的增加而增加。
四、结束语
混凝土工程的抗冻耐久性尤其在三北地区混凝土工程的抗冻耐久性问题仍未得到根本解决。在滨海公路潮差侵蚀段防护工程混凝土性能可以看出，应用掺入活性的矿物掺和料和外加剂是解决混凝土抗冻耐久性问题的有效措施之一，也是今后混凝土技术的主要发展趋势。采用多种矿物掺合料复掺能否提高混凝土抗冻耐久性、其复合叠加效应能否实现及采用的最优配合比都要进行大量的试验，并从宏观和微观的角度来进一步研究和分析。该项目的研究克服了目前针对冻融破坏在分析研究方面的不足，有着广泛的理论与工程应用价值和重要的学术意义。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。