海工耐久混凝土及施工技术要点

海工耐久砼及施工技术要点
一、海工耐久砼及其特点：
海工耐久砼属于高性能砼（HPC）中的一种，它在世界上的应用只有20～30年，在我国十几年前就有研究，但真正应用时间并不长。

所谓海工耐久砼是用常规原材料，常规（拌制、浇筑）工艺加矿物掺和料及化学外加剂，经配比优化而制作的，在海洋环境中具有高耐久性，高尺寸稳定性和良好的工作性的高性能砼。

而砼的耐久性直接关系到结构的使用寿命，如杭州湾跨海大桥结构的设计使用寿命为一百年。

所谓结构使用寿命即结构建造完成后，在预定的使用、维护和修理条件下，所有功能均能满足原有安全性和适用性要求的期限。

杭州湾跨海大桥之所以采用海工耐久砼，是其根据特殊的地理环境防腐的需要和设计使用寿命所决定的。

我们作为承包商毫无疑问要满足业主及合同的要求，满足《杭州湾跨海大桥专用施工技术规范》等的要求。

海工耐久砼的设计，包括砼原材料的选用和配比优化设计原则，除满足强度等级、水胶比、水泥用量、含气量、工作度等普通砼的要求外，还应满足砼抗裂性和抗氯离子渗透性能的要求。

为提高砼结构耐久性，应遵循的一般原则如下：
①、选用质量稳定、并有利于改善砼抗裂性能的水泥和集料等原材料。

②、在砼组成中掺入矿物掺和料。

③、适当降低砼的水胶比，在砼中添加引气剂。

④、确保钢筋砼保护层厚度和使用定制保护层定位块。

⑤、施工时保证新拌砼能及时养护并有较长的养护时间。

特别要强调的是：砼养护和保护层厚度的质量控制和质量保证措施。

提高砼耐久性有很多方法，其主要是增加砼的密实度以提高抗各种腐蚀的离子侵入的时间；还有如加厚钢筋的保护层厚度，采取各种措施防止裂纹的产生及钢筋本身的防腐，如采用环氧深层钢筋、或掺入钢筋阻锈剂、水溶性聚合材料等。

（所谓钢筋阻锈剂即能抑制或延缓钢筋电化学腐蚀的砼化学外加剂）
为（提高）增加砼的密实度有许多方法。

其一是降低水胶比；其二是提高胶凝材料的比表面积；其三是采用较好的外加剂，具体控制指标是cl-的渗透系数和电通量，本桥是控制cl-的渗透系数，84天小于1.5×10-12m2/s。

在普通砼中掺有粉煤灰之类，但它并不是海工耐久砼，此时加入的粉煤灰是为了改善砼的工作性能，如增加和易性，降低水化热等。

海工耐久砼的水胶比一般比较小，国际上用到0.28（我们规范中为0.3～0.33），但由此也带来了许多的问题：如砼的早期干裂，因水胶比小，则其抵御误差的能力非常低，稍有不慎，即会出现许多毛病，国际上的应用实例从小后来又放大，并不提倡一味地降低水胶比，这是因为有许多工程实例的教训。

海工耐久砼首先对原材料提出了很高的要求，如水泥采用强度等
级为42.5的Ⅱ型硅酸盐水泥（P·Ⅱ），对砂的细度模数及石子的粒径也作了具体的规定，所有的这些原材料和矿物掺和料都对其cl-含量做出了明确的规定。

所谓矿物掺和料包括粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等。

本桥技术规范中对各种掺和料的技术性能指标均作了要求，本桥海工砼的技术规范有许多区别于普通砼常用规范的地方，如从以前的水灰比到水胶比，严格的初始温度，入模温度、塌落度及其损失的不一样，cl-渗透系数等等。

请大家下去后认真学习《杭州湾跨海大桥专用施工技术规范》。

二、海工耐久砼施工技术要点：
正是由于海工耐久砼的特殊性能也对施工提出了很高的要求。

所谓高性能砼需要高素质的人，我们以前均未做过，要达到要求就必须进行施工培训，使我们的每个操作工人能把好施工的各个环节，这样才能做出优质的梁。

海工耐久砼的特点是粘度大，不容易泌水，养护要求高，配合比设计要求高，稍有不慎就容易出现裂纹。

因此《杭州湾跨海大桥专用技术规范》在配合比设计中除常规检验外，还有Cl-渗透系数和抗裂性试验的要求。

在砼试配阶段，应进行抗裂性能的对比试验，并从中优选抗裂性能良好的砼原材料和配比，对预应力砼配合比设计还要进行弹模、不同龄期自由收缩和徐变试验。

施工要求高主要表现在：
①、拌制时，原材料及各种矿物质掺和料、外加剂的计量要非常准确，特别是原材料（砂、石）的含水率的变化、外加剂的掺量的微
小偏差都将引起配合比的变化，并带来裂缝的产生。

