跨海桥梁高性能大体积混凝土配制技术.pdf

第 4 4 卷第 5 期 2 0 1 3 年 5 月 建 筑 技 术 Vo 1 4 4 No 5 Ma y 2 0 1 3 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 3 9 9 跨海桥梁高性能大体积混凝土配制技术 谭智源 ，盛余飞 ( 中交四航局第一工程有限公司， 5 1 0 3 1 0 ， 广卅 I ) 摘要： 槟城二桥大体积承台混凝土配合比的设计须从工作性、 耐久性、 缓凝时间、 水化热及强度值等方面 进行控制， 通过对不同掺合比例的混凝土进行温度 、 电通量等测试， 得出了最优配合比， 浇筑了4 个大体积承台混 凝土共计1 3 7 2 2 m 3 ， 到目前为止， 经检验均符合设计要求。 关键词： 大体积混凝土； 掺合料； 配合比设计； 耐久性； 海洋工程 中图分 类号 ： T U 7 5 5 9 文献标识码 ： B 文章编 号： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 3 9 9 0 3 P R EP ARAT I ON TE CHNI QU E OF HI GH- P ER F OR MANC E MAS S I VE CONCRE T E F OR S EA CRoS S I NG BI DGE T AN Zh i- y u a n ，S HEN G Y u - f e i ( T h e F i r s t E n g i n e e r i n g C o mp a n y o f C C C C F o u r t h H a r b o r E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， 5 1 0 3 1 0 ， G u a n g z bou， C h i n a ) Abs t r a c t ： T h e c o n c r e t e mi x p r o p o rti o n d e s i g n o f l a r g e b e a r i n g p l a t f o r m o f P e n a n g Do u b l e B rid g e s mu s t b e c o n t r o l l e d o n t h e a s p e c t s o f s e r v i c e a b i l i t y ， d u r a b i l i t y ， r e t a r d i n g t i me ， h y d r a t i o n h e a t a n d s t r e ng t h， e t c Te mp e r a t u r e s a n d d i e l e c t ric flu x o f c o n c r e t e a t d i f f e r e n t mi x p r o p o r t i o n s a r e t e s t e d t o o b t a i n t h e o p t i mu m mi x p r o p o r t i o n F o u r l a r g e b e a r i n g p l a t f o rm s h a v e b e e n p o u r e d i n 1 3 7 2 2 m。a n d n o c r a c k i s g e n e r a t e d S O f a r Ke y wo r d s ：ma s s i v e c o n c r e t e ；a g g r e g a t e ；mi x p r o p o rti o n d e s i g n ；d u r a b i l i t y ；o c e a n e n g i n e e rin g 1 工程概 况 槟城二桥主桥海上部分里程为K O 1 + 8 6 3 4 6 0 一 K O 1 + 1 3 3 8 4 6 0 ， 墩号为2 5 2 8 号墩4 个 ， 为1 1 7 5 m + 2 4 0 m + l 1 7 5 m 三跨矮塔斜拉桥。 