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交通科技
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高性能混凝土在跨海大桥中的应用与探索
孟
钢
刘晓霞
长沙
-? " " #@A
中南大学>
摘
要
高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土B 具有强度高C 耐久性好等特点B 是混凝土技术
的发展趋势D 在跨海大桥中B 混凝土的耐久性尤为重要B 应通过混凝土掺合料的选择C 配合比的确定以及施工工艺等方面解决混凝土防腐C 抗渗问题D 关键词
东海大桥
高性能混凝土
耐久性
施工
防腐
抗渗
东海大桥位于杭州湾口东北部B 舟山群岛西侧D 西起始于上海浦东南汇区的芦潮港南汇嘴B 东至浙江省舟山市嵊泗县小洋山岛D 东海大桥E E E
标段总长? 其结构混凝土设计基准期为? , ? F G H D
即要求? ? " " 年B " " 年内结构钢筋不发生锈蚀D 因此是以提高耐久性作为设计的主要考虑因素D 全标段I =" J I @" 高性能混凝土总计约--万H =D 高性能混凝土具有流动性大C 耐久性好及强
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度高等性能K D 它是通过深入分析混凝土劣化的
氯离子含量小于" 级配要求的碎石组成B , " =RD
使用时必须用淡水冲洗B 含泥量不大于" , @RD 不得采用可能发生碱骨料反应的活性骨料D
!
>=A 掺合料选用细度不小于-" " " 4H U 7的磨细高炉矿渣C 级粉煤灰及硅灰D E E
早强剂C 泵送剂C >-A 外加剂包括减水剂C 缓凝剂等D 应根据需求选用B 并符合V 混凝土外加剂W 的有关规定D 外加剂不得采>F " #. C -#=A N O X I 用含有氯C 钾和钠盐类品种D 必须采用高性能高效减水率不小于! 减水剂B " RD
>@A 水氯离子含量不宜大于! " " H 7U Y 的淡水B 严禁使用海水拌和及养护混凝土D Z 配合比设计
东海大桥工程位于海上B 所处环境为典型的海洋性气候B 因此混凝土在密实度C 微裂缝C 抗渗性及钢筋防腐等方面较普通混凝土要求高D
机理和控制耐久性的因素B 科学地选择组成材料和进行混凝土配合比设计B 再通过良好的施工工艺B 从而获得耐久性强的高性能混凝土B 有效防止氯离子渗透B 延长结构的工作寿命D 笔者将从以下方面对高性能混凝土在跨海大桥中的应用进行探讨D M 原材料控制
高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比B 选用具有所要求性能的优质原材料B 除水泥C 水C 集料外B 必须掺入足够数量的矿物细掺料和高效
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外加剂K D
型和@>? A 水泥应采用硅酸盐-! , @! , @E E E E 型B 其性能指示应符合国标>的要? #@P ? Q Q Q A N O 求D 水泥中氯离子含量应小于" 碱含量>等, " =RS 效*(应小于" 铝酸三钙含量控制, . RB T 含量A ! 在. RJ? ! RD
级配良>! A 骨料细骨料应采用颗粒坚硬C 好C 粒径小于@H H 的天然洁净河砂B 细度模数为
含泥量小于! 泥块含量小于" ! , =J! , Q B RB , @RD 细骨料中氯离子含量小于" 严禁采用海, " =RB
砂D 粗骨料由质地坚硬C 粒径@J! @H H 符合连续
Z , M 试验研究内容
主要进行连续箱梁I 预制@" 高性能混凝土C
承台现浇I 墩柱I -" 高性能混凝土C -" 高性能混
凝土C 钻孔灌注桩I 承台封底I =" 水下混凝土C ! @水下混凝土C 防撞墙I 钢管桩-" 掺合料混凝土C 内填心I =" 水下混凝土的配合比设计D Z , Z 试验技术要求
>? A 混凝土配合比设计采用试验计算法D 设计应满足强度等级和耐久性要求并做到经济合理D 其技术指标见表? 所列D
表M 高性能混凝土的技术指标
水胶比\", -"
胶凝物质总量U [H P =G 7
]-" "
坍落度U H H ]?! "
收稿日期; ! " " -
适宜的>! A 掺合料的掺量应通过试验确定B 掺量见表! 所列D
