湛江海灣大橋主墩承臺(tái)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

摘　要: 介紹了湛江海灣大橋主墩承臺(tái)大體積高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞: 湛江海灣大橋; 高性能混凝土; 配合比; 設(shè)計(jì)

1　湛江海灣大橋概況

　　處于海洋環(huán)境的橋梁, 混凝土的破壞常常是化學(xué)侵蝕, 其中氯離子引起的侵蝕對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞最為常見。氯離子侵入到混凝土鋼筋表面, 并在鋼筋表面聚集, 促使鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕; 鋼筋銹蝕后與混凝土的粘結(jié)力下降, 同時(shí)產(chǎn)生的膨脹使保護(hù)層產(chǎn)生開裂破壞, 最終導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞。氯離子多數(shù)來自海水及海洋性氣候中的潮濕空氣。大量研究表明, 采用高性能混凝土是海洋環(huán)境下提高結(jié)構(gòu)耐久性的基本措施。高性能混凝土以低水膠比、低缺陷、高密實(shí)、高耐久及較高的抗氯離子滲透性為特征。在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下, 更提高了混凝土的耐久性和抗氯離子的滲透。

　　湛江海灣大橋位于廣東省粵西雷州半島的東北側(cè)湛江市內(nèi)平樂渡口以北1．3 km 處, 橫跨麻斜海灣, 是湛江市的標(biāo)志性建筑。橋梁全長(zhǎng)約4 km , 跨海正橋橋跨布置為9×50 m + 9×50 m + (60+ 120+480+ 120+ 60) m + 8×50 m + 8×50 m , 是四車道雙幅寬為25．5 m 的高速公路大橋, 主橋主跨為480 m 的雙塔雙索面混合梁斜拉橋, 橋高50 余m , 塔高155 余m; 全橋?yàn)橹本€橋。湛江海灣大橋具有橋梁長(zhǎng)、橋面寬、墩柱高、橋型新、跨徑大、施工周期長(zhǎng)、氣象條件變化多端和施工工藝復(fù)雜等特點(diǎn)。

　　湛江海灣大橋主墩承臺(tái)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為30M Pa, 承臺(tái)混凝土的總方量為8 047 m 3, 屬于大體積混凝土。承臺(tái)采用套箱施工, 分3 次澆筑, 第1 次澆筑厚1．5 m 約1 600m 3, 第2 次澆筑厚3m 約3 700m 3,第3 次澆筑厚2m 約2 750m 3?；炷潦峭ㄟ^在岸邊搭建的固定式攪拌站供應(yīng), 西岸主墩離岸邊約1 km ,由于距離長(zhǎng)不便于直接將混凝土在岸邊泵送, 我們采用搭設(shè)便橋的施工方案, 通過運(yùn)輸攪拌車將混凝土運(yùn)輸至主墩平臺(tái)再泵送的施工方法。由于澆筑方量大, 為防止水泥在水化過程中的水化熱過高而產(chǎn)生裂縫, 在承臺(tái)內(nèi)布設(shè)冷卻水管以降低混凝土的溫度, 在混凝土的生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制混凝土的溫度,在拌和用水中加入冰塊以降水溫(水溫控制在4℃以下) , 骨料灑水以降低骨料溫度, 從而控制混凝土溫度, 保證混凝土出料時(shí)的溫度小于24℃。承臺(tái)處于海濺區(qū), 根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范, 要求混凝土抗氯離子滲透性必須小于1 000 庫(kù)侖。

　　湛江海灣大橋西岸主墩承臺(tái), 混凝土的施工特點(diǎn)是一次性澆筑的混凝土方量大, 混凝土抗氯離子滲透性指標(biāo)必須達(dá)到要求。為滿足上述要求, 除選擇優(yōu)質(zhì)水泥外, 嚴(yán)格控制骨料的質(zhì)量指標(biāo), 采用摻超量?jī)?yōu)質(zhì)粉煤灰取代水泥和緩凝高效減水劑, 經(jīng)反復(fù)試驗(yàn), 在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性、抗氯離子滲透性以及盡可能經(jīng)濟(jì)的條件下, 配制C30 的高性能混凝土, 滿足施工要求。

