強感潮河段耐蝕性高標號混凝土配合比設計

張寶生

瑞安飛云江三橋位于浙江省瑞安市東南部，瑞安市經濟開發區的東側，距飛云江入海口5 km，建成后將形成104國道瑞安段的繞城公路。瑞安飛云江三橋全長2 950 m，主橋橋式布置為240 m+170 m+60 m三跨一聯獨塔雙索面預應力混凝土邊箱梁斜拉橋，引橋為(33×30+5×50)m和(20×50+8×30)m的等截面預應力混凝土連續剛構箱梁，橋梁全寬36.8 m。主塔墩基礎由36根樁長109m，直徑為2.5m的鉆孔樁組成的群樁基礎，主墩承臺為圓形承臺，直徑44 m，厚度5 m。

1 飛云江三橋主塔墩基礎工程特點及重點

1.1 工程特點

1 )橋址處水文氣象條件復雜，為強潮河口，河口潮差大、潮流作用強，流速2.36 m/s，成橋后39號墩處最大沖刷深度約15.6 m。一天潮汐兩漲兩落，為正規半日潮，多年平均潮差為4.37 m，最大潮差為6.81 m，年內潮差變幅不大;屬中亞熱帶海洋型季風氣候，全年最多風向為東南風，瞬時最大風速36.8 m/s，橋址區有明顯的臺風，平均每年2.5次;2)主塔墩承臺體積大，約7 600m3，施工難度大。

1.2 施工重點

1 )混凝土供應;2)超大體積承臺混凝土施工;3)混凝土質量控制。

2 39號承臺混凝土配合比設計

39號墩承臺厚5 m，直徑44 m，屬目前國內最大的圓形承臺。該承臺處于浪浸區，長年受海水沖刷，長期受海洋環境的影響，對混凝土耐久性的要求是該承臺施工的重點，故該承臺混凝土配合比設計按高性能混凝土設計。

2.1 設計目的

2.1.1 耐久性

耐久性，顧名思義，指的是混凝土的使用壽命。決定耐久性的因素很多，如荷載、災害、環境等。這里把環境因素作為重點來考慮，著重考慮海洋環境。

2.1.2 抗氯離子滲透性

氯離子的侵蝕是導致鋼筋混凝土結構中的鋼筋銹蝕最主要原因，即使混凝土碳化深度較淺，在氯離子滲透較強的情況下，鋼筋也容易受到腐蝕，因海水環境下混凝土鋼筋銹蝕與一般大氣環境下混凝土中鋼筋銹蝕的機理有所差異，一般大氣環境下鋼筋銹蝕主要是由混凝土個性化破壞鋼筋表面的鈍化膜所致，而海洋環境下主要是由于氯離子滲透所引起，從而引起鋼筋銹蝕，削減其有效斷面，并引起膨脹，破壞混凝土保護層，形成惡性循環，加速結構的破壞，由此可見，對受海水沖刷的混凝土配合比設計必須從抗氯離子滲透性考慮。

2.2 高性能混凝土配合比原材料選擇及技術性質

1 )砂。采用潔凈中砂，該砂經做“堿—集料反應”試驗，對結構物無潛在危害，其他物理力學指標符合JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規范要求。2)碎石。采用5 mm～31.5 mm連續級配碎石，經做“堿—集料反應”試驗對結構物無潛在危害，其他物理力學指標符合JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規范要求。3)水泥。采用安徽海螺集團公司P.O425級水泥，各項試驗指標符合國家標準。4)水。采用淡水，水質的各項試驗指標符合國家的規定(JGJ 63-89)。5)高效減水劑。6)粉煤灰。

2.3 配合比設計參數選擇

1 )試配強度。混凝土強度是最基本的性能特征，39號墩承臺設計標號C40，試配強度按下式計算:

按JTJ 04-2000公路橋涵施工技術規范附錄F-4，σ取6.0。

試配強度:40+1.645×6=49.8 MPa。

2 )工作性(坍落度)。高性能混凝土拌合物的工作性比強度還重要，是保證澆筑混凝土質量的關鍵，高性能混凝土拌合物具有高流動性、可泵性，同時還應具有體積穩定、不離析、不泌水等特性，故39號墩承臺在確保可泵性和強度的前提下設計坍落度為150 mm～170 mm。

3 )單位用水量。JGT 55-2000混凝土配合比設計規程規定，碎石最大粒徑31.5mm，坍落度90 mm，用水量為205 kg/m3，每增加20 mm坍落度則增加5 kg水，設計坍落度為150 mm～170 mm，取低值150 mm，故應增加用水量15 kg/m3。205+15=220 kg/m3。但經做試驗，摻入FDN-4高效減水劑可減水22%，單位用水量為171.61 kg/m3。

