外砂河大橋海工混凝土配合比設計及應用

王聯星，王東生 中交三航局廈門分公司，福建 廈門 361006

1 工程概況

汕頭東海岸新城外砂河大橋是橫跨外砂河的一座跨海特大橋，橋面寬度42m，總長2160 米，包括主橋、引橋和互通立交三部分。橋梁所處為外砂河入海口，地形地質情況復雜，環境腐蝕情況嚴重，對混凝土的耐久性能提出了較高要求。全橋高性能混凝土、高耐久性要求預應力混凝土共超12 萬方，混凝土的施工質量控制是工程質量控制的重點之一。

2 主要技術指標和要求

2.1 混凝土強度和耐久性指標和要求

外砂河大橋結構設計基準期為100 年，橋梁整體處于非常惡劣的海工環境，對主體結構的混凝土耐久性能也有極高要求。全橋高性能混凝土、高耐久性要求預應力混凝土的強度等級、耐久性要求的主要技術指標見表1。

表1 主要構件的混凝土強度等級及耐久性要求

2.2 混凝土原材料的質量要求

混凝土原材料需符合國家現行技術規范的要求，對于高性能混凝土、高耐久性要求預應力混凝土，其原材料尚需符合現行公路和水運行業有關高性能混凝土、耐腐蝕混凝土方面規范的要求。

3 混凝土原材料選擇和配合比設計

3.1 混凝土設計思路

本工程混凝土的特點是耐久性指標要求高，配合比設計的關鍵問題是在保證施工性能和強度的基礎上提高混凝土的耐久性。針對表1所列的橋梁重要構件混凝土，我們將其分為海工高性能混凝土和高耐久性要求預應力混凝土，并根據其各自的特點，采取兩種設計思路。

參考東海大橋、杭州灣跨海大橋配合比設計的經驗［1、2］，我們配置海工高性能混凝土的措施有:(1)優選材，保證混凝土各種原材料的質量;(2)低水膠比，減少混凝土內部毛細孔隙通道;(3)大摻量礦物摻合料，充分利用摻合料對混凝土的各種有益效應。

高耐久性要求預應力混凝土，因本工程的工期原因，澆筑后需要盡快張拉，對混凝土早期彈模和強度有極高的要求，大摻量的礦物摻合料對其并不適合。因此，我們采取優選原材、低用水量、低水膠比、適當雙摻礦物摻合料的措施來保證其各項性能。

3.2 優選原材

原材料的選擇參考了南澳大橋施工用材料，并考慮了工程所在地地質的特殊情況，尤其對碎石選材進行了充分調查試驗。

(1)水泥:選擇了2 個品牌的P.Ⅱ42.5 水泥和1 個品牌的P.Ⅱ42.5R 水泥共三種水泥進行試驗，在已選定其它材料情況下，選擇混凝土方量最大的C35 高性能和C50 預應力混凝土基準配合比分別試拌，經和易性比對，最后選擇了表現最佳的塔牌P.Ⅱ42.5 水泥。

(2)粉煤灰:選擇廈門益材粉煤灰有限責任公司生產的Ⅰ級F 類粉煤灰，各項指標均滿足要求。

(3)礦粉:采用廣東國鑫實業股份有限公司生產的國鑫牌S95 級礦粉，密度2.86g/cm3，比表面積460m2/kg，28 天活性指數99%。

(4)高性能減水劑:選擇中交二航武漢港灣新材料有限公司生產的高性能減水劑，減水率29%，含氣量3.0%。為充分保證施工過程中的混凝土耐久性，參考鐵路現行規范，特別要求施工過程中供應的減水劑含氣量要滿足現行鐵路標準的要求，即≤3.0%。

(5)碎石:經過對汕頭及其周邊石料礦場的走訪調查并選材試驗，最終選擇了各項技術指標均能同時滿足高性能、高強度、預應力等各類混凝土要求的潮州鳳山反擊破5～20mm 連續級配碎石。

(6)砂:韓江中砂，細度模數2.76。

(7)阻銹劑:復合氨基醇鋼筋阻銹劑，含固量30%。

3.3 礦物摻合料摻量的選擇

配合比設計過程充分考慮了混凝土耐久性的要求、早期彈模要求、施工性能要求，并通過使用不同的摻合料摻量組合進行試驗對比，最后選定了各混凝土構件采用的不同的礦物摻合料摻量組合。如水下鉆孔樁C35 高性能混凝土，因其大流動性、高可泵性、自密實性等特點，經過反復室內和易性、室內自密實容重測試，最終選擇了單摻40%粉煤灰;又如箱梁C50 和C55 預應力混凝土，因其早期強度和早期彈模的高要求，在試驗比選的基礎上選擇了10%粉煤灰、15%礦粉的雙摻組合。

3.4 配合比設計及優化

在根據經驗確定的基準配合比的基礎上進行大量的試驗，先后確定了各構件配合比的減水劑摻量、砂率和摻合料摻量，然后在強度、耐久性試驗結果基礎上選擇了合適的水膠比，并由此確定了試驗室最佳配合比。然后通過施工現場對這些試驗室最佳配合比的大料試拌試泵反饋的信息，對配合比進行了優化。優化后的配合比見表2，混凝土的各項性能數據見表3。