’$$-年第. 期
孟钢
刘晓霞E 高性能混凝土在跨海大桥中的应用与探索
"
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表! 配制高性能混凝土掺合料的掺入量
磨细粒化高炉矿渣
#$%&$
粉煤灰’#%#$
硅灰
海水塔各一座2塔G
将各种组分材料按已确定的配合比进行拌制拌制时间一般为(生产, ’$:2搅拌站出来的混凝
土拌和物应检验其混凝土坍落度, 目测混凝土的和易性G 流动性G 泌水性, 注意倾听混凝土输送泵泵出时活塞的声音, 经验判断混凝土的均匀性G 粘稠度G 可泵性, 预防高性能混凝土堵管2
7 混凝土输送
由于高性能混凝土的水灰比低G 胶凝材料含量高, 因此粘性大, 流动慢, 与普通混凝土相比有#%($
泵送的水) *+混凝土运输应采用泵送方法,
平距离为-预制箱梁和墩柱混凝土考$$%.$$/, 虑自然养护或蒸汽养护两种方式, 混凝土配合比考虑预制箱梁和预制墩柱混凝土蒸养’0或自然
养护*0达到张拉强度) 的要求21#" 设计强度+考) -+预制箱梁每片混凝土量. $$%&$$/*, 虑. %&3施工完毕2
) #+每个墩柱一次浇筑混凝土方量(*$/*
左右, -%#3浇捣完毕2现浇墩柱垂直高度*#/, 采用泵送2
) . +4*$水下掺合料混凝土其强度相当于
4
*#普通混凝土, 要求初凝时间大于($3, 坍落度) ’$$5’$+//2
) 6+混凝土氯离子扩散系数及电通量参考限值见表*所列2
表7混凝土氯离子扩散系数及电通量参考限值
混凝土构件类型
设计强氯离子渗透电通量
度等级系数8/’9:; (84连续箱梁
4#$(
; (’
>($$$海墩柱) 含预制4-$’
; (’
上主塔+现浇段
4-$(
>($$$承台
预制套箱4-$(($$$钻孔灌注桩
4*$*
; (’>’$$$; (’
上箱梁4#$’
>(#$$段
墩柱4-$*’$$$防撞墙
4
-$*
; (’>’$$$
!
经大量试验, 确定钻孔灌注桩4*$水下混凝土配合比见表-所列2其他几个配合比省略2
表? 钻孔灌注桩@7A 水下掺合料混凝土配合比
混凝土中各材料用量配合比
8B C 9/; *编号水泥砂
碎石
D
型掺合料外加剂
水
水胶比砂率
$$*
(’. 6. *($#-’1-*
注E 配合比中用水量为已剔除外加剂中水含量的实际自来水加入量
7施工工艺
7
东海大桥D D D 标段高性能混凝土采用现场集中拌制, 全标段拌和楼共#座, 每座拌和楼由搅拌效率高G 均质性好的外置式G 逆流式’台(’$
/*
83搅拌站组成万方数据
, 每台搅拌站配套*只($$H 胶凝材料罐和(只($$$H
胶凝材料储料罐, 淡水较大的阻力, 故对其泵送是施工中最严酷的问题2
与普通混凝土相比, 在不改变其压力损失的条件
下泵送, 高性能混凝土需要’倍以上的压力2
高性能混凝土的高粘性对可泵性影响很大, 因此, 应根据混凝土的总方量G 单位时间内浇注的混凝土量G 运输距离等主要因素, 确定运输混凝土所应采用的方法和选用的设备2混凝土从出料到浇筑完毕的延续时间不得超过试验初凝时间2在运输过程中应保持混凝土的均匀性2气温较高时,
应用不吸水的材料浇水遮盖, 以防阳光直射造成混凝土坍落度损失2距离不太远时直接采用泵送浇筑, 超过’#$/则折算水平距离或混凝土的坍落度小于(#$//时, 采用混凝土搅拌输送车输送或二次泵送接力2
7
首先做好检查签证工作, 人员和机械设备到位2然后检查输送泵管是否漏水G 漏浆等情况2
) (+钻孔桩封孔中应注意首次混凝土灌注
量G 导管埋置深度, 加强孔内混凝土面标高测量, 不断核对混凝土生产数量G 灌注数量与孔深之间的关系2
) ’+承台G
墩柱G 箱梁施工平面上面积大, 要考虑混凝土浇筑竖向分层G 横向分块, 各工序协调配合G 流水作业2
由于高性能混凝土较相同坍落度的普通混凝土有较大的粘性, 因此其振捣比普通混凝土复杂,
混凝土的流动性及陷度损失较大, 导致振捣棒振捣力作用半径减小, 因此应采取增加振捣人数和振捣器数量等措施加密振捣2检验的标准为混凝土表面的水平不再显著下沉G 不再出现气泡G 表面不再泛浆为准2
7
混凝土浇筑完以后应及时覆盖, 终凝后即浇
(4
孟钢
刘晓霞:高性能混凝土在跨海大桥中的应用与探索5) ) 7年第4期
水养护! 在养护过程中" 应控制环境中的温度和湿度" 有利于混凝土的硬化及强度的增长" 混凝土潮湿养护时间应符合表#!