槟城二桥主桥承台为整体 式承台， 主墩承台结构尺寸为4 8 1 m x l 7 5 m x 6 m， 单个 承台混凝土方量约5 0 5 1 m s 。边墩承台结构尺寸为 4 2 7 m x l 0 6 m x 4 m， 单个承台混凝土方量约1 8 1 0 m ， 承 台采用强度等级C 4 0 海工混凝土。 2 原材料选择及技术指标 ( 1 ) 水泥选用大体积混凝 土应选择低热或 中热的 水泥品种， 根据工程所处地理位置， 周边地区无生产低 水化热矿渣水泥及火山灰水泥厂家， 最终选用马来西 亚生产的P 0 4 2 5 级水泥， 技术指标如表1 。 表 1 水泥技术指标 细度 标准稠度用 凝结时间 抗压强度 品种 安定性 ( m2 k g ) 水量 m i n P a 初凝 终凝 2 d 7 d 2 8 d P O 4 2 5 3 6 8 2 5 5 合格 1 6 9 43 5 1 8 6 3 2 - 3 5 3 7 表 2 硅灰技术指标 ( 3 ) 矿粉为有效降低混凝土的绝热温升、 增加混凝 土粘聚胜， 选用马来西亚生产的G G B S 矿粉( 表3 ) 。 表 3 矿粉技术指标 细度 标准稠度 凝结时间 抗压强度 品种 安定性 M P a ( m2 k g ) 用水量 ra i n 初凝 终凝 7 d 2 8 d P O 4 2 5 4 2 1 3 1 8 合格 2 4 5 4 2 6 3 2 - 3 5 3 7 马来西亚标准 2 7 5 4 5 6 0 0 合格 l 0 3 2 5 ( 4 )外加剂为确保混凝土具有高坍落度和低收缩 等性能本工程采用马来西亚生产的聚羧酸高性能减 水剂。 ( 5 )骨料的选用。经对当地砂石厂考察取样试验 后， 粗骨料选取粒径5 2 0 m m 连续级配花岗岩碎石 ， 细 骨料选取河砂， 细度模数2 6 3 ， 属于I I 区中砂( 表4 ) 。 ( 6 )水的选用。经监理单位认可的自来水。 ( 2 ) 硅灰选用混凝土中掺加适量硅灰可增加混凝 3 混凝土配合比设计 土流动眭、 密实度， 提高混凝土耐久性( 表2 ) 。 3 1 配合比设计思路 覆 1963 _ ： _ 二 以 下 銮 季 冀 盍 毒 曩m 作 者 简 介 ： 谭 智 源 ( 一) ， 男， 湖南长沙人， e a i h 5 1 0 8 0 6 3 3 2 q q _ c 0 m 0 0 工日 E ， 口 上 l 卜l27 t l ,x , J 3 J水 J ； t, z 人 巴 日 拔 4 0 0 建筑技术 第 4 4 卷第 5 期 表 4 骨料各项常规技术指标 名称 表观密度 ( k g m ) 堆积密 ( k g m 3 ) 压碎值 针状含量 片状含量 含泥量 粗骨料 2 6 5 0 1 5 0 0 2 6 5 1 3 - 3 1 6 6 0 8 细骨料 2 6 3 0 1 5 4 0 1 1 凝时间以利于浇筑； ( 3 ) 高耐久性以抵抗海洋环境条件 的有害侵蚀； ( 4 ) 较高强度以满足设计要求； ( 5 ) 低水化 热， 有效降低因水化热导致温度裂缝发生概率。 为使混凝土达到强度高、 低电通量、 裂缝出现低概 率的目的， 在配合比设计时从以下几方面“ 考虑( 表5 ) 。 ( 1 )满足结构设计强度等级要求。根据承台所处 环境和耐久性要求， 选用高性能减水剂降低水胶比， 提 高混凝土的工作性能。 ( 2 )基于砂浆填充理论， 在胶凝材料中采用双掺 或多掺辅助陛胶凝材料( 主要指矿物掺合料) 增加混凝 土密实度， 以降低电通量、 提高混凝土耐久性。 ( 3 )掺用矿物掺合料替代部分水泥 减小单方水 泥用量， 有效降低水化热， 提高混凝土抗裂性能。 ( 4 )良好的拌合物工作性能和坍落度较小经时损 失 ， 以满足现场泵送施工和长时间 、 大方量承台 、 大体 积混凝土浇筑要求。 3 2 配合 比设计 3 2 1 “ 双掺” 与“ 三掺” 对温峰及电通量的影响 配合比胶材采用粉煤灰水泥、 矿粉及硅灰， 根据砂 浆填充理论 ，在总胶材用量为4 1 0 k g 且不同胶材比例 条件下， 代表性配合比如表6 所示。 温度测试采用木模板 ( 混凝土试件尺寸为5 0 0 m m 5 0 0 m m x 5 0 0 m m) ， 混凝土搅拌前备好材料集中搅 拌， 减少入模时间， 及时测试混凝土入模温度。