C45承台海工混凝土配合比优化设计与应用

C45承台海工混凝土配合比优化设计与应用摘要：结合港珠澳大桥主体工程桥梁试桩工程承台海工混凝土的施工，本文介绍了配合比的优化设计，认为在配合比设计时合理掺加粉煤灰、矿渣粉和减水剂来减少单位用水量和水泥用量，能够降低混凝土的水化热，改善和易性，提高混凝土强度和耐久性。

通过承台混凝土的成功浇筑并辅之以合理的质量控制措施，能够获得良好的混凝土质量，为海工混凝土的推广应用积累了经验。

关键词：海工混凝土；配合比优化设计；质量控制中图分类号：o213.1文献标识码：a文章编号：前言：海工混凝土是指在海滨、海水中或受海风影响的环境中服役，受海水或海风侵扰的混凝土。

开发海洋资源或利用海洋空间都离不开海工建筑物，为适应海水腐蚀和海洋恶劣的气候条件，海工混凝土建筑物必须坚固、安全、耐久和经济。

通常认为混凝土建筑物的无修补安全使用期可达100年，实际上，海工混凝土由于经常地或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气（含有氯离子），或受波浪、流水的冲击、磨损等作用，而遭受损害，缩短耐用年限，所以海工混凝土除强度和和易性应满足设计、施工要求外，还应具有所需的抗渗性、抗冻性、抗蚀性、防止钢筋锈蚀和抵抗冰凌撞击的性能。

因此，在配合比设计时应以耐久性为核心，在保证混凝土强度和工作性的前提下，通过掺加粉煤灰、矿渣粉和减水剂来减少单位用水量和水泥用量，降低水化热，改善和易性。

港珠澳大桥主体工程桥梁试桩工程承台海工混凝土的设计强度为45mpa，通过承台海工混凝土的成功浇筑，取得了良好的效果。

本文简要介绍该工程的配合比优化设计及应用情况，为海工混凝土在工程建设中的推广应用提供参考。

1．原材料1.1水泥采用东莞华润牌p.ⅱ42.5水泥，其物理力学性能见表1。

表1水泥物理力学性能1.2粉煤灰掺入粉煤灰可以降低混凝土单位用水量和水泥用量，降低水化热，改善混凝土拌合物的和易性，减少泌水。

本工程采用东莞沙角厂生产的ⅰ级粉煤灰，经检测，其各项技术指标见表2。

表2粉煤灰各项技术指标1.3粒化高炉矿渣粉粒化高炉矿渣粉主要化学成份是sio2、al2o3、cao，在激发剂的作用下，与水化合可生成具有水硬性的胶凝材料，具有较高的活性和胶凝性，在混凝土中掺入矿渣粉可以降低水泥用量，减少混凝土坍落度损失，提高混凝土耐久性和后期强度，矿渣粉还是优良的碱骨料抑制剂。

本工程采用柳州台泥新型建材有限公司生产的s95矿渣粉，经检测，其各项技术指标见表3。

表3 矿渣粉各项技术指标1.4外加剂聚羟酸高性能减水剂由于其减水率高、工作性好，与水泥有较好的适应性，使混凝土具有高坍落度保持性能和收缩小等特点，满足混凝土泵送施工要求，是配制海工高性能混凝土的首选外加剂。

本工程采用江苏博特新材料有限公司生产的pca聚羟酸高性能减水剂，经检测，其各项技术指标见表4。

表4pca聚羟酸高性能减水剂的混凝土性能指标1.5集料集料是混凝土的骨架，约占混凝土总体积的70%，能保持混凝土的体积稳定，颗粒级配组合情况良好的砂、石，其空隙率小，总表面积小，填充空隙所需要的胶凝材料用量也小，能节约水泥，减少混凝土干缩，减少湿润集料表面的用水量，提高混凝土的密实度和强度，使混凝土具有较好的工作性。

