摘 要: 介紹了湛江海灣大橋主墩承臺大體積高性能混凝土配合比的設計。
關鍵詞: 湛江海灣大橋; 高性能混凝土; 配合比; 設計
1 湛江海灣大橋概況
處于海洋環境的橋梁, 混凝土的破壞常常是化學侵蝕, 其中氯離子引起的侵蝕對鋼筋混凝土結構的破壞最為常見。氯離子侵入到混凝土鋼筋表面, 并在鋼筋表面聚集, 促使鋼筋產生電化學腐蝕; 鋼筋銹蝕后與混凝土的粘結力下降, 同時產生的膨脹使保護層產生開裂破壞, 最終導致整個結構破壞。氯離子多數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境下提高結構耐久性的基本措施。高性能混凝土以低水膠比、低缺陷、高密實、高耐久及較高的抗氯離子滲透性為特征。在滿足結構設計強度的前提下, 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湛江市內平樂渡口以北1．3 km 處, 橫跨麻斜海灣, 是湛江市的標志性建筑。橋梁全長約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; 全橋為直線橋。湛江海灣大橋具有橋梁長、橋面寬、墩柱高、橋型新、跨徑大、施工周期長、氣象條件變化多端和施工工藝復雜等特點。
湛江海灣大橋主墩承臺混凝土的設計強度為30M Pa, 承臺混凝土的總方量為8 047 m 3, 屬于大體積混凝土。承臺采用套箱施工, 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。混凝土是通過在岸邊搭建的固定式攪拌站供應, 西岸主墩離岸邊約1 km ,由于距離長不便于直接將混凝土在岸邊泵送, 我們采用搭設便橋的施工方案, 通過運輸攪拌車將混凝土運輸至主墩平臺再泵送的施工方法。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生裂縫, 在承臺內布設冷卻水管以降低混凝土的溫度, 在混凝土的生產過程中嚴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, 保證混凝土出料時的溫度小于24℃。承臺處于海濺區, 根據設計及規范, 要求混凝土抗氯離子滲透性必須小于1 000 庫侖。
湛江海灣大橋西岸主墩承臺, 混凝土的施工特點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必須達到要求。為滿足上述要求, 除選擇優質水泥外, 嚴格控制骨料的質量指標, 采用摻超量優質粉煤灰取代水泥和緩凝高效減水劑, 經反復試驗, 在滿足設計強度、耐久性、抗氯離子滲透性以及盡可能經濟的條件下, 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計原理
(1) 高性能混凝土配合比設計采用試驗—計算法, 配制原則同普通混凝土。
(2) 粗骨料最大粒徑不宜大于25 mm; 細骨料宜選用級配良好、細度模數在2．6～ 3．2 的中粗砂。
(3) 膠凝材料用量≥400 kg／m 3。
(4) 應通過試配確定最佳砂率。
(5) 降低水灰比和調整摻合料的摻量, 使抗氯離子滲透性指標達到要求。
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為品質穩定的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥, 其強度宜采用42．5 (R ) 級。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, 對于惡劣環境下的混凝土應采用大摻量摻合料一起配制, 能改善混凝土體積穩定性和抗裂性能。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%。混凝土中摻入優質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筋性能; 因此選用Ê 級優質煤灰。
(3) 粗骨料: 粗骨料必須是質地堅硬、級配良好、針片狀少、壓碎指標不大于10% 的碎石。選用花崗巖碎石, 5～ 25 mm 連續級配, 壓碎值為7．5%。
(4) 細骨料: 級配良好、細度模數為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 配合比設計
主墩承臺混凝土配合比設計, 是根據混凝土的設計強度及抗氯離子滲透性的要求進行的, 混凝土的設計強度為C30 的高性能混凝土, 抗氯離子滲透性小于1 000 庫侖。根據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度略低, 而后期強度將超出相應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比較, 并將配合比試件全部送到廣州四航工程技術研究院做90 d 齡期抗氯離子滲透性試驗, 得出試驗結果見表1。
表1 配合比及強度、抗氯離子滲透性試驗結果
從表1 的試驗結果可以看出, 編號2 為最佳配合比, 并能滿足高性能混凝土技術標準和滿足《海港工程混凝土結構防腐技術規范》要求。
4 結語
經過以上配合比的分析、試驗, 在高性能混凝土配合比中采用Ê 級優質煤灰超量取代水泥, 并摻緩凝高效減水劑可以明顯提高混凝土抗滲透能力, 使構造物具有良好的防腐蝕耐久性, 質量可靠、施工方便。湛江海灣大橋西岸主墩承臺使用2 號配合比, 經過合理的施工、溫控, 主墩承臺已成功澆筑, 最多一次澆筑量為3 700 m 3, 沒有發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計和施工積累了經驗。