安装传 感器接收装置， 做密封措施。 进行混凝土测温直至混凝 土温度下降到常温后， 测试结束( 图1 ) 。 4 5 - 4 O - 3 5 越 赠 3 0 25 2 0 1 1 d 6 8 9 气温 4 8 6 0 7 2 8 4 9 6 1 0 8 1 2 O 时间 h 混凝土测温 曲线 由图1 可 知 ，混凝土温峰 ( 1 ， 2 ， 3 ) ( 4 ， 5 ， 6 ) ( 7 ， 8 ， 9 ) 说明随矿粉含量增加， 温峰向右偏移， 混凝土 内部最高温度下降，所以掺加矿粉具有降低混凝土内 部绝热温升， 延缓混凝土温峰发生时间， 对大体积混凝 土早期防裂具有保护作用 由图2 可看出在矿粉比例相同情况下， 电通量均为 下降趋势， 即配合比电通量1 2 3 ； 4 5 6 ； 7 8 9 。 由此 说明随硅灰含量增加，混凝土电通量呈现出下降趋势 ( 表7 ) 。 3 2 2配合 比选 定 根据上述混凝土配合比结果，混凝土2 8 d 强度远 高于设计值， 所以强度因素不用考虑， 混凝土凝结时间 较短， 不利于大体积混凝土长时间施工， 混凝土2 8 d 电 通量均大于1 0 0 0 C ；在一定范围内提高掺合料中硅灰 含量具有降低混凝土电通量作用，矿粉含量增加具有 表 5 混凝土配合比设计要求 部 位 水 灰 比 ( c ) I 最 小 胶 凝 材 料 用 量 c k g 2 8 d 电 通 量 C 2 8 d 混 凝 土 强 度 M P a C l啥量 s o ? -l 2 8 d 表 面 吸 水 率 承台 0 4 O f 3 9 0 1 0 0 0 5 3 5 O 0 6 o 4 4 f o 0 5 m L ( m z s ： 表 6 代表性配合比 编号 胶材总量 k g 水胶比 砂率 水泥 ( k g m 3 ) 矿 t ( k g m 3 ) 硅灰 ( k g m ) 砂 ( k g m ) ( k g n l ) 外加剂 ( k g m ) 水 ( k g m ) 1 41 0 0 3 8 3 9 3 6 9 41 0 7 2 4 1 1 41 4 92 1 5 6 2 41 0 0 _ 3 9 4 0 3 5 9 41 1 O 7 3 7 1 1 1 6 49 2 1 6 0 3 41 0 0 4 0 4 1 3 5 4 41 1 5 7 5 0 1 0 8 8 4 9 2 1 6 4 4 41 0 O 3 9 41 3 2 8 8 2 O 7 5 6 l 0 9 6 49 2 1 6 O 5 41 0 0 4 0 3 9 31 8 8 2 l 0 71 2 l 1 2 2 49 2 1 64 6 41 0 O 3 8 4 0 3 1 3 8 2 1 5 7 31 1 1 0 5 4 9 2 1 5 6 7 41 0 0 4 0 4 0 2 8 7 1 2 3 O 7 3 2 1 1 0 7 492 1 6 4 8 41 0 O3 8 41 2 7 7 1 2 3 1 0 7 5 8 1 0 9 9 4 9 2 1 5 6 9 41 0 O 3 9 3 9 2 7 2 1 2 3 1 5 71 6 1 1 2 8 492 1 6 0 注： “ 双掺” 与“ 三掺” 掺合料中包括混凝土中内含粉煤灰。 【 图 2 0 2 0 1 3 年 5 月 谭智源， 等： 跨海桥梁高性能大体积混凝土配制技术 4 0 1 表 7 配合比试验性 能指标 配合 2 8 d 强度 坍落度 m m 温峰 温峰出现时间 和易性 凝结时间 h 比编号 电通量 C M P a 初始 2 h h 初凝 终凝 1 1 5 9 8 1 7 4 5 2 0 0 1 9 0 4 3 0 4 0 泌水 1 1 1 3 2 1 4 2 3 3 7 3 0 2 0 5 2 1 0 4 3 7 3 9 泌水 l 2 1 5 3 1 2 9 8 7 7 2 0 2 1 0 2 1 O 4 42 3 7 微泌水 1 6 1 8 4 1 6 0 9 4 7 3 5 1 8 O 1 7 0 4 1 5 4 8 离析 1 3 1 5 5 1 3 1 3 6 7 1 O 1 9 5 2 1 0 4 2 