本工程采用广东西江河砂，细度模数2.72，ⅱ区中砂，含泥量0.6%。

碎石采用惠州博罗金业石场生产的碎石，其级配为5~25mm连续级配，压碎值11.4%，针片状4.8%，含泥量0.3%。

1.6阻锈剂是指掺入混凝土中以阻止或减缓钢筋锈蚀的外加剂。

本工程采用建研建材有限公司生产的ms-601有机复合型阻锈剂，无腐蚀，7天抗压强度比为102%。

1.7水饮用水。

2．配合比设计在优选原材料的基础上，根据jtg/t b07-01-2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》和jgj55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，设计配合比时还应遵循以下要求。

混凝土28d抗压强度满足配制强度：fcu，0≥fcu，k+1.645σ=45+1.645×6.0=54.9（mpa）最大水胶比不得超过0.36。

胶凝材料的总用量不宜大于450kg/m3。

工作性能：混凝土坍落度设计值为200mm±20mm，1h坍落度损失不大于20mm，初凝时间大于15h。

耐久性：混凝土28d氯离子扩散系数drcm不大于4.0×10-12m2/s。

施工工艺：泵送自密实混凝土。

根据设计要求，并确定了配合比的各种原材料后，在配合比设计时利用粉煤灰和矿渣粉等量取代部分水泥，减水剂掺量1.0%，阻锈剂掺量为生产厂家推荐掺量，为水泥质量的2.0%，进行了3个水胶比和在相同水胶比的情况下采用粉煤灰和矿渣粉的不同掺量进行配合比优化设计试验，试验结果见表5、表6。

表5c45混凝土配合比及强度试验结果表6 c45混凝土配合比拌合物工作性能试验结果通过对以上配合比的试拌，并对其各项指标的分析，得出编号为1、2配合比混凝土工作性能较差，混凝土强度偏低，编号为3、4、5配合比混凝土工作性能好，且各项指标均满足设计及规范要求，但编号4、5配合比混凝土其经济成本较编号3混凝土配合比要高。

因此，综合考虑水泥用量、混凝土工作性能、混凝土强度等技术指标，选定3号配合比为该承台海工混凝土的配合比。

按此配合比配制的混凝土和易性良好，坍落度215mm，初凝时间17.9h，终凝时间21.2h，适合于混凝土的泵送施工。

在耐久性方面，按3号配合比配制的混凝土28d氯离子扩散系数3.64×10-12（m2/s）＜4.0×10-12（m2/s），符合配合比设计要求。

3．应用港珠澳大桥主体工程桥梁试桩工程k33承台海工混凝土施工采用泵送浇筑，分层浇筑，一次成型，分层厚度为30cm左右，分层浇筑时间不得超过试验所确定的混凝土初凝时间，防止裂缝出现。

当承台顶表面收浆后，采用淡水养护。

通过对原材料、混凝土搅拌和现场浇筑工艺的合理控制，取得了良好的效果。

混凝土在浇筑过程中未出现堵管和泌水现象，保证了混凝土施工的顺利进行。

施工完成后，对承台混凝土的表面检查，未发现任何由于温度变化引起的裂缝和干缩裂缝，且表面光滑无大量气泡，确保了承台混凝土的质量。

在混凝土浇筑过程中随机取样制作试件，对其强度和耐久性指标进行检验。

3.1混凝土强度评定通过对现场浇筑混凝土随机取样制件，试件经28d标准养护后，对其进行抗压强度试验，结果为（10组）：56.3mpa、55.1mpa、58.2mpa、57.1mpa、54.0mpa、52.6mpa、55.2mpa、57.4mpa、53.9mpa、52.3mpa，评定值：rn=55.2mpa、sn=2.027mpa、rmin=52.3mpa、rn-k1sn≥0.9r即55.2-1.70×2.027=51.8＞0.9×45=40.5，合格；rmin≥k2r即52.3＞0.9×45=40.5，合格。

