例谈海工混凝土配制技术

例谈海工混凝土配制技术
1 概述
泉州湾跨海大桥工程起于晋江南塘与泉州市环城高速公路晋江至石狮段相接，在石狮蚶江跨越泉州湾，经惠安秀涂、张坂、终于塔埔，与泉州市环城高速公路南惠支线相接，路线全长26.676km ，其中跨海大桥部分长约12.455km 。

全线按高速公路标准设计。

泉州湾跨海大桥混凝土工程建设规模巨大，其所处位置的气象、水文、地形、地质等条件又十分复杂，海水中氯離子最大含量高23.60kg/m3，结构所处环境属Ⅲ类环境即海水氯化物引起钢筋锈蚀的近海或海洋环境，作用等级从中等程度（C级）至极端严重程度（F级），工程服役环境十分恶劣。

2 海工混凝土配合比设计
2.1 配合比设计原则
泉州湾跨海大桥海工混凝土配合比设计采用海工混凝土设计理念，在保证混凝土达到强度要求的前提下，将提高混凝土的耐久性放在首要位置，混凝土的工作性能、力学性能、体积稳定性、抗裂性和抗渗透性能等均影响混凝土的耐久性。

工作性能不良在施工过程中不易泵送、易堵泵，影响混凝土的施工性能和匀质性；力学性能不良达到不设计要求；体积稳定性不好收缩变形大，易开裂；抗裂性能不好会开裂形成腐蚀通道；抗渗性能不好，影响混凝土结构的使用寿命。

因此在混凝土设计的过程中，切不可为提高混凝土抗渗性能而较大的影响其它性能，应使得以上性能最大的兼顾。

2.2不同结构部位配合比设计要求
根据不同结构部位特点和施工工艺要求，提出了不同部位的混凝土性能要求。

具体要求如下：
2.3 混凝土配合比所用原材料要求
混凝土的力学性能、热力学性能、抗裂性能、外观质量、耐久性能与原材料的选择有密切联系，原材料优选试验，提出了以下要求。

1）水泥采用符合（GB175- 2007 ）的P·Ⅱ水泥，为改善混凝土的抗裂性和耐久性，不宜使用早强、水化热较高和C3A含量高的水泥。

硅酸盐水泥
的比表面积宜控制在30 0 ～350m 2/kg ，不得超过40 0 m2/kg，为控制混凝土温度裂缝的产生，大体积混凝土所用水泥不得超过60℃。

2）矿物掺和料矿物掺合料包括粉煤灰、矿粉等材料。

掺合料的掺量应根据设计对混凝土各龄期强度、工作性和耐久性的要求以及施工条件和工程特点而定。

3）集料配制海工混凝土的集料应为质地均匀坚硬、级配合理、粒形良好、吸水率低的洁净碎石和级配合理、空隙率小的中粗河砂。

严禁使用具有潜在碱集料反应活性的集料。

细集料应选用Ⅱ级配区中砂，不得使用细砂，细度模数宜控制在2. 6～ 2 .9。

粗骨料的压碎指标≤10%（≥C50混凝土时≤7%），粗骨料中含泥量应低于0. 8% ，不应含有泥块；采用两级配掺和成连续粒径级配使用。

4）外加剂配制海工混凝土应使用聚羧酸类高性能减水剂，减水率应不低于28 %，混凝土1h坍落度损失小于初始值的10 % ，泌水率比不大于6 0% ，2 8 d 收缩率比不大于1 00 % 。

5）拌和水混凝土不得采用海水、污水和pH值小于5的酸性水。

水中的氯离子含量应不大于250 m g /L，硫酸盐含量（按SO42- 计）应不大于5 00 m g /L。

2.4混凝土配合比设计中基本参数的选取
2.4.1 水胶比
强度对水胶比较为敏感，过大水胶比强度得不到保证，同时会加大混凝土的孔隙率，特别是毛细孔比例，使得抗渗性得不到保证。

