英标体制下跨海桥承台混凝土配制技术研究.pdf

2 0 1 1年 第 1期 (总 第 2 5 5 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 1 ( T 0 t a l No 2 5 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0L oGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 1 0 3 8 英标体制下跨海桥承台混凝土配制技术研究 李红君 1 I 2 。陈伟 2 刘松 ，李顺凯 ( 1 中交武汉港湾工程设计研究 院有 限公司 ，湖北 武汉 4 3 0 0 4 0 ；2 武汉理工大学 ，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要： 以马来西亚槟城二桥为背景， 研究了英标体制下承台海工混凝土的配制技术， 并结合工程特点， 对粉煤灰水泥同矿粉、 硅粉复配 的混凝土配制技术路线进行分析， 有针对性比较了设计各个配合比的意义， 达到正确指导承台混凝土配合比的目的。 关键词 ： 英标体制 ；承台；混凝土 ；配制技术 中图分类号 ： T U5 2 8 0 l 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 1 3 1 0 3 St udy on mi x pr e pa r a t i on t e c hn ol o gy i n br it i s h s t a nda r ds f or t he c onc r e t e u s ed f or pi l e c a p i n ma r i ne b r i dge L I Ho n g - j t m ， C H E N We i 2 , L I US o n g ， L I S h t m- k a i ( 1 C C C CWu h a nHa r b o u r E n g i n e e r De s i g n a n d Re s e a r c hC o ， L t d ， Wu h an 4 3 0 0 4 0 ， C h i n a ； 2 Wu h a n Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， Wu h an 4 3 0 0 7 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e p r o j e c t o f P e n a n g s e c o n d b ri d g e i n Ma l a y s i a I t i s i n v e s t i g a t e d tha t the mi x p r e p a r a t i o n t e c hno l o g y in B ri t i s h S ta n d a r d s o f ma r i n e c o n c r e t e u s e df o r p i l e c a p T h eme t h o d s mi x e dwi thP o r t l a n dp u l v e ri z ef u e l a s h c e me n t( P P F C) ， G GB S， s i l i c a f u me areana l y z e d ， w h i c h t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f t h i s p r o j e c t a r e t a k e n i n t o a c c o u n t Di ff e r e n t mi x e s are c o mp are d t o o p t i miz e t h e fi n a l mi x p r o p o r t i o n f o r t h e p i l e c a p s Ke y wor ds ： b ri t i s h s ta n d ard； p i l e c a p； c o n c r e t e ； mi xp r o po rti o n 0 引言 马来西亚槟城第二跨海大桥设计全长2 2 5 k m， 设计使用年限 1 2 0年， 其中陆上引桥 6 k m， 跨海桥 1 6 5 k m， 双向4车道加双向摩 托车道， 设计时速8 0 k m。 