海工混凝土配合比设计及质量控制

海工混凝土配合比设计及质量控制

1. 海工混凝土耐久性综述

####跨海大桥横跨####海域，地处亚热带，四季分明，气候特征温和、湿润、多雨。其海面宽阔，自然条件复杂，所处环境对结构腐蚀作用按分区由中等程度（C级）至极端严重程度（F级）。在这种环境下，氯离子极易穿过砼表面渗透到钢筋，导致钢筋截面减小、砼胀裂剥落，砼结构破坏，危及建筑物的正常运行。因此，在####大桥的建设中，必须考虑结构使用环境的侵蚀特性，制定严格的海工砼耐久性施工组织设计，强化与耐久性有关的技术条款，确保砼结构使用寿命100年。

海工砼耐久性设计应遵循以下原则：

①氯盐对钢筋的腐蚀属电化学过程，受综合性多因素影响，因此，其单一的防护措施往往不能奏效，应该采取综合性措施；

②海工砼的设计应执行“以防为主”的战略方针，重点在“预先设防”，就具体的技术思路而言，应考虑基本措施（加强砼自身对钢筋的保护能力）加上附加措施（一项或几项）的综合方略；

③进行经济效益分析，适当增加施工期投入，可以大大减少修复费用以确保结构砼使用寿命。

目前普遍采用的海工砼耐久性基本措施包括：

①采用高性能混凝土,不但提高砼密实性，而且通过大掺量复合矿粉的掺入，增加氯离子的结合量，减少有害的游离氯离子。高性能混凝土是以耐久性为设计指标的混凝土，它的突出特点是高耐久性，与常规混凝土相比，具有独特的优越性：

a、优良的工作性能。具有较高的流动性，并能长时间保持较高的流动性、不离析、不泌水；

b、高耐久性。包括高抗渗性、高抗冻性、耐腐蚀能力好等；

c、体积稳定性好。混凝土体形变形小。

高性能混凝土最大限度提高混凝土的密实性，阻挡氯离子的渗入，减缓氯离子的扩散速度，从而延长了氯离子到达钢筋表面并达到“临界值”的时间。在同

样环境条件下，混凝土的水灰比越低和更加密实，氯离子在砼中的浓度随之明显降低，并随砼的深度的增加而衰减越快，说明混凝土密实对于减少氯离子在砼中的渗透速度是很有效的。

②增加砼保护层厚度。氯离子在砼中的浓度（含量）是随着砼深度（厚度）的增加而减小，说明增加保护层厚度对于减缓氯离子的渗透是很有效的。

③最大限度的防止砼裂缝的产生。砼的裂缝是影响钢筋锈蚀和砼耐久性的重要因素之一，必须从原材料选择、配合比优化、砼温控措施的制定以及施工中的质量控制等多方面来防止裂缝的产生。主要附加措施包括：

