小議泉州灣跨海大橋海工混凝土配合比設計要點

饒莉

（泉州市交通基本建設工程質量監督檢測站）

小議泉州灣跨海大橋海工混凝土配合比設計要點

饒莉

（泉州市交通基本建設工程質量監督檢測站）

針對惡劣的海洋環境對鋼筋混凝土結構腐蝕的嚴重威脅，以泉州灣跨海大橋墩身混凝土為依托，根據海工混凝土耐久性的質量控制技術要求，簡述跨海大橋砼配合比設計要點。

跨海大橋；海工混凝土；配合比；設計要點

1 工程概況及混凝土耐久性問題

1.1 工程概況

泉州灣跨海大橋工程起于晉江南塘，接于泉州市環城高速公路晉江至石獅段，在石獅蚶江跨越泉州灣，經惠安秀涂、張坂，終于塔埔，與泉州市環城高速公路南惠支線相接，項目由跨海大橋和接線工程組成，全長26.676km。本項目制約工程——泉州灣跨海大橋，橋長12.455km，處于惡劣的海洋環境中，存在對鋼筋混凝土結構腐蝕的嚴重威脅，影響混凝土的結構使用壽命，有必要對混凝土結構耐久性設計方案進行研究。

1.2 耐久性問題現狀

現行混凝土結構設計與施工規范，主要考慮荷載作用下結構承載力安全性與適用性的需要，較少顧及結構長期使用過程中由于環境作用引起材料性能劣化對結構適用性與安全性的影響。橋梁日常檢測過程中可以發現，海水中和海岸邊的混凝土工程由于長期受氯離子侵蝕，混凝土中鋼筋銹蝕的現象非常普遍。以省道201線泉州晉江沿海大通道為例，該工程橋齡不過六七年，而檢測過程中發現大部分混凝土結構開裂，鋼筋外露且嚴重銹蝕，部分橋梁已經成為病橋，嚴重影響橋梁的正常使用。為此，不僅需要高額的修復費用，而且修復后的橋梁使用壽命也大大縮短。因此，在跨海橋梁的建設中，必須充分考慮結構使用環境的侵蝕特性，制定嚴格的海工耐久性混凝土各項技術要求，使跨海橋梁的建設真正做到安全、適用、經濟和合理。

1.3 影響工程混凝土結構耐久性的因素

泉州灣跨海大橋工程中，混凝土作為結構的主要材料，其工作性能、力學性能、抗侵蝕性能、抗開裂性能和耐久性等對整個大橋的質量和長期的安全起著十分重要的作用。影響泉州灣大橋鋼筋混凝土的破壞因素主要有：鋼筋銹蝕作用、碳化作用、堿-集料反應、鹽類侵蝕作用、有害裂縫、沖擊磨損等機械破壞作用。

1.3.1 鋼筋銹蝕作用

鋼筋銹蝕主要來自于兩種作用，即混凝土碳化和氯離子侵蝕。雖然碳化也同樣可破壞鋼筋鈍化膜，導致鋼筋銹蝕和結構破壞，但氯離子滲透引起鋼筋鈍化膜活動速度要遠遠大于混凝土碳化。因為對于耐久性要求較高的混凝土結構，其密實度較高，表面碳化后形成一層硬殼阻止了碳化的進一步發展，碳化深度一般較小。因此，對于混凝土保護層較大、設計使用壽命較長的混凝土構件而言，因混凝土碳化而引起的鋼筋銹蝕作用很小，鋼筋銹蝕的決定因素是氯離子滲透。

1.3.2 堿-集料反應

對于混凝土的堿-集料反應破壞而言，可通過選擇低堿含量的水泥和礦物摻合料、嚴禁使用具有堿活性的骨料等措施來控制，因此，在耐久性設計中，必須對原材料的選擇和配合比設計要求做出嚴格的規定。

1.3.3 鹽類侵蝕作用

本項目海域海水SO42-與其它海域或者硫酸鹽腐蝕環境類似，也存在硫酸鹽腐蝕的可能。相對于硫酸鹽腐蝕而言，氯離子的離子半徑遠小于硫酸根離子，其滲透速率遠大于硫酸鉻離子的滲透速率。且滲入混凝土中的氯離子將先于硫酸根離子與膠凝材料中的鋁酸三鈣組分反應生成Friedel鹽，即抑制了硫酸鹽與水泥膠凝體系中鋁酸三鈣的反應。