2　高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)原理

　　(1) 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)采用試驗(yàn)—計(jì)算法, 配制原則同普通混凝土。

　　(2) 粗骨料最大粒徑不宜大于25 mm; 細(xì)骨料宜選用級(jí)配良好、細(xì)度模數(shù)在2．6～ 3．2 的中粗砂。

　　(3) 膠凝材料用量≥400 kg／m 3。

　　(4) 應(yīng)通過試配確定最佳砂率。

　　(5) 降低水灰比和調(diào)整摻合料的摻量, 使抗氯離子滲透性指標(biāo)達(dá)到要求。

3　原材料及混凝土配合比

3．1　原材料

　　(1) 水泥: 配制高性能混凝土的水泥應(yīng)為品質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥, 其強(qiáng)度宜采用42．5 (R ) 級(jí)。通常水泥中的C3A 含量不宜超過8% ,比表面積不超過3 500 cm 2／g, 氧化鈣不超過1．5% ,含堿量不超過3．5 kg／m 3。硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥與摻合料一起使用, 對(duì)于惡劣環(huán)境下的混凝土應(yīng)采用大摻量摻合料一起配制, 能改善混凝土體積穩(wěn)定性和抗裂性能。我們選用了廣西魚峰42．5 (R )水泥, 該水泥能滿足上述技術(shù)要求。

　　(2) 粉煤灰: 配制高性能混凝土所用的粉煤灰必須來自燃煤工藝先進(jìn)的電廠, 粉煤灰的燒失量盡可能地低, 并不宜大于4% , 三氧化硫含量≤3% , 需水量不大于105%?；炷林袚饺雰?yōu)質(zhì)粉煤灰能明顯改善混凝土性能, 特別是改善混凝土抗氯離子的滲透性能, 顯著提高混凝土的護(hù)筋性能; 因此選用Ê 級(jí)優(yōu)質(zhì)煤灰。

　　(3) 粗骨料: 粗骨料必須是質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好、針片狀少、壓碎指標(biāo)不大于10% 的碎石。選用花崗巖碎石, 5～ 25 mm 連續(xù)級(jí)配, 壓碎值為7．5%。

　　(4) 細(xì)骨料: 級(jí)配良好、細(xì)度模數(shù)為216～ 312 的中粗砂, 選用河砂。

　　(5) 減水劑: 選用WH – Ⅲ - A 減水劑, 坍落度損失小, 減水率大于25%。

　　(6) 水: 潔凈井水。

3．2　配合比設(shè)計(jì)

　　主墩承臺(tái)混凝土配合比設(shè)計(jì), 是根據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度及抗氯離子滲透性的要求進(jìn)行的, 混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30 的高性能混凝土, 抗氯離子滲透性小于1 000 庫(kù)侖。根據(jù)上述要求我們采用了超量粉煤灰摻量取代水泥。超量取代法的混凝土只是早期強(qiáng)度略低, 而后期強(qiáng)度將超出相應(yīng)的不摻粉煤灰的混凝土, 且能明顯地改善混凝土的抗氯離子滲透性能。為此, 我們做了一系列的試驗(yàn)比較, 并將配合比試件全部送到廣州四航工程技術(shù)研究院做90 d 齡期抗氯離子滲透性試驗(yàn), 得出試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1　配合比及強(qiáng)度、抗氯離子滲透性試驗(yàn)結(jié)果

　　從表1 的試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 編號(hào)2 為最佳配合比, 并能滿足高性能混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和滿足《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》要求。

4 　結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)過以上配合比的分析、試驗(yàn), 在高性能混凝土配合比中采用Ê 級(jí)優(yōu)質(zhì)煤灰超量取代水泥, 并摻緩凝高效減水劑可以明顯提高混凝土抗?jié)B透能力, 使構(gòu)造物具有良好的防腐蝕耐久性, 質(zhì)量可靠、施工方便。湛江海灣大橋西岸主墩承臺(tái)使用2 號(hào)配合比, 經(jīng)過合理的施工、溫控, 主墩承臺(tái)已成功澆筑, 最多一次澆筑量為3 700 m 3, 沒有發(fā)生由于水化熱和溫差引起的裂縫, 為大體積高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)和施工積累了經(jīng)驗(yàn)。