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
水胶比
坍落度 ≥400kg/m3 ≤0.35 ≥120mm
≥C45 强度等级
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） ≤1.5×10-12m 2/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 ） ≤1.5×10-12m 2/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 ） ≤2.5×10-12m 2/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 ） ≤1.5×10-12m 2/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(t1+ t2) 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：
C (x , t ) =C s -(C s -C i ) erf (x
4D t T ) （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：
D t =D ref ⎡U ⎛1⎤1⎫ ⎪⋅exp ⎢⋅-⎥ （2） ⎪⎥R T T ⎢ref ⎝⎭⎦⎣
式中：D t —在时间t 和温度T 时的扩散系数；
D r e f —在某一参考时间t ref 和温度T ref 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；
T r e —参考温度（K ），取273K ； f
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：
e D t e =D ref ⎛t ref ⋅ t ⎝⎫⎪⎪ （3） ⎭m
式中：D t e —混凝土暴露试件在暴露试件t 时测定的扩散系数
D r e e f —混凝土暴露试件在某一参考试件点t ref 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。
图2 混凝土诱导期计算结果
4提高混凝土性能的主要途径
现有混凝土强度等级为C40和C50，目前混凝土主要配制参数为：168 kg/m3～180 kg/m3；胶凝材料用量425 kg/m3～180 kg/m3；矿渣掺量为40%和70%为应采取技术措施，满足混凝土抗压强度和耐久性的要求：
（1）抗压强度
从混凝土试验来看，4天强度达到46%抗压强度等级46%，不能满足要求，现在配制混凝土用水量168 kg/m3～180 kg/m3，用水量偏大，为提高早期强度，主要途径：
1）采用高效减水剂，降低用水量，用水量宜控制在1600kg/m3以下；
2）改善石子的级配，石子最大粒径增大到25mm ，也可降低用水量；
3）国内矿渣水泥粒化高炉矿渣粉在20%～50%（A 型）或50%～70%（B 型），现在水泥矿渣水泥掺量为70%或40%，40%掺量可能偏低，70掺量也可能偏高，适当控制矿渣水泥掺量，保证混凝土早期强度和耐久性。
4）在满足坍落度损 失的条件下，适当降低缓凝剂的用量。
（2）电通量
混凝土试验结果表明，28天电通量为1800C ～2000C ，参照现有国内有关规范标准，为满足工程设计使用寿命20年的要求，混凝土电通量指标确定为56天的电通量不大于1000C 。为满足混凝土电通量的要求，主要技术途径：
1）控制混凝土水胶比，水胶比宜控制在0.35左右；
2）控制矿渣粉掺量；
3）以56天龄期为评定混凝土电通量。
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
水胶比
坍落度 ≥400kg/m3 ≤0.35 ≥120mm
≥C45 强度等级
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） ≤1.5×10-12m 2/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 ） ≤1.5×10-12m 2/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 ） ≤2.5×10-12m 2/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 ） ≤1.5×10-12m 2/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(t1+ t2) 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：
C (x , t ) =C s -(C s -C i ) erf (x
4D t T ) （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：
D t =D ref ⎡U ⎛1⎤1⎫ ⎪⋅exp ⎢⋅-⎥ （2） ⎪⎥R T T ⎢ref ⎝⎭⎦⎣
式中：D t —在时间t 和温度T 时的扩散系数；
D r e f —在某一参考时间t ref 和温度T ref 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；
T r e —参考温度（K ），取273K ； f
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：
e D t e =D ref ⎛t ref ⋅ t ⎝⎫⎪⎪ （3） ⎭m
式中：D t e —混凝土暴露试件在暴露试件t 时测定的扩散系数
D r e e f —混凝土暴露试件在某一参考试件点t ref 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。
图2 混凝土诱导期计算结果
4提高混凝土性能的主要途径
现有混凝土强度等级为C40和C50，目前混凝土主要配制参数为：168 kg/m3～180 kg/m3；胶凝材料用量425 kg/m3～180 kg/m3；矿渣掺量为40%和70%为应采取技术措施，满足混凝土抗压强度和耐久性的要求：
（1）抗压强度
从混凝土试验来看，4天强度达到46%抗压强度等级46%，不能满足要求，现在配制混凝土用水量168 kg/m3～180 kg/m3，用水量偏大，为提高早期强度，主要途径：
1）采用高效减水剂，降低用水量，用水量宜控制在1600kg/m3以下；
2）改善石子的级配，石子最大粒径增大到25mm ，也可降低用水量；
3）国内矿渣水泥粒化高炉矿渣粉在20%～50%（A 型）或50%～70%（B 型），现在水泥矿渣水泥掺量为70%或40%，40%掺量可能偏低，70掺量也可能偏高，适当控制矿渣水泥掺量，保证混凝土早期强度和耐久性。
4）在满足坍落度损 失的条件下，适当降低缓凝剂的用量。
（2）电通量
混凝土试验结果表明，28天电通量为1800C ～2000C ，参照现有国内有关规范标准，为满足工程设计使用寿命20年的要求，混凝土电通量指标确定为56天的电通量不大于1000C 。为满足混凝土电通量的要求，主要技术途径：
1）控制混凝土水胶比，水胶比宜控制在0.35左右；
2）控制矿渣粉掺量；
3）以56天龄期为评定混凝土电通量。