海工混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制

■陳木英

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350003）

海工混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制

■陳木英

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350003）

本文結(jié)合沿海項(xiàng)目為實(shí)例，對(duì)不同等級(jí)的海工高性能混凝土的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，同時(shí)從配合比的制定、混凝土的拌制、澆注、表面處理對(duì)施工期間質(zhì)量控制措施進(jìn)行了總結(jié)，旨在為同類項(xiàng)目配合比的設(shè)計(jì)優(yōu)化與質(zhì)量控制提供參考。

海工混凝土 配合比 設(shè)計(jì) 質(zhì)量控制

1 工程概況

某環(huán)島公路 （金井灣大橋及接線工程）路線全長2.023km，采用一級(jí)公路兼城市主干路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向六車道，主線設(shè)計(jì)速度60km/h，輔道設(shè)計(jì)速度30km/h，道路紅線寬度為60m（主線橋?qū)挾?6m），本項(xiàng)目橋長833.4m，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩，上部結(jié)構(gòu)為變截面等截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁。該項(xiàng)目地處如意灣海域，受海洋風(fēng)、浪、流、潮、霧、雨等環(huán)境因素影響較大，且地質(zhì)條件復(fù)雜，各部位混凝土材料等級(jí)及耐久性要求見下表1所示。

表1 各部位混凝土材料等級(jí)及耐久性要求

混凝土采用符合 《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ275-2000）的海工耐久性混凝土，采用水泥、砂、石料和水均應(yīng)符合 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ/T F50-2011）的有關(guān)規(guī)定，避免發(fā)生堿集料反應(yīng)。海上環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的防腐和耐久性要求高，海工混凝土配合比及施工過程控制要求比較嚴(yán)格，混凝土配制應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)水泥和級(jí)配良好的優(yōu)質(zhì)骨料，本文以承臺(tái)為例，介紹海工混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制。

2 海工混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方法

2.1.1 水膠比確定

根據(jù)混凝土要求進(jìn)行水膠比計(jì)算，公式：

上述公式中，aa、ab別表示回歸系數(shù)；應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程所采用的集料以及水泥品種等，再經(jīng)由試驗(yàn)完成混凝土強(qiáng)度與水膠比關(guān)系式的明確；fcu,0表示混凝土所配制抗壓強(qiáng)度。

在上述試驗(yàn)資料均不具備的情況下，則可采用卵石混凝土 aa為 0.48，ab為 0.33，而碎石混凝土 aa為 0.46，ab為0.07。

2.1.2 膠凝材料用量

計(jì)算公式為：

公式（2）中，mw0主要是指每立方米混凝土所使用的水量；mc0則主要表示每立方米混凝土所采用的膠凝材料用量。

在計(jì)算中，若結(jié)果顯示超過最低水泥用量，則表明其耐久性符合標(biāo)準(zhǔn)，反之則表示不合格。

2.1.3 砂率確定

混凝土砂率越小其坍落度則越佳，在對(duì)其選取時(shí)，應(yīng)結(jié)合粗骨料粒徑、品種、細(xì)度模數(shù)以及水膠比來確定。若混凝土的坍落度超過60mm，需通過試驗(yàn)對(duì)其砂率進(jìn)行確定，同時(shí)還可在細(xì)度模數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合坍落度每增加20mm，即可增加1%的砂率的方式來確定。

2.2 海工混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)要求

C40海工混凝土主要用承臺(tái)，其配制的強(qiáng)度為49.8MPa，坍落度則為180～220mm，84天氯離子擴(kuò)散系數(shù)不大于2.5×10-12m2/s。

2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

配合比設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

2.2.3 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)表2中所體現(xiàn)的參數(shù)來進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)，其配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

根據(jù)表3與表4結(jié)果來看，通過對(duì)比，基準(zhǔn)配合比的和易性、坍落度、擴(kuò)展度、含氣量、抗壓強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)等指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，故本次施工選取PHB-007-2配合比作為本項(xiàng)目承臺(tái)的配合比。

3 海工混凝土施工質(zhì)量控制

3.1 配合比的制定

在進(jìn)行現(xiàn)場施工的過程中，混凝土配合比質(zhì)量可直接對(duì)整個(gè)施工質(zhì)量造成影響，在制定配合比時(shí)，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)規(guī)定來實(shí)施有效控制，若一次性使用量較大的情況下，則需要對(duì)混凝土配合比試驗(yàn)資質(zhì)與資料等進(jìn)行審核。在施工過程中，也應(yīng)當(dāng)隨時(shí)進(jìn)行抽檢，以免發(fā)生偷工減料的情況。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工與驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204）中規(guī)定進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。針對(duì)海工混凝土環(huán)境的特殊性，在確定最低單方混凝土膠凝材料以及最大水膠比時(shí)，需滿足表5中規(guī)定。

