外砂河大橋海工混凝土配合比設(shè)計及應(yīng)用

王聯(lián)星，王東生 中交三航局廈門分公司，福建 廈門 361006

1 工程概況

汕頭東海岸新城外砂河大橋是橫跨外砂河的一座跨海特大橋，橋面寬度42m，總長2160 米，包括主橋、引橋和互通立交三部分。橋梁所處為外砂河入?？冢匦蔚刭|(zhì)情況復(fù)雜，環(huán)境腐蝕情況嚴重，對混凝土的耐久性能提出了較高要求。全橋高性能混凝土、高耐久性要求預(yù)應(yīng)力混凝土共超12 萬方，混凝土的施工質(zhì)量控制是工程質(zhì)量控制的重點之一。

2 主要技術(shù)指標和要求

2.1 混凝土強度和耐久性指標和要求

外砂河大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期為100 年，橋梁整體處于非常惡劣的海工環(huán)境，對主體結(jié)構(gòu)的混凝土耐久性能也有極高要求。全橋高性能混凝土、高耐久性要求預(yù)應(yīng)力混凝土的強度等級、耐久性要求的主要技術(shù)指標見表1。

表1 主要構(gòu)件的混凝土強度等級及耐久性要求

2.2 混凝土原材料的質(zhì)量要求

混凝土原材料需符合國家現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的要求，對于高性能混凝土、高耐久性要求預(yù)應(yīng)力混凝土，其原材料尚需符合現(xiàn)行公路和水運行業(yè)有關(guān)高性能混凝土、耐腐蝕混凝土方面規(guī)范的要求。

3 混凝土原材料選擇和配合比設(shè)計

3.1 混凝土設(shè)計思路

本工程混凝土的特點是耐久性指標要求高，配合比設(shè)計的關(guān)鍵問題是在保證施工性能和強度的基礎(chǔ)上提高混凝土的耐久性。針對表1所列的橋梁重要構(gòu)件混凝土，我們將其分為海工高性能混凝土和高耐久性要求預(yù)應(yīng)力混凝土，并根據(jù)其各自的特點，采取兩種設(shè)計思路。

參考東海大橋、杭州灣跨海大橋配合比設(shè)計的經(jīng)驗［1、2］，我們配置海工高性能混凝土的措施有:(1)優(yōu)選材，保證混凝土各種原材料的質(zhì)量;(2)低水膠比，減少混凝土內(nèi)部毛細孔隙通道;(3)大摻量礦物摻合料，充分利用摻合料對混凝土的各種有益效應(yīng)。

高耐久性要求預(yù)應(yīng)力混凝土，因本工程的工期原因，澆筑后需要盡快張拉，對混凝土早期彈模和強度有極高的要求，大摻量的礦物摻合料對其并不適合。因此，我們采取優(yōu)選原材、低用水量、低水膠比、適當雙摻礦物摻合料的措施來保證其各項性能。

3.2 優(yōu)選原材

原材料的選擇參考了南澳大橋施工用材料，并考慮了工程所在地地質(zhì)的特殊情況，尤其對碎石選材進行了充分調(diào)查試驗。

(1)水泥:選擇了2 個品牌的P.Ⅱ42.5 水泥和1 個品牌的P.Ⅱ42.5R 水泥共三種水泥進行試驗，在已選定其它材料情況下，選擇混凝土方量最大的C35 高性能和C50 預(yù)應(yīng)力混凝土基準配合比分別試拌，經(jīng)和易性比對，最后選擇了表現(xiàn)最佳的塔牌P.Ⅱ42.5 水泥。

(2)粉煤灰:選擇廈門益材粉煤灰有限責(zé)任公司生產(chǎn)的Ⅰ級F 類粉煤灰，各項指標均滿足要求。

(3)礦粉:采用廣東國鑫實業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的國鑫牌S95 級礦粉，密度2.86g/cm3，比表面積460m2/kg，28 天活性指數(shù)99%。

(4)高性能減水劑:選擇中交二航武漢港灣新材料有限公司生產(chǎn)的高性能減水劑，減水率29%，含氣量3.0%。為充分保證施工過程中的混凝土耐久性，參考鐵路現(xiàn)行規(guī)范，特別要求施工過程中供應(yīng)的減水劑含氣量要滿足現(xiàn)行鐵路標準的要求，即≤3.0%。