表2 經優化后的混凝土配合比數據

表3 配合比各項性能試驗結果

4 配合比在工程中的應用情況和施工質量控制措施

4.1 配合比應用情況

從配合比設計完成至2015 年5 月初外砂河大橋全線貫通，全橋共完成樁基484 根，承臺120 個，墩柱318 根，預制箱梁492 榀，現澆箱梁13 聯，主橋掛籃懸澆箱梁96 個節段，共澆筑海工高性能混凝土和高耐久性預應力混凝土12 萬余方。

4.1.1 樁基C35 海工高性能

從工程484 根灌注樁的澆筑情況來看，該配合比施工性能非常好，保證了灌注樁澆灌的連續性，不堵管、浮漿少。通過對硬化混凝土的力學性能、耐久性能檢測，所澆筑的混凝土各項指標均能達到設計要求。

4.1.2 承臺、墩柱等C35～C45 海工高性能混凝土

橋梁下部結構重要構件因其所處浪濺區環境的高腐蝕性，均采用了海工高性能砼，施工采用泵送施工。為同時滿足高流動性要求和高耐久性要求，配合比設計采用了礦物摻合料雙摻，總摻量達到55%(C45 高性能砼優化后為50%)。在整個施工工程中，混凝土的各項工作性能均能滿足施工要求，構件拆模后的整體外觀表現良好，硬化混凝土的各項檢測指標均能滿足設計要求。

4.1.3 箱梁C50 及主墩C55 高耐久性要求預應力混凝土

高耐久性要求的高強度預應力混凝土施工是本工程的一個難點，特別是主墩0#塊C55 預應力混凝土單次澆筑2369m3，混凝土施工需同時考慮混凝土的高早期彈模和強度要求、高耐久性要求、高流動性要求，同時要嚴防裂縫的產生。配合比設計過程中，混凝土配合比進行反復優化，確定的配合比的水膠比分別低至0.28(C50)、0.26(C55)。實際施工時，在多種溫控、防裂措施的配合下，不僅出色的完成預制箱梁的施工，更在主墩0#塊箱梁上創造了一次性成功澆筑2369 方C55 高標號預應力砼的國內記錄。施工后的混凝土抗壓、彈模、耐久性等指標檢測的結果，均能滿足設計和規范要求。

4.2 混凝土施工過程的質量控制措施

高強、高耐久性要求的混凝土施工質量控制，需要在原材、施工配合比、入模溫度、澆筑質量、工后養護等施工全過程上把好每一道關口。外砂河大橋的混凝土施工過程中，在施工各階段，均采取了充分的質量控制措施，保證了混凝土的整體質量。

4.2.1 嚴把原材料質量關

(1)在選材階段，堅持按優擇取、保障供應的原則，對于不符合工程質量要求的材料，堅決不予選用。如在碎石的選材上，在多次選材試驗的基礎上，選擇了成本較高但能滿足要求的潮州鳳山反擊破碎石。

(2)在過程控制階段，堅持疑料不用、不合格材料解決退場的原則，并加強進場抽檢工作。對原材料(特別是砂石和外加劑)加強備料工作，以給材料進場檢測留足時間。如2014 年5 月前后，韓江砂源緊張，為杜絕不合格砂的流入，項目部暫停了大方量混凝土的施工，直到合格的韓江河砂供應正常后才繼續大方量混凝土的施工。

4.2.2 施工配合比控制

在施工配合比方面，采取加強骨料含水率檢測、加強攪拌設備稱量系統校正等措施，確保按配合比施工。同時，針對攪拌時間制定專門要求，確保混凝土拌合物的均勻性。

4.2.3 澆筑過程控制和工后養護

(1)做好大體積和高強度混凝土的入模溫度控制。控制入模溫度，可以降低混凝土早期水化熱，控制混凝土的早期溫升，避免混凝土出現假凝、開裂。特別是在大體積0#塊的施工中，成功運用液氮降溫技術，確保了0#塊的整體工程質量。

(2)堅持合理的振搗施工。通過技術交底，確保施工振搗到位，避免漏振、過振。

(3)加強養護。嚴格執行保溫保濕措施，防止混凝土開裂、碳化。

5 小結

橋梁高耐久性要求的混凝土施工，關鍵是做好配合比設計和優化工作，采用經試驗優化的配合比，通過在原材、拌合、澆筑、養護等施工全過程中進行系統的質量控制，并輔以必要的溫控、防裂措施，才能確保混凝土整體的工程質量。通過積累外砂河大橋各等級高耐久性要求混凝土的配合比設計經驗和施工實踐經驗，提高了我們對高耐久性混凝土配合比設計工作的認識。

(1)對于海工高性能混凝土，可以通過低水膠比、大摻量礦物摻合料來實現。礦物摻合料種類及摻量，參考類似工程經驗的同時還需要通過試驗確定。

(2)對于高耐久性要求、高早期強度要求預應力混凝土，在適當控制摻合料的總摻量、確保早期強度和早期彈模的前提下，盡可能采用更多品種的摻合料，充分利用摻合料對混凝土的各種有益效應，同時采用低用水量、低水膠比，輔以溫控、防裂的施工措施，確保混凝土的整體質量。

［1］皇甫熹，徐強，俞海勇，王瓊.《高性能海工混凝土在東海大橋工程中的應用》.世界橋梁，2004 年增刊:28-31.

［2］王冬松.《杭州灣跨海大橋高性能海工混凝土配合比設計》.公路，2009，(7):299-303.