表2 C40海工混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 配合比設(shè)計(jì)

表4 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

表5 海工混凝土規(guī)定

除此之外，混凝土的膠凝材料總量必須控制在500kg/m3范圍內(nèi)，通常情況下不得超出550kg/m3。若通過計(jì)算，其結(jié)果超過550kg/m3，則必須通過提高水泥強(qiáng)度等級(jí)的方式來進(jìn)行有效處理。0.8%～1.2%為最佳外加劑摻量。

3.2 混凝土的拌制

在對(duì)混凝土進(jìn)行拌和時(shí)，必須對(duì)其加入的水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，準(zhǔn)確計(jì)算集料帶入的水分，以此來確定施工配合比并且要保證配料偏差能夠滿足以下幾點(diǎn)要求：水、外加劑、膠凝材料（±1%）；粗、細(xì)集料（±2%）。

采用粉劑作為外加劑時(shí)，可適當(dāng)延長攪拌的處理時(shí)間，通常應(yīng)當(dāng)達(dá)到30s以上；若采用液體外加劑時(shí)，則需要對(duì)加入水量進(jìn)行控制，將溶液中的水量扣除。

加料順序是海工混凝土攪拌過程中非常重要的部分，集料在進(jìn)行拌和期間，會(huì)吸入部分外加劑與水泥漿，為此，在將外加劑加入其中的同時(shí)，必須嚴(yán)格按照集料要求，對(duì)其進(jìn)行充分的拌濕處理，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)集料吸附的有效控制，從而實(shí)現(xiàn)減水的目的。

3.3 澆注

在海工混凝土施工過程中，建議采取泵送施工，通過高頻率的振搗來促使其成型。自由傾落度必須控制在2m以內(nèi)，若沒有出現(xiàn)離析和分層情況，則可適當(dāng)增加傾落高度，但仍然建議控制在4m以內(nèi)。建議在進(jìn)行攪拌處理之后90min內(nèi)，必須完成泵送。

建議通過分塊分層連續(xù)澆筑的方式進(jìn)行處理，這更易避免施工縫的出現(xiàn)。在分層處理時(shí)，可通過階梯狀分層或者斜向分層兩種方式來實(shí)施（見圖1），結(jié)合施工組織實(shí)際情況，確定分層厚度和分塊大小，通常根據(jù)混凝土澆筑層、各澆筑塊均不得出現(xiàn)施工冷縫的情況來處理，混凝土分塊和分層必須按照施工方案來確定。但最大分層厚度必須控制在振搗棒的作用范圍內(nèi)，即不得超過500mm。

3.4表面處理

海工混凝土表面處理如下：

（1）在海工混凝土進(jìn)行澆筑時(shí)，必須及時(shí)排除泌水。

坡度法、引流法以及真空吸水法均是較常用的泌水排除方法。坡度主要是在混凝土澆筑的過程中，將混凝土表面保留適度的坡度，實(shí)現(xiàn)泌水的自動(dòng)排除；引流法則主要是指在進(jìn)行澆筑期間，將產(chǎn)生的泌水集中在一起，再運(yùn)用排水工具來幫助其將泌水排除；真空吸水法則主要是指在完成澆筑處理之后，在混凝土表面放置一個(gè)吸水膠墊，經(jīng)由真空吸水機(jī)來幫助混凝土將多余的水分完全去除。

圖1 大體積混凝土澆注分層、分塊示意圖

（2）在完成混凝土的澆筑處理之后，可運(yùn)用混凝土抹光機(jī)或者刮杠對(duì)表面進(jìn)行抹平、刮平處理，再以水抹子將其搓平，若有要求則可實(shí)施壓光處理。在處理過程中，需考慮混凝土收縮過程中產(chǎn)生的力學(xué)作用，以免出現(xiàn)裂縫，在終凝之前需反復(fù)多次進(jìn)行抹光處理，確保收縮裂縫能夠及時(shí)恢復(fù)，以免形成永久性裂縫。

（3）若混凝土的表面有較厚的浮漿，則必須在混凝土初凝之前加入石子漿或者將浮漿完全消除，確?；炷粮鼮榫鶆?。在對(duì)石子漿處理時(shí)，需將其充分振搗充實(shí)，并及時(shí)完成表面的處理。

4 結(jié)論

海工混凝土由于長期受到風(fēng)浪、潮汐的影響，為了保障其使用安全性，故加強(qiáng)其配合比設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的控制具有重要意義。在對(duì)配合比設(shè)計(jì)中，必須通過試驗(yàn)確定最佳的配合比，而在施工質(zhì)量控制中，則從各環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)全過程控制，促使混凝土整體質(zhì)量得到顯著提升。

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