(5)碎石:經(jīng)過對汕頭及其周邊石料礦場的走訪調(diào)查并選材試驗，最終選擇了各項技術(shù)指標均能同時滿足高性能、高強度、預(yù)應(yīng)力等各類混凝土要求的潮州鳳山反擊破5～20mm 連續(xù)級配碎石。

(6)砂:韓江中砂，細度模數(shù)2.76。

(7)阻銹劑:復(fù)合氨基醇鋼筋阻銹劑，含固量30%。

3.3 礦物摻合料摻量的選擇

配合比設(shè)計過程充分考慮了混凝土耐久性的要求、早期彈模要求、施工性能要求，并通過使用不同的摻合料摻量組合進行試驗對比，最后選定了各混凝土構(gòu)件采用的不同的礦物摻合料摻量組合。如水下鉆孔樁C35 高性能混凝土，因其大流動性、高可泵性、自密實性等特點，經(jīng)過反復(fù)室內(nèi)和易性、室內(nèi)自密實容重測試，最終選擇了單摻40%粉煤灰;又如箱梁C50 和C55 預(yù)應(yīng)力混凝土，因其早期強度和早期彈模的高要求，在試驗比選的基礎(chǔ)上選擇了10%粉煤灰、15%礦粉的雙摻組合。

3.4 配合比設(shè)計及優(yōu)化

在根據(jù)經(jīng)驗確定的基準配合比的基礎(chǔ)上進行大量的試驗，先后確定了各構(gòu)件配合比的減水劑摻量、砂率和摻合料摻量，然后在強度、耐久性試驗結(jié)果基礎(chǔ)上選擇了合適的水膠比，并由此確定了試驗室最佳配合比。然后通過施工現(xiàn)場對這些試驗室最佳配合比的大料試拌試泵反饋的信息，對配合比進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的配合比見表2，混凝土的各項性能數(shù)據(jù)見表3。

表2 經(jīng)優(yōu)化后的混凝土配合比數(shù)據(jù)

表3 配合比各項性能試驗結(jié)果

4 配合比在工程中的應(yīng)用情況和施工質(zhì)量控制措施

4.1 配合比應(yīng)用情況

從配合比設(shè)計完成至2015 年5 月初外砂河大橋全線貫通，全橋共完成樁基484 根，承臺120 個，墩柱318 根，預(yù)制箱梁492 榀，現(xiàn)澆箱梁13 聯(lián)，主橋掛籃懸澆箱梁96 個節(jié)段，共澆筑海工高性能混凝土和高耐久性預(yù)應(yīng)力混凝土12 萬余方。

4.1.1 樁基C35 海工高性能

從工程484 根灌注樁的澆筑情況來看，該配合比施工性能非常好，保證了灌注樁澆灌的連續(xù)性，不堵管、浮漿少。通過對硬化混凝土的力學(xué)性能、耐久性能檢測，所澆筑的混凝土各項指標均能達到設(shè)計要求。

4.1.2 承臺、墩柱等C35～C45 海工高性能混凝土

橋梁下部結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件因其所處浪濺區(qū)環(huán)境的高腐蝕性，均采用了海工高性能砼，施工采用泵送施工。為同時滿足高流動性要求和高耐久性要求，配合比設(shè)計采用了礦物摻合料雙摻，總摻量達到55%(C45 高性能砼優(yōu)化后為50%)。在整個施工工程中，混凝土的各項工作性能均能滿足施工要求，構(gòu)件拆模后的整體外觀表現(xiàn)良好，硬化混凝土的各項檢測指標均能滿足設(shè)計要求。

4.1.3 箱梁C50 及主墩C55 高耐久性要求預(yù)應(yīng)力混凝土

高耐久性要求的高強度預(yù)應(yīng)力混凝土施工是本工程的一個難點，特別是主墩0#塊C55 預(yù)應(yīng)力混凝土單次澆筑2369m3，混凝土施工需同時考慮混凝土的高早期彈模和強度要求、高耐久性要求、高流動性要求，同時要嚴防裂縫的產(chǎn)生。配合比設(shè)計過程中，混凝土配合比進行反復(fù)優(yōu)化，確定的配合比的水膠比分別低至0.28(C50)、0.26(C55)。實際施工時，在多種溫控、防裂措施的配合下，不僅出色的完成預(yù)制箱梁的施工，更在主墩0#塊箱梁上創(chuàng)造了一次性成功澆筑2369 方C55 高標號預(yù)應(yīng)力砼的國內(nèi)記錄。施工后的混凝土抗壓、彈模、耐久性等指標檢測的結(jié)果，均能滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

