小議泉州灣跨海大橋海工混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)

饒莉

（泉州市交通基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站）

小議泉州灣跨海大橋海工混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)

饒莉

（泉州市交通基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站）

針對(duì)惡劣的海洋環(huán)境對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的嚴(yán)重威脅，以泉州灣跨海大橋墩身混凝土為依托，根據(jù)海工混凝土耐久性的質(zhì)量控制技術(shù)要求，簡(jiǎn)述跨海大橋砼配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

跨海大橋；海工混凝土；配合比；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 工程概況及混凝土耐久性問題

1.1 工程概況

泉州灣跨海大橋工程起于晉江南塘，接于泉州市環(huán)城高速公路晉江至石獅段，在石獅蚶江跨越泉州灣，經(jīng)惠安秀涂、張坂，終于塔埔，與泉州市環(huán)城高速公路南惠支線相接，項(xiàng)目由跨海大橋和接線工程組成，全長26.676km。本項(xiàng)目制約工程——泉州灣跨海大橋，橋長12.455km，處于惡劣的海洋環(huán)境中，存在對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的嚴(yán)重威脅，影響混凝土的結(jié)構(gòu)使用壽命，有必要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究。

1.2 耐久性問題現(xiàn)狀

現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范，主要考慮荷載作用下結(jié)構(gòu)承載力安全性與適用性的需要，較少顧及結(jié)構(gòu)長期使用過程中由于環(huán)境作用引起材料性能劣化對(duì)結(jié)構(gòu)適用性與安全性的影響。橋梁日常檢測(cè)過程中可以發(fā)現(xiàn)，海水中和海岸邊的混凝土工程由于長期受氯離子侵蝕，混凝土中鋼筋銹蝕的現(xiàn)象非常普遍。以省道201線泉州晉江沿海大通道為例，該工程橋齡不過六七年，而檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)大部分混凝土結(jié)構(gòu)開裂，鋼筋外露且嚴(yán)重銹蝕，部分橋梁已經(jīng)成為病橋，嚴(yán)重影響橋梁的正常使用。為此，不僅需要高額的修復(fù)費(fèi)用，而且修復(fù)后的橋梁使用壽命也大大縮短。因此，在跨海橋梁的建設(shè)中，必須充分考慮結(jié)構(gòu)使用環(huán)境的侵蝕特性，制定嚴(yán)格的海工耐久性混凝土各項(xiàng)技術(shù)要求，使跨海橋梁的建設(shè)真正做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)和合理。

1.3 影響工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素

泉州灣跨海大橋工程中，混凝土作為結(jié)構(gòu)的主要材料，其工作性能、力學(xué)性能、抗侵蝕性能、抗開裂性能和耐久性等對(duì)整個(gè)大橋的質(zhì)量和長期的安全起著十分重要的作用。影響泉州灣大橋鋼筋混凝土的破壞因素主要有：鋼筋銹蝕作用、碳化作用、堿-集料反應(yīng)、鹽類侵蝕作用、有害裂縫、沖擊磨損等機(jī)械破壞作用。

1.3.1 鋼筋銹蝕作用

鋼筋銹蝕主要來自于兩種作用，即混凝土碳化和氯離子侵蝕。雖然碳化也同樣可破壞鋼筋鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕和結(jié)構(gòu)破壞，但氯離子滲透引起鋼筋鈍化膜活動(dòng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土碳化。因?yàn)閷?duì)于耐久性要求較高的混凝土結(jié)構(gòu)，其密實(shí)度較高，表面碳化后形成一層硬殼阻止了碳化的進(jìn)一步發(fā)展，碳化深度一般較小。因此，對(duì)于混凝土保護(hù)層較大、設(shè)計(jì)使用壽命較長的混凝土構(gòu)件而言，因混凝土碳化而引起的鋼筋銹蝕作用很小，鋼筋銹蝕的決定因素是氯離子滲透。

1.3.2 堿-集料反應(yīng)

對(duì)于混凝土的堿-集料反應(yīng)破壞而言，可通過選擇低堿含量的水泥和礦物摻合料、嚴(yán)禁使用具有堿活性的骨料等措施來控制，因此，在耐久性設(shè)計(jì)中，必須對(duì)原材料的選擇和配合比設(shè)計(jì)要求做出嚴(yán)格的規(guī)定。

1.3.3 鹽類侵蝕作用

本項(xiàng)目海域海水SO42-與其它海域或者硫酸鹽腐蝕環(huán)境類似，也存在硫酸鹽腐蝕的可能。相對(duì)于硫酸鹽腐蝕而言，氯離子的離子半徑遠(yuǎn)小于硫酸根離子，其滲透速率遠(yuǎn)大于硫酸鉻離子的滲透速率。且滲入混凝土中的氯離子將先于硫酸根離子與膠凝材料中的鋁酸三鈣組分反應(yīng)生成Friedel鹽，即抑制了硫酸鹽與水泥膠凝體系中鋁酸三鈣的反應(yīng)。