表$混凝土潮湿养护时间
水泥品种
硅酸盐水泥&普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥&火山灰质硅
粉煤灰硅酸盐水泥酸盐水泥&
混凝土潮湿养护时间
’() ’(#
在水泥用量高的混凝土中" 掺入硅粉能明显地改善电阻率! 但是" 流动性的硅粉混凝土" 特别仍然可能产生离析! 是在长时间振动作用下"
%
$高性能混凝土的特点
掺量多" 混凝土搅拌时/(1掺合料质量高" 间长!
混凝土可泵性在泵送/51受多种因素影响"
过程中衰减快!
采用塑料薄膜养护时" 应覆盖严密" 并经常检查塑料薄膜或养护薄膜的完整性! 采用麻袋覆盖养护" 将其盖于新浇混凝土的表面" 间歇洒水保持湿润"
可以获得很好的养生效果! 蒸汽养护法适用于冬季施工预制箱梁养护! 东海大桥预应力钢筋混凝土构件和位于海上大气区浪溅区和水位变动区的钢筋预制构件必须使用淡水养护! *与普通混凝土相比具有的优越性
*+, 加入磨细高炉矿渣及粉煤灰提高耐久性
高性能混凝土具有水灰比低&胶凝材料含量高等特点" 其中通过降低水灰比提高混凝土密实度和抗渗性"
以达到高耐久性-另外通过超细粉使混凝土的水胶比进一步降低" 并通过火山灰反应" 提高混凝土密实度" 并使抗渗性进一步提高-最重要的还是通过掺入不同品种和掺量的超细粉" 提高混凝土抵抗环境腐蚀的耐久性!
由于掺入粉煤灰" 使混凝土后期强度得到较大增长" 在抗拉强度方面也是很显著的! 以粉煤灰等量置换了部分水泥后的混凝土" 早期的透水性高于对电的基准混凝土" 但随着龄期增长明显地低于基准混凝土!
*+. 加入硅粉改善流动性硅粉又称硅灰" 是铁合金厂在冶炼硅铁合金或金属硅时" 从烟尘中收集的一种飞灰! 小的球状的硅粉颗粒" 填充粗颗粒水泥之间的部分空间" 其结果就使细颗粒的粒度分布更合理" 而且能置换出部分水泥颗粒间填充的水分! 这种填充作用有助于拌合水去改善混凝土的流动性!
硅粉掺入混凝土中" 对钢筋的粘结力的提高效果很明显! 基准混凝土/硅粉0) 1的钢筋粘结力低" 但当硅粉掺量达23时" 粘结力明显提高-硅粉(43时粘结强度仍有提高"
但增长速度缓慢! 氧在水饱和的混凝土中的扩散" 不因掺入硅粉而有明显变化万方数据! 但是" 由于掺入硅粉能明显地提高混凝土的电阻率" 因此能降低腐蚀速度!
/61混凝土的净保护层普遍较厚!
/71混凝土的施工规律不好掌握" 质量事故紧急处理难度大!
/#1混凝土耐久性好" 抗腐蚀性强! 8应用中须注意的问题
东海大桥高性能混凝土52%龄期时混凝土
电通量指标只有部分满足施工技术要求的规定" 但#7%龄期时混凝土的电通量指标均能达到施工技术要求的规定值! 建议高性能混凝土的耐久性能指标按#4%龄期验收!
混凝土的裂缝现象时有发生" 部分裂缝原因不明"
这与高性能混凝土的良好性能并不相符" 有待于进一步研究裂缝形成的深层次原因! 碎石岩石强度和碎石压碎指标都是合格的"
但工程中选用的花岗岩碎石微观裂纹较石灰岩碎石多! 导致箱梁高性能混凝土早期弹性模量上升较慢" 但后期弹性模量可以达到普通混凝土的同期正常水平! 9结语
现有国内混凝土相关技术规范还不能完全涵盖高性能混凝土" 规范尚需进一步完善! 随着材料科学与建筑工程不断发展" 高性能混凝土具有很高的研究价值"
该技术的推广及应用可以为社会带来巨大的效益! 高性能混凝土是一种高要求的混凝土" 在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土" 是5(世纪混凝土技术的主要发展方向!
参考文献
(朱清江+
高强高性能混凝土研制及应用+北京:中国建材工业出版社" (; ; ; +()
5吴中伟"
廉慧珍+高性能混凝土+北京:中国铁道出版社" (; ; ; +()