矿物掺和料的充分分散关系到砼的性能的关键。

因此拌合时间也要稍长一些，这都是因为海工耐久砼比较脆弱，波动性较大。

也许普通砼的含水量变化一点，外加剂或水泥变化一些，都能满足强度等要求，但海工砼耐久性却会因为这些微小的偏差引起开裂，或氯离子渗透系数不能满足要求以及其他的一些毛病，因此，必须严格拌制工艺，计量一定要准确，马虎不得。

②、由于矿粉等外掺量的颗粒极小，比表面积为水泥的几倍或几十倍，致使海工耐久砼水化时释放热量多，因此其温度控制要求高，体内温升峰值控制困难，特别是对于像箱梁这种大体积、薄壁砼结构水化热升高使内外温差加大，更容易产生裂纹，因此对原材料的入机温度，砼初始入模温度等各方面均要严格控制。

特别是在夏天，要对砂石料进行遮阳降温，对水泥要提前预留散热时间并采取降温措施，必要时要制冰加冰水。

海工耐久砼的配合比也应针对夏天、冬天，标准常温设计不同的配合比，因为其对外界环境温度是敏感的，具体措施见《杭州湾跨海大桥专用技术规范》P27页，（夏冬施工，2.6.8.1～2.6.8.3、2.6.9等条款）。

③、养护要求高。

实际上对于普通砼养护也是一个非常重要的环节。

我们以前施工中出现了许多裂纹，绝大多数是因为我们的养护没有跟上或措施不当造成的，高性能砼对养护的要求更高，可以说海工砼最后成功与否，是否开裂，在配合比一定的前提下，养护起决定的
因素，而养护要求又与环境温度息息相关。

④、海工耐久砼其粘聚性高，难以施工，特别是泵送困难，浇注难，模板表面处理要求高。

三、如何防止裂纹的产生：
1、控制原材料配合比，高度重视配合比的工作，尽量避免早强、超强，配合比设计应遵循：试配阶段，应进行抗裂性能的对比试验。

并从中优选抗裂性能良好的混凝土原材料和配比，还要进行混凝土滑模，不同龄期自由收缩和徐变试验。

这不仅仅是试验人员的事，还是原材料采购人员的事。

原材料的采购不仅仅是签定合同就万事大吉了，还要时刻了解原材料的变化情况，特别是矿粉、粉煤灰、外加剂等的变化情况，如了解煤的来源情况等。

2、严格执行配合比。

我们以前都有随便变化配合比，随便加水等各种不好的习惯，在此工地应坚决杜绝。

任何微小的变化均可能导致200万左右的直接经济损失。

如上所述的任何一点变化也将引起混凝土的最后性能的变化，如早期强度、弹模、坍落度、工作性能、裂缝等各种不利情况发生。

混凝土的拌合应严格按照《杭州湾跨海大桥专用技术规范》2.6.1.1～
2.6.1.9条执行。

3、下面几个温度应特别注意：
①、控制砼的入模温度，不宜超过28℃，不应大于30℃。

②、砼的表面接触物与砼的表面温差不大于15℃。

③、大体积砼入模后30min的最大温升应小于30℃。

④、砼的初始温度及出机温度应控制在5℃～28℃之间。

四、砼的养护：
养护的重要性前面已经讲过，这里就不重复。

下面重点讲如何养护。

对于本工程海工耐久砼施工时应尽量减少暴露的工作面和暴露时间，浇筑完成后应立即抹平进入养护程序。

养护分保温、保湿两个阶段
1、养护材料：
应用粗麻布织物、工程织物、液体膜形成剂或者棉制垫层材料。

（美国规范对此有专门的要求P1）
2、养护开始时间：
应在浇注完毕后立即进行覆盖保温。

对于所有暴露的没有模板覆盖的表面上包括箱内底板表面，在不影响砼表面质地的情况下应尽早安放。

如箱梁砼顶板，在浇注完收浆抹平之后，应开始覆盖养护毯或麻布织物，并有足够的重叠，以形成有效的防燥密封，然后立即浇湿，并在整个7天养护时期内保持饱和状态。

在砼没有初凝之前桥面板必须行人时应铺设木板等以保护材料以防止损坏砼表面。

当养护毯的边缘被向后翻卷，以允许全部的桥面板进行刮板作业时，暴露的表面在整个暴露期间应喷水保持潮湿。

（也可在未抹面之前覆盖塑料膜等覆盖砼，必要的挡风设施防止风干）
洒水养护宜用自动喷水系统和喷雾器，湿养护应不间断，不得形成干湿循环，同时应根据气温情况，掌握适当的时间间隔，在养护期内保持表面潮湿。