1.3.4 施工期混凝土裂縫控制

橋梁工程混凝土結構包括樁基、承臺、塔座、塔柱、箱梁、錨碇結構等基礎工程建筑物，其中有低標號大體積混凝土結構，也有許多高標號中等體積混凝土結構。混凝土裂縫一直是嚴重影響建筑物結構安全和壽命的主要問題。

2 墩身混凝土配制與性能研究

2.1 原材料選擇

2.1.1試驗用水泥為福建建福牌P.II42.5和龍巖華潤牌P.II42.5，其燒失量分別為2.8%和2.0%；氧化鎂含量分別為3.4%和1.9%；堿含量分別為0.53%和0.40%，各項技術指標均符合GB175-2007標準要求。

2.1.2試驗用粉煤灰廠家為廈門嵩能粉煤灰開發有限公司和泉州南埔電廠的F類I級粉煤灰，其堿含量分別為0.063%和0.036%，各項技術指標均符合GB/T 1596-2005標準要求。

2.1.3試驗用礦粉為泉州國道建材有限公司S95礦粉和三鋼集團（龍海）礦微粉有限公司S95礦粉，其CL-含量分別為0.016%和0.015%，各項技術指標均符合GB/T 18046-2008標準要求。

2.1.4試驗用外加劑分別為福州創先工程材料有限公司和江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產的聚羧酸外加劑，其CL-含量均為0%；堿含量分別為0.65%和0.75%，各項技術指標均符合GB 8076-2008標準要求。

2.1.5試驗用碎石來自泉州洛江羅溪碎石場，其堿活性指標合格，各項技術指標均符合JTG/T F50-2011標準要求。

2.1.6試驗用砂來自漳州九龍江河砂，其氯化物含量0.008%，各項技術指標均符合JTG/T F50-2011標準要求。

2.2墩身混凝土配制技術要點

跨海大橋墩身混凝土一般位于浪濺區及重度鹽霧區，屬于D～F環境作用等級，腐蝕環境嚴酷。墩身混凝土的技術要求有：

2.2.1 粘聚性好。墩身暴露于大氣中，外觀質量要求較高，混凝土應具有良好的粘聚性能，使得混凝土均勻性好，混凝土不分層，不離析，從而提高混凝土的外觀質量。

2.2.2 流動性好。墩身較高，海工混凝土水膠比較低且混凝土采用大礦物摻合料，混凝土較粘，為了滿足墩身的泵送性能，混凝土應有較好的流動性，從而確保混凝土有良好的施工性能。

2.2.3 耐久性好。跨海大橋墩身處于最為嚴酷的腐蝕環境中，對混凝土抗滲性有較高要求，墩身保護層較厚，因此也應注意墩身的抗裂性能。

2.2.4 抗氯離子侵蝕能力強。

墩身混凝土各項技術指標見下表：

表1 墩身混凝土配制技術指標

2.3 混凝土配合比與性能試驗

依據相關規范要求以及試配經驗，確定墩身混凝土膠凝材料用量范圍為420～460kg/m3，水泥摻量≥40%，粉煤灰摻量≤30%，礦粉摻量≤30%。

試驗采用建福P.II42.5和華潤P.II42.5低堿水泥、南埔電廠F類I級粉煤灰、三鋼龍海S95礦粉和福州創先、江蘇蘇博特聚羧酸外加劑，配制墩身混凝土。

2.3.1 混凝土工作性能和力學性能試驗

試驗結果可以看出，四組配合比的工作性能良好，混凝土抗壓強度隨膠凝材料總量的增加而增大，水泥品種對混凝土強度略有影響，1-1、1-2、1-3、1-4混凝土28天抗壓強度分別為67.7Mpa、68.2Mpa、63.1Mpa、65.5Mpa。

2.3.2 墩身混凝土的抗氯離子滲透性能試驗

采用RCM法測試四組混凝土不同齡期的氯離子擴散系數，試驗結果如下表：

表2 氯離子擴散系數試驗結果（×10-12m2/s）

從表2可以看出：墩身混凝土配合比的氯離子擴散系數值較低，84d氯離子擴散系數能夠滿足設計要求。

3 結語

通過對跨海大橋墩身混凝土所用原材料和混凝土的多項試驗結果表明，采用膠凝材料用量為430～450kg/m3、水膠比0.33～0.37、用水量≤150kg/m3、F類I級粉煤灰摻量15～25%，配制的混凝土工作性較好，力學性能符合設計及技術規范要求，滿足現場施工需要，84d氯離子擴散系數均在1.0×10-12m2/s以下，各項技術指標均能滿足設計要求，從而使海工混凝土能夠達到低滲透性、高彈性模量，以提高結構的安全性和使用壽命。