1.3.4 施工期混凝土裂縫控制

橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)包括樁基、承臺(tái)、塔座、塔柱、箱梁、錨碇結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)工程建筑物，其中有低標(biāo)號(hào)大體積混凝土結(jié)構(gòu)，也有許多高標(biāo)號(hào)中等體積混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土裂縫一直是嚴(yán)重影響建筑物結(jié)構(gòu)安全和壽命的主要問題。

2 墩身混凝土配制與性能研究

2.1 原材料選擇

2.1.1試驗(yàn)用水泥為福建建福牌P.II42.5和龍巖華潤牌P.II42.5，其燒失量分別為2.8%和2.0%；氧化鎂含量分別為3.4%和1.9%；堿含量分別為0.53%和0.40%，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合GB175-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.2試驗(yàn)用粉煤灰廠家為廈門嵩能粉煤灰開發(fā)有限公司和泉州南埔電廠的F類I級(jí)粉煤灰，其堿含量分別為0.063%和0.036%，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合GB/T 1596-2005標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.3試驗(yàn)用礦粉為泉州國道建材有限公司S95礦粉和三鋼集團(tuán)（龍海）礦微粉有限公司S95礦粉，其CL-含量分別為0.016%和0.015%，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合GB/T 18046-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.4試驗(yàn)用外加劑分別為福州創(chuàng)先工程材料有限公司和江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸外加劑，其CL-含量均為0%；堿含量分別為0.65%和0.75%，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合GB 8076-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.5試驗(yàn)用碎石來自泉州洛江羅溪碎石場(chǎng)，其堿活性指標(biāo)合格，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合JTG/T F50-2011標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.6試驗(yàn)用砂來自漳州九龍江河砂，其氯化物含量0.008%，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合JTG/T F50-2011標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2墩身混凝土配制技術(shù)要點(diǎn)

跨海大橋墩身混凝土一般位于浪濺區(qū)及重度鹽霧區(qū)，屬于D～F環(huán)境作用等級(jí)，腐蝕環(huán)境嚴(yán)酷。墩身混凝土的技術(shù)要求有：

2.2.1 粘聚性好。墩身暴露于大氣中，外觀質(zhì)量要求較高，混凝土應(yīng)具有良好的粘聚性能，使得混凝土均勻性好，混凝土不分層，不離析，從而提高混凝土的外觀質(zhì)量。

2.2.2 流動(dòng)性好。墩身較高，海工混凝土水膠比較低且混凝土采用大礦物摻合料，混凝土較粘，為了滿足墩身的泵送性能，混凝土應(yīng)有較好的流動(dòng)性，從而確?；炷劣辛己玫氖┕ば阅?。

2.2.3 耐久性好?？绾４髽蚨丈硖幱谧顬閲?yán)酷的腐蝕環(huán)境中，對(duì)混凝土抗?jié)B性有較高要求，墩身保護(hù)層較厚，因此也應(yīng)注意墩身的抗裂性能。

2.2.4 抗氯離子侵蝕能力強(qiáng)。

墩身混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見下表：

表1 墩身混凝土配制技術(shù)指標(biāo)

2.3 混凝土配合比與性能試驗(yàn)

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求以及試配經(jīng)驗(yàn)，確定墩身混凝土膠凝材料用量范圍為420～460kg/m3，水泥摻量≥40%，粉煤灰摻量≤30%，礦粉摻量≤30%。

試驗(yàn)采用建福P.II42.5和華潤P.II42.5低堿水泥、南埔電廠F類I級(jí)粉煤灰、三鋼龍海S95礦粉和福州創(chuàng)先、江蘇蘇博特聚羧酸外加劑，配制墩身混凝土。

2.3.1 混凝土工作性能和力學(xué)性能試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果可以看出，四組配合比的工作性能良好，混凝土抗壓強(qiáng)度隨膠凝材料總量的增加而增大，水泥品種對(duì)混凝土強(qiáng)度略有影響，1-1、1-2、1-3、1-4混凝土28天抗壓強(qiáng)度分別為67.7Mpa、68.2Mpa、63.1Mpa、65.5Mpa。

2.3.2 墩身混凝土的抗氯離子滲透性能試驗(yàn)

采用RCM法測(cè)試四組混凝土不同齡期的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如下表：

表2 氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果（×10-12m2/s）

從表2可以看出：墩身混凝土配合比的氯離子擴(kuò)散系數(shù)值較低，84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

通過對(duì)跨海大橋墩身混凝土所用原材料和混凝土的多項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用膠凝材料用量為430～450kg/m3、水膠比0.33～0.37、用水量≤150kg/m3、F類I級(jí)粉煤灰摻量15～25%，配制的混凝土工作性較好，力學(xué)性能符合設(shè)計(jì)及技術(shù)規(guī)范要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)均在1.0×10-12m2/s以下，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求，從而使海工混凝土能夠達(dá)到低滲透性、高彈性模量，以提高結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。