海南省文昌市清澜大桥C50海工耐久混凝土配合比设计论文

海南省文昌市清澜大桥C50海工耐久混凝土配合比设计

摘要：介绍了海南省文昌市清澜大桥工程特点、高性能海工耐久混凝土配合比及原材料要求、清澜大桥主桥过渡墩墩身配合比设计。

关键词：海南省文昌市清澜大桥；高性能海工耐久混凝土；原材料；配合比。

abstract: the article introduces the hainan closing qinlan bridge engineering characteristics, high-performance sea durable concrete work with the ratio of raw material requirements, qinlan bridge pier mixture ratio design of bridge piers transition.

keywords: hainan closing qinlan bridge; the high performance concrete work durable; raw materials; mix.

海南省文昌市清澜大桥位于海南省文昌市东南角，横跨清澜湾，在现状海湾轮渡码头附近，沿东西方向联结清澜镇与东郊镇，大桥的修建将解决两镇一湾相隔的现状，为两镇交通运输提供极大的便利，同时也将成为清澜港景区的一道亮丽风景线。

清澜大桥起点在清澜镇（k5+286），终点在东郊镇（k7+114），全桥长1828m，其中主桥桩号范围k5+925.8～k6+474.2，主桥长548.4m，宽34m，引桥长1279.6m，宽32m。大桥桥孔布置为16×40m+（124+300+124）m+16×40m，主桥采用双塔双索面结合梁斜拉

桥，钻石型索塔，引桥采用预应力混凝土装配式箱梁。 1、 主要技术指标和要求 1.1本桥混凝土耐久性要求 耐久性要求 区段 主桥 引桥

环境作用分类 海洋环境 滨海环境 结构部位 不与海水接触桥墩、上塔柱 下塔

柱 过渡墩身 海中承台 桩基 主梁 桥墩身 承台 桩基 环境作用等级 d e e f d e e d d

材料要求 混凝土强度等级 c50 c50 c50 c40 c30 c50 c40 c35 c30

最大水胶比 0.30 0.30 0.30 0.35 0.35 0.30 0.30 0.35 0.35

最小胶凝材料用量（kg/m3） ≥340 ≥360 ≥360 ≥360 ≥340 ≥340 ≥340 ≥340 ≥340

抗氯离子渗透系数(56d龄期10-12m2/s) ≤1.5 ≤1.5 ≤1.5 ≤2.0 ≤3.0 ≤1.5 ≤1.5 ≤3.0 ≤3.0

56d最大电通量(c) 600 600 800 800 1000 1000 800 1000 1000

全桥采用高性能的海工耐久混凝土，以氯离子扩散系数为混凝土耐久性的主要控制指标，采用适当较大比例掺入矿物掺合料和低水胶比降低氯离子扩散系数；

根据结构部位和受力特点，采用合适的强度等级，保证其强度耐久性。

1.2 高性能海工耐久混凝土的原材料指标

高性能混凝土，根据具体部位及强度等级的不同，各项指标并不完全相同，除满足《水运工程混凝土质量控制标准》的要求外，同时原材料、配合比须满足下列要求：

① 水泥要求：应采用ⅱ型硅酸盐水泥，水泥中的c3a含量控制在6％～10％，氯离子含量低于0.03％。

② 矿物掺合料：可在混凝土中参加粉煤灰、磨细高炉矿渣等掺合料，其指标应满足下表要求： 粉煤灰的质量指标

物理性能 化学性能 混合砂浆性能

比表面积 含水率 45μm筛余量 烧失量 so3含量 cl-含量 需水量比 7d活性指数 28d活性指数

（m2/kg） （％） （％） （％） （％） （％） （％） （％） （％）

≥600 ≤1.0 ≤12 ≤5 ≤2 ≤0.02 ≤95 ≥80 ≥90

磨细高炉矿渣的质量指标 物理性能 化学性能 混合砂浆性能

比表面积 含水率 烧失量 so3含量 cl-含量 需水量比 7d活性指数 28d活性指数

（m2/kg） （％） （％） （％） （％） （％） （％） （％）

≥350 ≤1.0 ≤3 ≤4 ≤0.02 ≤100 ≥75 ≥100 ③ 集料：不得采用可能发生碱‐集料反应（aar）的活性集料；水溶性氯化物折合氯离子含量不得超过集料重的0.02％；细集料含泥量小于2％，泥块含量小于0.5％，云母含量小于2％，细度模数2.9～2.6，不得采用海砂和人工砂；粗集料含泥量小于0.5％，泥块含量小于0.25％，压碎指标小于12％，针片状颗粒含量小于10％，最大粒径不超过25mm。

④ 化学外加剂：减水剂（或泵送剂）的减水至少达到25％；外加剂中氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.01％。 ⑤ 拌和用水及养护用水：不得采用海水、污水、和ph值小于5的酸性水，水中的氯离子含量不应大于200mg/l，硫酸盐含量按so4-计不大于500mg/l。