过小水胶比会影响混凝土的工作性能，增大混凝土的自收缩。

因此，水胶比选择时宜选择适中的水胶比。

在水胶比选择时，根据表1中各种构件允许的最大水胶比规定和配制强度要求选择，选择两者的低者作为最大水胶比作为初步选水胶比，再依次减小0.05～0.1百分点取3个水胶比试配，得出水胶比和强度的关系，找出上述配制强度所需要的水胶比，进行再次试配。

2.4.2用水量
采用与胶凝材料匹配的高效减水剂，其减水率≥2 8 %，配制坍落度为20 0±20 mm的混凝土拌和物，其用水量可在140kg /m3～160kg /m 3范围内通过试验确定。

2.4.3最佳砂率
采用中粗河砂配制海工混凝土，砂率可36% ～45% 范围内通过试验确定。

2.4.4胶凝材料用量及组成
按选定的水胶比和已选定的用水量，计算出胶凝材料用量。

掺合料掺量应满足表2 规定，同时应在满足混凝土强度、耐久性、绝热温升及混凝土拌和物工作性等条件下依据以下原则优化确定。

1）在水胶比相同的条件下，随着粉煤灰或矿粉掺量的增加，其混凝土强度和绝热温升逐渐降低。

2）当混凝土抗氯离子渗透性指标达不到规定要求时，可通过增加矿物掺合料的掺量或降低水胶比来达到要求。

2.5抗裂性能控制
泉州湾跨海大桥所处环境属Ⅲ类环境即海水氯化物引起钢筋锈蚀的近海或海洋环境，工程服役环境十分恶劣，海水中氯离子最大含量高23.60kg/m3，严重影响混凝土结构使用寿命。

对于承台混凝土抗裂性能控制主要是通过绝热温升来实现，绝热温升越小，开裂的几率越小。

绝热温升仅为34.88℃小于38℃。

对于其他部位的混凝土主要通过外加掺合料来调节，从而来控制混凝土的开裂。

3现场应用效果
在泉州湾跨海大桥配合比设计过程中，贯彻海工混凝土设计理念，从提高混凝土自身抗渗、抗裂能力出发，按照不同结构部位混凝土指标要求，开展配合比设计试验，最终优选工作性、力学性、耐久性良好的混凝土施工配合比，施工配合比如表3所示，海工混凝土配合比设计理念，性能检测指标如表 4 所示。

由于对每批次原材料都依据规范采取了严格的质量控制措施，确保了施工的顺利进行和工程质量。

现场桩基、承台、墩身、箱梁混凝土坍落度稳定，1h坍落度几乎没有损失，流动性、粘聚性、可泵性良好，凝结时间在15～20h，混凝土表面平整，未发现蜂窝麻面等缺陷。

所有桩基、承台、墩身、箱梁混凝土进行强度评定，检测结果均满足要求，合格率100%。

混凝土钻芯取样84d氯离子扩散系数均小于设计值，满足施工技术要求。

已经浇筑的墩身外观质量较好，未出现花斑。

4结语
泉州湾跨海大桥进行了系统的优化配比实验，并在总结杭州湾大桥和金塘大桥砼优化设计经验基础上，针对不同结构部位混凝土的特点，对水胶比、胶凝材料用量、矿物掺和料掺量、骨料用量等进行合理优化，遵循抗氯离子渗透性与抗裂性并重的原则，使混凝土工作性、力学性能、耐久性、抗裂性得到兼顾，从而提高海工混凝土质量。

确保大桥砼的耐久性能和使用年限得到满足。

参考文献
[1]刘秉京. 混凝土结构耐久性设计[M]. 北京：人民交通出版社，2007.
[2] 焦运攀，秦明强，等. 厦漳跨海大桥海工高性能混凝土配制技术[J]. 施工技术，2011，40（4）：94-96.
[3] 泉州湾跨海大桥海工混凝土质量控制指南[ Z]. 2012.。