如气温低于5℃时应覆盖保温，不得浇水养护。

养护时间应
到预应力张拉完为止（详见《杭州湾跨海大桥专用技术规范》P22页
2.6.5.11）。

3、拆模后的养护以浇水养护为主，当侧模拆除后（无论内、外侧）均应立即不间断浇水养护。

下面为美国人的观念：
a）一次完成抹面用来描述海工砼防止塑性收缩裂缝采用的技术；人可行走时就可湿养；从浇注完到开始养护不超过15分钟。

b）七天的湿养护是对海工耐久养护的最低要求，如果海工耐久砼被连续养护了7天，那么掺和量的含量与裂缝之间就没有关系了。

五、裂缝发生的原因及防治办法：
1、施工过程导致裂缝的原因：
裂缝分结构裂缝和非结构裂缝，这里所讲均为非结构裂缝。

由于周围环境的相互作用，以及水与胶凝材料本身的反应会使砼自身产生体积变化，如果体积变化受到内部或外部的约束，拉应力就会在砼中出现，此时的拉应力如大于砼当时的抗拉能力即产生裂缝。

①塑性沉降：浇注过程中，处于塑性状态下的砼在重力的作用下进一步密实，此时砼粘附在模板或钢筋，就会产生水平裂纹。

②塑性收缩：新浇砼表面暴露于空气中，蒸发作用使水分脱离砼表面进入空气，水分从构件内部迁移到表面的速率低于表面水分损失。

则表面会发生干燥，新浇砼的抗拉能力近乎于0，塑性收缩就容易出现。

HPC砼拌和物细材料多，则泌水少、且水胶比低，就更容易产生这方面问题。

另一方面，空气湿度、风速和温度也会影响蒸发速率。

现场唯一可控制的就是蒸发——即养护。

③外部干燥：在砼浇注数月内，一般不会出现，它可以通过配合比设计解决。

④自身收缩：是内部干燥引起的，在水泥浆凝固和形成刚性骨架后，继续进行的水化反应消耗水，反应产物的体积小于反应物的总体积，导致孔隙中发生干燥，此时产生收缩力，导致拉应力裂纹，这一般在砼凝结一天内最为强烈。

HPC砼由于低水胶比，反应会显著得多。

⑤热应力裂缝：此问题非常复杂，当温度升高或降低，砼发生膨
胀或收缩，结构的体积变化受到约束，应力就会出现。

它与水化热产生的结构内部温度峰值有很大关系特别，特别是强
性模量的变化等。

总之，弄不好就会产生裂缝。

我们施工时可以想办
法减少约束，如底模、侧模表面涂润滑剂等；控制体内与体表温差或
体表与环境温差，如蒸养等，体内外温差超过15～20℃就会产生裂纹。

2、裂缝的观察
①首先要分析裂缝是何时出现的：a）数小时内----塑性收缩；b）数日内---温度引起体积变化；c）数周内---收缩引起体积变化；
如砼凝固前产生裂缝，则是裂缝收缩或沉降，这是暂且叫Ⅰ类裂纹。

如在次日或数日内（大体积）出现裂缝，则为热应力裂缝，这是
暂且叫Ⅱ类裂纹。

如在数周或数月后出现的裂缝，这是外部干缩引起的，这是暂且叫Ⅲ类裂纹。

②对Ⅰ类裂缝走向一般环绕骨料，且一般较密。

裂缝受压时，裂缝两侧边缘不能良好的闭合，其出现侧边密度一般较大，对沉降裂缝拆模就会出现，它不贯穿，不会伸缩到边缘。

③对在硬化阶段形成的裂缝（Ⅱ类）会穿过骨料，以后会很好的闭合。

④塑性收缩导致的裂缝（Ⅲ类），在水平的表面，方向是随机的；在倾斜的表面，裂缝趋于与斜面垂直。

因此，我们要建立裂缝观测的习惯。

同时我们也安排了温度的监测，这已列入试验项目。

HPC砼容易产生塑性收缩，但训练有素的工人能控制好。

等待凝固的时间，正是砼对塑性收缩裂缝最敏感的时间。

因此需及时养护，塑性收缩裂缝还取决于砼泌水、气温、相对湿度、砼温度、风速等的因素，解决的措施就是养护。

3、防止措施：
①、一般措施有：a) 对砼喷雾；b) 建挡风设施；c) 在抹面操作之前，用塑料薄膜覆盖砼；d) 使用养护剂；e）一次完成抹面。

②、对热应力裂缝，胶凝材料的水化引起体积变化可能导致裂缝。

一般整个热应力裂缝深度范围内，裂缝宽度相同。

防止热应力裂缝措施：a) 减少总胶凝材料用量，降低总的水化热，不要超强；b)掺粉煤灰；c) 磨细高炉矿渣掺量正确；d) 控制热
量损失速率--保温隔热。

③、收缩（干缩）裂缝的防止：a) 采用最小的总水量；b) 采用最小的水胶比；c)减少水泥浆含量；d) 采用最大骨料尺寸和含量；e) 养护可延缓但不能防止。

总之，裂缝是可以避免的，防止HPC的裂缝需要：a)培训所有参与人员；b) 加强质量控制；c) 进行试验性浇筑；d) 比普通砼养护要多、要细。

总之，高性能的砼需要高性能的人。