4 )水灰比。JTJ 275-2000海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范規定海水環境中混凝土的水灰比最大允許值浪濺區為0.50。這里根據JGT 55-2000混凝土配合比設計規程，按P12以上考慮，水灰比取0.390(基準)和0.403，0.377三組。

5 )砂率。砂率影響混凝土性能。高性能混凝土中的粗骨料用量比中低強度等級混凝土中略多一些，當水膠比不同時，高性能混凝土中的最優砂率也有所不同。高性能混凝土的砂率是根據膠凝材料總用量，粗細集料的顆粒級配及泵送要求等因素決定的。

根據JGT 55-2000混凝土配合比設計規程的規定和綜合粗細集料顆粒級配計算，選擇砂率為39%。

6 )粉煤灰超量取代系數。摻粉煤灰高性能混凝土的配合比是在相同水膠比的基準混凝土配合的基礎上，按照超量取代法的原則進行(超量取代法目的是確保混凝土強度)。39號承臺混凝土摻入二級粉煤灰，根據JTJ 275-2000海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范的規定，超量取代系數取1.4。

7 )高效減水劑摻量。混凝土中摻入高效減水劑可減水22%，使混凝土水膠比降低，能阻止混凝土坍落度損失，同時獲得良好的流動性。按照高效減水劑說明書規定和試驗，高效減水劑摻量為水泥重量的0.8%。

8 )水膠比。低水膠比是高性能混凝土配制特點之一，為達到混凝土的低滲透性，以保證其耐久性，無論設計強度多少，高性能混凝土水膠比一般不能大于0.40。本配合比選擇水膠比參數為0.365，符合不大于0.40要求。

2.4 配合比組分

1 )基準配合比(按絕對體積法計算)見表1。

2 )摻粉煤灰配合比見表2。

表1 基準配合比(按絕對體積法計算)

表2 摻粉煤灰配合比

2.5 試配情況

1 )未摻粉煤灰配合比試配(綜合)情況見表3。

2 )摻粉煤灰配合比試配(綜合)情況見表4。

表3 未摻粉煤灰配合比試配(綜合)情況

表4 摻粉煤灰配合比試配(綜合)情況

2.6 抗氯離子滲透試驗

2.6.1 試驗方案

空白組(配合比編號A01，A02，A03)，每組配合比制取兩組試件。摻粉煤灰組(配合比編號A1，A2，A3)，每組配合比制取兩組試件。

2.6.2 試驗結果的計算分析

1 )以下為Tang Luping(RCM方法發明人)提出的氯離子擴散系數標準。D＜2×10－12m3/s，抗氯離子滲透性能非常好。D＜8×10－12m3/s，抗氯離子滲透性能較好。D＜16×10－12m3/s，抗氯離子滲透性能一般。D＞16×10－12m3/s，不適用于嚴酷環境。

2 )采用的計算公式。

其中，DNSSM為非穩態下的遷移系數，×10－12m3/s;U為試驗中用的電壓，V;T為試驗過程的平均溫度，℃;L為試件的厚度，mm;XD為滲透深度的平均值，mm;t為通電時間，h。

從試驗結果的計算分析可以得知，無論是空白組還是摻粉煤灰組，氯離子擴散系數均在D＜2×10－12m3/s～8×10－12m3/s之間，故抗氯離子滲透性能較好，符合高性能混凝土要求。

2.7 施工配合比選擇

因承臺體積大，在選擇施工配合比時既要考慮施工和易性和澆筑程序等，又要考慮混凝土發熱升溫速度，故對未摻粉煤灰配合比不予考慮。最終確定施工配合比，該配合比7 d抗壓強度達設計標號的103.7%，28 d抗壓強度達設計標號的127.7%、達試配強度的102.4%;而A1配合比28 d抗壓強度達試配強度的96.7%，不符合規范要求;A3配合比28 d抗壓強度達試配強度的105.2%，為施工成本考慮，該配合比不可取。

3 結語

結構的耐久性問題是普遍存在的，而高性能混凝土就是解決耐久性問題的方法之一。目前，結構耐久性問題正越來越多的得到關注，隨著有關研究的逐步深入和更多的工程實踐，高性能混凝土必將成為解決結構耐久性問題的中流砥柱，并為國民經濟的可持續發展作出貢獻。

［1］ JTJ 275-2000，海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范［S］.

［2］ JGJ 55-2000，混凝土配合比設計規程［S］.

［3］ JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范［S］.

［4］ JTJ 058-2000，公路工程集料試驗規程［S］.