O 4 5 微泌水 1 4 1 7 6 1 1 2 3 4 7 6 5 1 8 0 1 7 5 4 2 6 4 2 较好 1 2 1 4 7 1 8 3 5 5 7 4 5 1 8 5 1 7 0 3 8 0 5 5 泌水离析 1 6 1 9 8 1 2 6 8 6 7 4 0 1 7 5 1 7 0 3 8 5 5 3 微粘 1 2 1 4 9 1 1 6 7 5 7 3 0 l 8 5 1 9 0 3 9 7 5 2 较好 1 3 1 6 卅粉比例l O 矿粉比例2 0 一 矿粉比例3 0 硅灰 l 【 g 图 2 电通量走势 图 延缓混凝土温峰出现时间、 降低温峰的作用； 因此， 在 总胶材用量4 1 0 k g 不变的条件下， 降低水灰比， 调整外 加剂、 矿粉、 硅灰含量， 进一步得到配合比如表8 所示。 表 8 优化配合比 项 目 水胶 砂 率 ( k g m3 ) 比 胶材总量 水泥 矿粉 硅灰 砂 石 外加剂 水 0 3 7 4 1 41 0 2 7 2 1 1 8 2 0 7 5 2 1 0 8 3 5 _ 3 3 1 5 0 经过优化后的承台混凝土配合比具有 良好和 易 性 混 凝 土初 凝 时间 大 于2 O， 2 h内无坍 落度 损 失 ，耐久性达到指标 ， 2 8 d 电通量小于1 0 0 0 C ， 氯 离子 、 硫酸盐含量满足设计要求以及干缩小 ， 吸水 率低的特点。此承台配合比保证了混凝土容易泵 送兼具初凝时间长等优点 ， 具有优异的工作性能 ， 现场施工坍落度控制在 1 8 5 2 5 m m， 利于大体积承 台混凝土施工 ，确保长时间大方量混凝土连续浇 筑 。混凝 土配 合比 测试结果 见表9 。 4 大体积承台海工混凝土施工效果 槟城二桥主桥大体积承台为整体式承台采用海 上搅拌平台泵送施工， 分两次浇筑， 混凝土拌和采用冷 却水， 承台内部布设冷却水管相应温控措施， 合理选择 混凝土浇筑时间， 做好凿毛及养护， 通过加强对原材料 表 9 混凝土配合比测试结果 坍落度 1 h 坍落度 2 h 坍落度 5 6 d 干缩值 2 8 d 吸水率 C I 一 项目 ( mm s ) 结果 1 8 O 1 8 5 1 8 5 0 0 4 0 O O 1 O o 0 6 S 0 2 8 d 电通量 7 d 强度 2 8 d 强度 初凝时间 项目 C MPa MP a h 结果 0 o o 1 7 1 0 8 4 7 0 7 3 5 2 0 及浇筑过程控制， 从多角度分析， 多方面着手， 施工过 程中严密配合， 最终完成4 个大方量混凝土承台顺利浇 筑 ， 共计1 3 7 2 2 m ， 到目前为止 ， 四个大体积承台混凝 土无任何条裂缝产生， 统计结果见表1 0 。 表 1 O 承台 2 8 d混凝土检测结果 强度 M P a 离散指标 电通量 C 最 大 值l 最 小 值 平 均 值 标 准 方 差 离 散 系 数 最 大 值 最 小 值 平 均 催 7 9 5 l 7 OO 7 0 5 3-2 4- 5 9 0 6 _ 3 4 9 78 6 77 5 5 结语 ( 1 )对于大体积混凝土而言， 掺加矿物掺合料不 仅改善了混凝土工作性能， 降低了水泥水化热， 有效提 高了混凝土抗氯离子扩散能力。 ( 2 )在胶凝材料总量不变前提下， 等量内掺适宜 比例的粉煤灰、 矿粉与硅灰 ， 可配制出抗裂性好、 耐久 性优良的混凝土。 ( 3 )硅灰具有明显降低混凝土电通量的作用， 适 宜的掺量可增加混凝土流动陛。 参考文献 【 1 尤仲鸱 厦门海沧大桥锚旋超大体积混凝土配合比与温控防裂技术 J 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 6 5 7 0 2 】 刘建波 砂浆填充理论在配合比设计中的运用【 J 】 石家庄铁路职业 技术学院学报， 2 0 0 5 ) ： 2 1 2 6 【 3 胡红梅， 马保国 矿物功能材料对混凝土氯离子渗透性的影响 J 1 _武 汉理工大学学报 2 0 0 4 ( 3 ) ： 1 9 2 2 4 宪明，颜超， 赵娟， 等提 高海工结构混凝土耐久性的原理和方法I J 1 _ 建 筑技术， 2 0 1 2 ， 4 3 0 )