海工混凝土原材料的特点及技术要求

海工混凝土原材料的特点及技术要求

孙鹏贵 马俊 戴文浩 邓俊 汤树弯

中国建筑第八工程局有限公司南方分公司 广东省深圳市 518000

摘要：随着海洋工程建设的迅速发展，海工混凝土的质量和性能至关重要。本文详细阐述了海工混凝土原材料的特点，包括水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂和水等方面，并深入分析了各原材料应满足的技术要求。通过合理选择和优化原材料，可有效提高海工混凝土的耐久性、抗渗性、抗腐蚀性等关键性能，确保海洋工程结构在恶劣海洋环境下的长期稳定和安全运行。

关键词：海工混凝土；原材料；特点；技术要求

中建八局科技研发项目《低碳高抗蚀水泥基海洋工程材料研究与应用》（2023-2-37）

前言：海洋工程结构如港口码头、跨海大桥、海洋平台等长期处于海水浸泡、干湿交替、海浪冲击、海风中盐分侵蚀等恶劣环境条件下。海工混凝土作为这些结构的主要建筑材料，其质量直接关系到工程的使用寿命和安全性。而原材料的选择和质量控制是保证海工混凝土性能的基础，了解海工混凝土原材料的特点及技术要求具有重要的现实意义。

1海工混凝土原材料的特点

海工混凝土原材料要求严苛。水泥的水化热会使大体积海洋工程结构因温度应力产生裂缝，降低耐久性，且其抗硫酸盐侵蚀性至关重要，C₃A 含量受限。矿物掺合料作用显著，火山灰质材料具火山灰活性，与氢氧化钙二次水化，填充孔隙，降水化热、增密实度与抗渗性，改善工作性能；矿渣粉活性高，可替水泥，增强后期强度、抗氯离子及化学侵蚀能力，其细度和颗粒形态影响性能发挥，合适的原材料是海工混凝土质量保障的基础。

海工混凝土的骨料和外加剂在保障其性能方面起着关键作用，各自有着严格的特性要求。骨料方面，坚固性是首要考量。在海洋环境下，骨料面临海水的反复干湿循环以及盐类结晶膨胀等考验，若坚固性不佳，就会出现破碎、剥落的情况，进而使混凝土质量和耐久性大打折扣。碱活性也不容忽视，海水中的碱金属离子一旦与具有碱活性的骨料发生反应，产生的膨胀性凝胶会致使混凝土内部裂缝滋生，严重威胁结构性能，所以必须严控骨料碱活性，杜绝使用有隐患的骨料。海砂虽常用，但因其氯离子含量高，会破坏钢筋钝化膜加速锈蚀，使用时必须进行淡化处理，将氯离子含量严格控制在规定区间内。

外加剂同样不可或缺。高效减水剂能在不增加用水量的前提下，极大提升混凝土流动性，使其便于施工与振捣，减少内部孔隙，增强抗渗和抗腐蚀能力，有助于优化水胶比，提升强度与耐久性。引气剂引入的适量微小气泡，是混凝土抗冻的得力助手，冻融循环时气泡缓冲冰晶膨胀压力，防止混凝土因结冰膨胀而损坏，同时也对工作性和抗渗性的提升有积极作用。阻锈剂则针对海水中氯离子对钢筋的锈蚀问题，在钢筋表面构建保护膜，阻拦侵蚀离子靠近，有效抑制锈蚀进程，延长钢筋混凝土结构的使用年限。总之，只有确保骨料和外加剂符合要求，才能使海工混凝土在海洋环境中稳定发挥作用。

2海工混凝土原材料的技术要求

2.1水泥

品种选择：优先选用中低热硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。中低热水泥能够有效控制水化热，减少混凝土内部温度裂缝的产生；抗硫酸盐水泥则能抵抗海水中硫酸盐的侵蚀，保证混凝土的长期稳定性。

强度等级：根据工程结构的设计要求，选择合适的水泥强度等级。一般情况下，海工混凝土宜选用强度等级不低于42.5MPa的水泥，以确保混凝土具有足够的强度和耐久性。

化学成分限制：水泥中的C₃A含量一般不宜超过8%（对于严重硫酸盐侵蚀环境，可能要求更低），以降低其在硫酸盐环境下的反应活性；氧化镁（MgO）含量也应符合相关标准，避免因MgO含量过高导致混凝土后期体积膨胀。