经评定其结果符合规范及设计要求，确保了混凝土的内在质量。

3.2耐久性指标的测定在保证承台外观质量及强度满足规范及设计要求的同时，混凝土的耐久性指标同样是评定混凝土质量的重要指标。

现场浇筑的混凝土能否达到与配合比一样具有良好的耐久性，这就要求对现场使用的原材料、施工配合比进行严格控制。

对随机取样试件进行了混凝土28d和56d氯离子扩散系数试验，经检测，试验结果符合设计要求。

试验结果见表7。

表7 承台混凝土氯离子扩散系数试验结果4．质量控制为了保证混凝土的质量，施工时应采取以下技术措施：1）砂石应按品种、规格分别堆放，不得混杂。

在装卸及存储时，应采取措施，使集料颗粒级配均匀，并保持洁净。

2）细骨料在投料前不宜过干，其含水量宜采用自动检测并通过自动称量装置，进行用水量修正。

3）搅拌必须均匀。

海工混凝土的粘度较大，用水量较少，搅拌要比普通混凝土困难，因此必须采用强制式搅拌机，并延长搅拌时间，总搅拌时间应比普通混凝土延长40s以上。

混凝土中掺加钢筋阻锈剂溶液时，拌和物的搅拌时间应延长1min，采用粉剂时应延长3min。

4）施工工艺的质量控制。

混凝土的凝结过程产生水化热，易造成承台混凝土表面温度裂缝，导致抗氯离子渗透能力减弱，影响结构安全和混凝土的美观。

因此，在施工过程中采取在承台内部埋设降温水管路通过循环水来降温，避免混凝土产生裂纹。

混凝土在浇筑时预先埋设降温水管，然后浇筑混凝土。

浇筑完成后对混凝土采用草栅覆盖，并在24h后开始每隔2-3h通过测温管测量混凝土内部温度，并随时做好记录。

当混凝土温度达到25℃以上时开始采用自来水不间断循环冷却降温。

当循环储水池水温超过20℃时，需及时更换循环水。

在整个施工过程中还必须注意各种条件、因素的变化，并且要根据这些随时调整施工配合比和各种工艺参数。

5）及时养护。

低水灰比的混凝土表面不泌水，容易在凝结过程或浇筑后不久就出现表面干缩裂缝，因此新浇筑的混凝土应及早养护，并应减少暴露时间，防止表面水分的蒸发；终凝后，应立即开始对混凝土进行持续潮湿养护，期间不应中断且不得形成干湿循环。

采用淡水养护，不得用海水养护。

5．结束语1）通过对混凝土配合比的优化设计，在海工混凝土中掺入粉煤灰、矿渣粉、减水剂来减少用水量和水泥用量，能提高混凝土的耐久性、有效降低混凝土内部因水化热引起的温升、提高体积稳定性和抗开裂能力，避免出现有害裂缝。

2）加强原材料检验，严把原材料质量关；现场浇筑时，对施工配合比和浇筑工艺的合理控制，为混凝土的质量提供有力保证。

3）在混凝土配合比设计时掺入粉煤灰、矿渣粉取代部分水泥，既改进了传统的混凝土配合比，又在很大程度上节约成本，获得较好的技术、经济和环保效果，具有广阔的应用前景。

参考文献：[1]长沙理工大学清华大学.jtg/t b07-01-2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范[s].北京：人民交通出版社，2006.[2]中国建筑科学研究院.jgj 55-2011普通混凝土配合比设计规程[s].北京：中国建筑工业出版社，2011.[3]中交第一公路工程局有限公司.jtg /t f50-2011公路桥涵施工技术规范[s].北京：人民交通出版社，2011.[4]交通部公路科学研究所.jtt f80/1 - 2004公路工程质量检验评定标准(土建工程)[s].北京：人民交通出版社，2004.[5]赵英.粉煤灰和矿渣粉双掺在高性能混凝土中的应用[j].山西建筑，2011，37(22)：124-125.[6]于震，郑先平，王刚，刘朝.海工大体积混凝土配合比设计与应用[j].商品混凝土，2009(11)：41-43.。