4.2 混凝土施工過程的質(zhì)量控制措施

高強、高耐久性要求的混凝土施工質(zhì)量控制，需要在原材、施工配合比、入模溫度、澆筑質(zhì)量、工后養(yǎng)護等施工全過程上把好每一道關(guān)口。外砂河大橋的混凝土施工過程中，在施工各階段，均采取了充分的質(zhì)量控制措施，保證了混凝土的整體質(zhì)量。

4.2.1 嚴把原材料質(zhì)量關(guān)

(1)在選材階段，堅持按優(yōu)擇取、保障供應(yīng)的原則，對于不符合工程質(zhì)量要求的材料，堅決不予選用。如在碎石的選材上，在多次選材試驗的基礎(chǔ)上，選擇了成本較高但能滿足要求的潮州鳳山反擊破碎石。

(2)在過程控制階段，堅持疑料不用、不合格材料解決退場的原則，并加強進場抽檢工作。對原材料(特別是砂石和外加劑)加強備料工作，以給材料進場檢測留足時間。如2014 年5 月前后，韓江砂源緊張，為杜絕不合格砂的流入，項目部暫停了大方量混凝土的施工，直到合格的韓江河砂供應(yīng)正常后才繼續(xù)大方量混凝土的施工。

4.2.2 施工配合比控制

在施工配合比方面，采取加強骨料含水率檢測、加強攪拌設(shè)備稱量系統(tǒng)校正等措施，確保按配合比施工。同時，針對攪拌時間制定專門要求，確?；炷涟韬衔锏木鶆蛐?。

4.2.3 澆筑過程控制和工后養(yǎng)護

(1)做好大體積和高強度混凝土的入模溫度控制。控制入模溫度，可以降低混凝土早期水化熱，控制混凝土的早期溫升，避免混凝土出現(xiàn)假凝、開裂。特別是在大體積0#塊的施工中，成功運用液氮降溫技術(shù)，確保了0#塊的整體工程質(zhì)量。

(2)堅持合理的振搗施工。通過技術(shù)交底，確保施工振搗到位，避免漏振、過振。

(3)加強養(yǎng)護。嚴格執(zhí)行保溫保濕措施，防止混凝土開裂、碳化。

5 小結(jié)

橋梁高耐久性要求的混凝土施工，關(guān)鍵是做好配合比設(shè)計和優(yōu)化工作，采用經(jīng)試驗優(yōu)化的配合比，通過在原材、拌合、澆筑、養(yǎng)護等施工全過程中進行系統(tǒng)的質(zhì)量控制，并輔以必要的溫控、防裂措施，才能確?；炷琳w的工程質(zhì)量。通過積累外砂河大橋各等級高耐久性要求混凝土的配合比設(shè)計經(jīng)驗和施工實踐經(jīng)驗，提高了我們對高耐久性混凝土配合比設(shè)計工作的認識。

(1)對于海工高性能混凝土，可以通過低水膠比、大摻量礦物摻合料來實現(xiàn)。礦物摻合料種類及摻量，參考類似工程經(jīng)驗的同時還需要通過試驗確定。

(2)對于高耐久性要求、高早期強度要求預(yù)應(yīng)力混凝土，在適當控制摻合料的總摻量、確保早期強度和早期彈模的前提下，盡可能采用更多品種的摻合料，充分利用摻合料對混凝土的各種有益效應(yīng)，同時采用低用水量、低水膠比，輔以溫控、防裂的施工措施，確保混凝土的整體質(zhì)量。

［1］皇甫熹，徐強，俞海勇，王瓊.《高性能海工混凝土在東海大橋工程中的應(yīng)用》.世界橋梁，2004 年增刊:28-31.

［2］王冬松.《杭州灣跨海大橋高性能海工混凝土配合比設(shè)計》.公路，2009，(7):299-303.