其中P 2 4 - P 2 7 为主桥部分， 主桥承台设计 为整体式承台， 主墩承台( P 2 5 、 P 2 6 ) 结构尺寸 4 8 1 mx l 7 5 mx 6 m， 边墩承台( P 2 4 、 P 2 7 ) 结构尺寸 4 2 7 mx l 0 6 mx 4 m， 均属于大体 积混凝土结构。 槟城二桥桥址处于热带海洋性气候环境， 环境作用对桥梁 结构可能产生的破坏有： 氯盐对钢筋混凝土结构的侵蚀作用 明显 ， 盐雾和 C O ： 气体的存在 ， 将对大气区混凝土产生一定程 度的腐蚀作用； 高温环境加剧化学反应作用与侵蚀介质的侵 蚀速率； 同时， 高温环境下现浇大体积混凝土的施工需要进行 温度控制 ， 以防止温度裂缝和延迟钙矾石破坏的发生 ； 干湿 循环作用对混凝土的耐久性能具有强烈的破坏作用， 特别是在 浪溅区和水位变动区； 可能发生海洋生物对材料的腐蚀作用。 槟城二桥采用的 J KR规范中明确规定了大体积混凝土温 度控制指标及要求 ， 如表 1 所示。 从国内的经验看， 该指标是比 较严格， 特别是温峰值小于 7 0， 在马来西亚气温高， 日照时 间长的自 然环境下， 如不采取特别措施 ， 很难达到规范中的要 求。 本方案旨在从材料的角度来优化主桥承台配合比， 不仅使其 满足相应的力学和耐久性要求， 同时优化后的配合比应具有较 小的水化热和较高抗裂能力。 1 承台配合比优化 中的难点 ( 1 ) 混凝土渗透性要求。 马来西亚 J K R采用电通量( R C P T ) 收稿 日期 ：2 0 1 0 - - 0 8 1 8 表 1 J KR中规定大体积混凝土温度控制指标及要求 温控指标 温控要求 浇筑温度 最高内部温度 升温速率 最大内表温差 3 6 7 O l 0 3 0rai n 2 7 7 来评价混凝土的渗透性 ， 参考的规范为美国的 AS T M C1 2 0 2 。 但是 J K R中对电通量指标的要求较国内、 国际严格， 其中规定： 不论结构部位， 混凝土 2 8 d电通量必须低于 1 0 0 0 C 。 这就要求 混凝土在早龄期具有较大的水化程度， 较高的密实度。 而大体积 混凝土温度控制的基本原则是要推迟混凝土的温峰到达时间， 尽可能减少混凝土在早龄期的热效应， 如在实际施工中可采取 延缓混凝土的凝结时间， 减少水泥的用量 ， 掺人大量矿物掺合 料等。 因此两者之前存在着矛盾的方面。 ( 2 ) 原材料的影响。 矿物掺合料的掺人可减少水泥的用量， 降低水化热。 另外 ， 矿物掺合料具有二次水化和微集料效应， 会 使混凝土更加密实， 提高混凝土的抗渗透陛。 通常可供选择的矿物掺合料有三大类 ： 粉煤灰、 矿粉、 硅灰。 由于马来西亚无单独粉煤灰供应， 因此在胶凝材料的选择上， 以 粉煤灰水泥( 粉煤灰掺量约占水泥总量的2 8 ) 和矿粉为主， 在 必要 时可掺入硅灰 。 在实际生产过程中， 由于水泥及矿粉的质量波动较大， 主要 表现为水泥 和矿粉 的细度有较大波动 ， 导致混凝土的 电通量不 稳定 。 矿粉的 比表面积在 3 2 0 - 4 6 0 m k g之间波动 ， 水 泥的细度 变化也类似。 胶凝材料颗粒变粗， 活性相对降低， 水化减慢， 水化 放热速率降低 ， 有利于大体积混凝土的施工， 但却不利于提高 1 3l 混凝土的早期抗氯离子渗透能力。 另外本地石子的粒型和级配较差。 本地石子主要为花岗岩 ， 母材的强度高， 生产厂家多采用颚式破碎方法， 生产出来的石 子针状和片状的较多， 不利于稳定的混凝土工作性。 ( 3 ) 现场质量控制。 规范要求严格、 材料性能波动大的特点 对混凝土的设 计和试拌带来 了很大的难度 ， 对现场混凝 土的生 产和质量控制也提出了更高的要求。 2 技 术路 线 ( 1 ) 以降低混凝土绝热温升 、 提高抗裂性能和体积稳定性 为原则， 优化确定低热 、 低收缩、 高抗裂承台混凝土配合比。 ( 2 ) 采用大掺量矿物掺合料 、 低水胶比技术路线。 尽量增加 矿粉的掺量， 选用性能优良的聚羧酸减水剂， 控制混凝土水胶 比小于 0 3 8 ， 以减小混凝土的收缩变形、 并充分发挥矿物掺合 料 的水化活性 。 ( 3 ) 适当引气以提高混凝土匀质性、 泵送性以及极限拉伸 值， 混凝土的初凝时问可控制在 1 8 h ， 有利于抗裂性能的改善。 ( 4 ) 为了达到电通量 2 8 d小于 1 0 0 0 C的要求并有足够的 保证系数， 可掺加适量的硅灰， 硅灰混凝土的水胶比不大于0 4 。 ( 5 ) 胶凝材料总量4 3 0 k g m ， 矿粉掺量3 0 ， 硅灰掺量 3 5 。 3 试验研 究 3 1 试验计 划 参考国内跨海桥海工混凝土配制技术， 并结合当地工程环 境条件 ， 本工程在承台配合比设计上， 引入粉煤灰 、 矿粉、 硅粉 等多组分胶凝材料，确保降低大体积混凝土水化热温升的同 时， 又能满足耐久性指标要求。 ( 1 ) 利用槟城当地原材料 ， 采用粉煤灰水泥与磨细矿渣粉 或硅灰复掺的技术路线， 可配制出工作性、 力学性能和耐久性 都满足要求的 C 4 0承台混凝土 。 ( 2 ) 对比分析粉煤灰水泥复掺磨细矿渣粉和粉煤灰水泥复 掺硅灰两种技术路线的技术、 经济特点： 两者都有利于提高混 凝土的抗渗性能， 不同之处在于复掺磨细矿渣粉提高混凝土抗 渗性能主要体现在后期， 5 6 d之后作用效果十分明显； 而复掺硅 灰提高混凝土抗渗性能主要体现在前期， 2 8 d之前作用效果即 十分明显。此外， 由于硅灰细度大、 活性大， 早期水化速度快， 水 化放热量大， 容易导致混凝土热裂缝 ， 单掺硅灰不宜用于大体 积混凝土浇筑施工。 而且磨细矿渣粉价格较硅灰便宜， 因而复掺 磨细矿渣粉较复掺硅灰更具经济优势。 3 2 试验原材料 ( 1 ) 水泥： 采用 Y T L厂生产的粉煤灰水泥， 其基本性能指 标参考规范 MS 1 2 2 7 ： 2 0 0 3要求 ， 如表 2 所示 。 ( 2 ) 矿粉 ： 采用 Y T L厂生产的矿粉 ， 其基本性能指标参考 规范MS 1 3 8 7 ： 1 9 9 5 要求。 比表面积 4 6 3 m k g ( 92 7 5 mV k g ) ， 烧 失量 1 7 8 ( 3 O ) ， S O 含量 O 7 6 ( 2 5 ) 。 ( 3 ) 硅粉 ： 采用 E L K E M 公 司生产的硅粉 ， 其基本性 能指标 参考规范 AS T MC1 2 4 0 ： 0 5 要求。 S i O 2 含量 9 1 2 l ( 8 5 0 ) ， 烧 失量 3 2 6 ( 6 0 ) ， 4 5 Ix m筛留量 1 9 3 ( 1 0 0 ) 。 ( 4 ) 河砂 ： 采用 B e n g H o河砂 ， 其基本性能指标参考规范 J K R要求， 筛分等级属于O v e r a l l l i mi t s ( J K R规范分 O v e r a l l l i mi t s 和Ad d i t i o n a l l i mi t s C&M 3种， 试验用砂相当于细度模数 2 7 2 的中粗砂 ) ， 含泥量 0 8 9 ( 3 O ) 。 ( 5 ) 碎石 ： 采用 Ha n s o n石厂生产 2 0 m i l l 碎石 ， 其基 本性 能 指标参考规范 J KR要求， 碎石压碎指标 2 6 0 ( 4 0 ) ， 针状含 量 2 3 ( 3 0 ) ， 片状含量 1 0 ( 3 5 ) ， 含泥量 O 3 3 ( 1 ) 。 ( 6 ) 外加剂： 采用 B a s f 外加剂 ， 其基本性能指标参考规范 B S E N4 8 0要求 ， 固含量 3 5 5 ， 减水率 2 7 。 表 2 粉煤灰水泥基本性能 3 3试验 结果与分析 由于本地碎石强度较高， 对于设计的承台海工混凝土配合 比强度也普遍高于设计强度等级， 因此在用水量的控制上较为 宽松。 本次试验配合比兼顾工作性及电通量能达到要求， 同时具备 一 定抗材料波动能力。 所谓抗材料波动能力， 是指材料波动造成混 凝土电通量值变化后仍能满足规范要求的能力， 一般隋况下， 电通 量值越低， 抗材料波动能力越强。 试验配合比及性能见表 3 。 表 3及图 1 、 2中， 1 至 3为掺 3 0 矿粉混凝土， 胶材用量从 4 1 0到4 3 0 k g m 变化， 虽然用水量和水化放热量有所增加， 但其 强度和抗氯离子渗透I 生 能均有一定提升， 配合比抗材料波动f生 更 强， 故在应用此类配合比上可综合考虑。 当矿粉掺量增加到 5 0 时， 早期力学、 抗渗性能较 3 0 无较大变化， 但增加的矿物掺合 料可有效降低水化放热及其速率 ， 有利于工程质量的控制。 国内相关研究也指出， 粉煤灰与矿渣粉复合掺加 ， 两种材 料的火山灰效应、 形态效应和微集料效应互相叠加， 形成“ 工作 性能互补效应” 使得混凝土具有良好的抗渗性和可泵性。 表 3 混凝土配合比及性能 1 3 2