a、钢筋材质与钢筋涂层的选用；

b、掺加钢筋阻锈剂；

c、砼表面封闭、涂层的选用；

d、阴极保护等电化学方法；

e、施工中的质量控制。

针对####大桥各构件的腐蚀环境和施工工艺，我们将采取以上两项或多项措施联用，确保海工砼的耐久性。

2. 海工混凝土原材料优选及品质控制

1）水泥

选用安徽宁国水泥厂海螺42.5P.Ⅱ水泥，水泥的氯离子含量低于0.3％，强度等级、SO3含量、MgO含量、碱含量、安定性均符合国家标准。

2）矿物掺合料

a、粉煤灰

选用北仑电厂Ⅱ级灰，粉煤灰的烧失量不大于7％，需水量比不大于100％，SO3含量不大于2％；

b、磨细矿渣

水淬高炉矿渣的比表面积控制在420m2/kg,需水量比不大于100％，烧失量不大于5％；

c、硅灰

硅灰中SiO2含量不小于85％，比表面积不小于1800 m2/kg,含水率不大于3％；

d、复合超细矿粉

使用两种或两种以上的掺合料复合而成的超细矿粉掺合料，其效果远远优于单一的矿物掺和料，复合超细矿粉应在工厂预先加工，质量稳定并经有关部门鉴定。

3）外加剂

采用性能优良的缓凝高效引气型减水剂。减水率大于25％，与水泥及其它矿物掺合料、膨胀剂、阻锈剂相容性较好，其氯离子含量不大于胶凝材料总重量的0.1％。

4）阻锈剂

拟选用山西凯翕克化工有限公司生产的亚硝酸钙（粉剂）。其产品性能稳定，阻锈效果好，掺量为胶凝材料的1.5～2％。

5）膨胀剂

拟选用建研院生产的UEA砼膨胀剂，它可以提高砼抗裂防渗性能，掺量为胶凝材料的10％～12％，总膨胀量为1.5/万～4/万。

6）石子

采用舟山定海碎石，粒径5～25mm，颗粒级配良好，其骨料碱活性检验合格，各项性能指标满足《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。

7）砂

采用福建闽江中粗砂，细度模量2.69，颗粒级配良好，为满足泵送要求，0.315筛孔的累计筛余宜不少于85％。各项性能指标满足《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。

8）拌合水

采用自来水，水中的氯离子含量不大于200mg/L，硫酸盐含量按SO42-计不大于500 mg/L。

3. 桩基、承台、墩身及索塔砼配合比设计

1）桩基砼

①设计要求及结构使用环境

砼强度等级C30，最大水胶比≤0.40，氯离子扩散系数≤3.5×10-12m2/s。为使砼均匀密实，砼应具有良好的流淌性，砼坍落度控制在18±2cm。

②配合比设计要点

a、选用P.Ⅱ水泥掺粉煤灰，粉煤灰可改善砼和易性，提高砼抵抗氯离子扩散的能力，粉煤灰的掺量占胶凝材料总量的35-40％；

b、选择性能优良的缓凝高效减水剂，减少坍落度损失，确保砼自密实、自流淌；

c、通过调整胶凝材料用量、粉煤灰掺量、外加剂掺量及砂率，使砼的抗氯离子渗透性和工作性满足施工要求。

2）承台混凝土

①设计要求及结构使用环境

承台砼强度等级C30，最大水胶比≤0.36，氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s。为保证砼的均匀密实性，砼坍落度控制在16±2cm，初凝时间为12h。由于承台砼处于水位变化区，受潮差的影响较大，砼结构使用环境较为恶劣，必须对承台砼进行耐久性设计，采用多种措施，确保砼结构的使用寿命。

②配合比设计要点

a、承台属大体积砼，必须有效降低砼绝热温升，防止温度裂缝的产生，有效控制氯离子的渗入；

b、采用我局开发的《大体积砼温度应力程序包》进行温控计算，承台砼绝热温升应小于40℃；

c、通过水泥、粉煤灰及矿渣的掺入，充分发挥级配效应和复合效应，有效降低氯离子扩散系数，延缓氯离子达到“临界浓度”的时间，增加结构使用寿命。胶凝材料总用量不少于420kg/m3。粉煤灰掺量拟定为20-30％，矿渣掺量拟定为40-50％；

d、通过掺入阻锈剂亚硝酸钙增强砼抵抗氯离子侵蚀的能力。亚硝酸钙掺入砼中能起到两方面的作用：①允许更多的氯离子进入砼中，提高氯离子引起钢筋锈蚀的临界值，从而推迟钢筋开始生锈的时间；②减缓了钢筋腐蚀发展的速度。亚硝酸钙的掺量拟定为1.5～2％；

e、海工砼通过适当引气提高砼的工作性和耐久性，由于杭州湾大桥地处亚热带，极少出现结冰现象，新拌砼中含气量控制在3～4％左右，引气剂与减水剂复配后直接加入砼中；