2.2矿物掺合料

粉煤灰：应选用品质优良的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰，其需水量比、烧失量、三氧化硫含量等指标应满足相应标准要求。粉煤灰的掺量一般不宜超过水泥用量的30%（具体掺量根据工程实际情况和试验确定），以保证混凝土的早期强度和耐久性。

矿渣粉：矿渣粉的比表面积宜控制在400-500m²/kg之间，活性指数不低于95%（7d）和105%（28d）。其掺量可根据工程需要和试验结果确定，一般在20%-50%之间，与水泥和其他掺合料配合使用，共同改善混凝土性能。

硅灰：硅灰具有极高的火山灰活性和比表面积，能够显著提高混凝土的强度和耐久性。但由于其价格较高，掺量一般不宜超过10%（通常在5%-10%之间），且使用时需注意其对混凝土工作性的影响，通常需与高效减水剂配合使用。

2.3骨料

2.3.1粗骨料

粒径与级配：粗骨料的最大粒径不宜超过结构最小尺寸的1/4和钢筋最小净距的3/4，且应具有良好的连续级配，以保证混凝土的密实度和工作性。一般情况下，海工混凝土粗骨料的粒径可选用5-25mm或5-31.5mm等规格。

压碎指标：压碎指标值应不大于10%（对于高强海工混凝土，要求可能更严格），以确保粗骨料具有足够的强度和坚固性，能够承受海洋环境中的各种作用力。

针片状含量：针片状颗粒含量不宜超过5%，过高的针片状含量会影响混凝土的和易性和强度，降低混凝土的质量。

2.3.2细骨料

细度模数：海工混凝土宜选用中砂，细度模数一般在2.3-3.0之间，这样的细骨料既能保证混凝土具有良好的工作性，又能使混凝土具有较高的密实度和强度。

含泥量与泥块含量：含泥量不应超过2.0%，泥块含量不应超过0.5%。过高的含泥量和泥块含量会降低混凝土的强度和耐久性，同时增加混凝土的收缩性和吸水性。

氯离子含量：对于海砂，经过淡化处理后，其氯离子含量应不超过0.03%（以干砂重计），以防止因氯离子超标导致钢筋锈蚀。

2.4外加剂

减水剂：应选用高效减水剂，减水率一般不低于20%，且坍落度损失小，与水泥和矿物掺合料具有良好的相容性。在使用过程中，应根据混凝土的配合比和施工工艺要求，准确控制减水剂的掺量，避免因掺量不当而影响混凝土的性能。

引气剂：引气剂的掺量应根据混凝土的抗冻性要求和原材料情况通过试验确定，一般使混凝土含气量控制在4%-6%之间。同时，引气剂应具有良好的起泡性和稳泡性，保证引入的气泡均匀、细小、稳定，且不影响混凝土的强度和其他性能。

阻锈剂：钢筋阻锈剂的品种和掺量应根据工程的具体环境条件和钢筋锈蚀风险评估结果选择，其对钢筋的阻锈效果应通过相关标准试验进行验证，确保在海洋环境下能够有效抑制钢筋锈蚀，且不得对混凝土的其他性能产生不利影响。

2.5水

混凝土拌合用水应符合《混凝土用水标准》（JGJ63）的规定，水中的氯离子含量不应超过500mg/L，硫酸根离子含量不应超过2700mg/L，pH值应不小于4.5，不含有油污、糖、酸等有害杂质。对于采用海水拌合混凝土的特殊情况，应进行专门的试验研究和论证，并采取相应的防护措施，确保混凝土的性能满足设计要求和耐久性标准。

结束语：

概而言之，海工混凝土原材料的特性与技术要求独具特点。水泥需抗硫酸盐侵蚀且控水化热，矿物掺合料优化性能，骨料坚固且低碱活性，外加剂保障工作性与耐久性，水应纯净无杂质。严格把控这些原材料质量，运用科学配合比与工艺，才能确保海工混凝土性能卓越，为海洋工程筑牢根基，推动海洋建设蓬勃发展。

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