1.3 混凝土配合比设计原则

海工耐久混凝土配制一般原则具体包括下述方面： ①选用低水化热和低含碱量的水泥；

②选用高效减水剂(聚羧酸系减水剂或泵送剂)，取用偏低的拌和水量；

③限制混凝土中胶凝材料的最低和最高用量，并尽可能降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量；

④掺用粉煤灰、磨细矿渣等矿物掺合料；

⑤侵蚀环境为e、f等级的构件部位的混凝土应加入适量渗入型钢筋阻锈剂；

⑥可以通过适当引气提高混凝土的耐久性，掺入引气剂后新拌混凝土含气量一般宜控制在3%～6%；

⑦混凝土拌和物中各种原材料引入的氯离子总质量不应超过胶凝材料重量的0.1%（对钢筋混凝土结构）和0.06%(预应力混凝土结构)。

混凝土浇筑入模时的坍落度要求见下表: 混凝土浇筑入模时的坍落度要求 混凝土类型 坍落度(mm) 泵送混凝土 160～200 水下灌注混凝土 180～220

1.4 海工耐久混凝土的主要耐久性设计指标和性能要求 现今测定氯化物在混凝土内渗透性的方法有三种：库伦试验法、rcm法、硬化混凝土氯离子渗透快速试验方法（bt build443）。库伦法特点是简便、快速，对不同胶凝材料组成、养护情况相同的混凝土具有良好的对应关系，可用于平行比较，缺点是对低电阻率的混凝土会引起发热过大，测出的电量并不代表氯离子的迁移量；nt build443法试验周期较长；rcm法克服了库伦法易引起试件发热的缺陷，试验快速简便，可以快速判断混凝土的抗氯离子渗透性，因此应选用rcm法测定混凝土抗氯离子渗透性。

按照耐久性设计规范，对混凝土进行配合比设计，并对混凝土

各项性能、指标（抗压强度、氯离子扩散系数、电通量、坍落度、扩散度、抗裂性能、初凝时间、终凝时间）进行试验、汇总，各项性能、指标均按照相关规范严格控制，同时根据结论对混凝土配合比进行修改以确定最佳配合比，使各项性能、指标均能达到规范要求。

2、 混凝土配合比设计 配制混凝土所用各种原材料的选取

水泥由于设计上提出选用低水化热和低含碱量的水泥，我们通过大量试验，最终选取了海南国投水泥有限公司的海岛p o42.5低碱硅酸盐水泥，该水泥经测试各项指标见下表：

水泥品种 比表面积（m2/kg） 安定性 初凝时间(min) 终凝时间(min) 抗折强度 （mpa） 抗压强度

（mpa） 标准稠度用水量(%) 氯离子含量（%） 铝酸三钙含量（%）

3d 28d 3d 28d

海南海岛p.o42.5 345 合格 205 250 4.9 7.9 28.4 48.0 27.0 0.0038 8.029

根据设计要求我们选取了由福建江阴电厂生产的i级粉煤灰，

经试验后各项指标见下表：

粉煤灰品种 细度（%） 含水率（%） 烧失量（%） 需水量比（%） so3含量（%）

福建江阴电厂i级 10.4 0.2 2.1 91 2.07

矿粉为炼钢厂粒化高炉矿渣料经干燥粉磨达到一定细度和活性的粉体。磨细矿粉作为胶凝材料组分，在欧洲、日本等发达国家研究较多。大量资料表明：矿粉的水化活性和其对混凝土微孔结构改善的效果，大大提高了混凝土的密实度和抗渗性，尤其是对混凝土的抗氯离子渗透性能显著提高，对海工混凝土的耐久性贡献很大。其原因主要是：（1）磨细矿粉本身颗粒较小，具有微填充作用，且其与水泥水化生成的氢氧化钙起火山灰反应，生成的絮状胶凝产物，进一步填充混凝土的空隙，使混凝土内部毛细空隙变小而且更加曲折，从而使混凝土密实度大大提高；(2)磨细矿渣混凝土中德水泥石能结合和吸附一定量的氯离子，使混凝土中对钢筋腐蚀起主要作用的游离氯离子量减少，氯离子浓度梯度降低，氯离子扩散速度减慢；(3)离子等量交换原理，为了维持混凝土空隙液的电荷平衡，渗入多少氯离子，则混凝土中必须渗出等量的（oh）-，磨细矿渣混凝土空隙液中能提供离子交换的（oh）-较少，因此氯离子渗入比不掺矿渣的混凝土要困难得多。通过试验我们最终选取了由张家港恒昌新型建筑材料有限公司生产的s95级粒化高炉矿渣粉，各项试验指标见下表：

矿粉品种 比表面积（m2/kg） 含水率（%） 烧失量（%） so3

含量（%） cl-含量（%） 7d活性指数（%） 28d活性指数（%）

张家港恒昌s95级 10.4 0.2 0.34 0.52 0.0014 93.5 101.5

粗骨料（碎石）为了满足设计及现场施工的要求，我们选取了海南长山石场生产的5-25mm连续级配碎石：

碎石品种 表观密度（kg/m3） 空隙率(%) 含泥量(%) 针片状(%) 压碎值(%)

长山5-25mm 2731 46 0.5 4.9 9.1

细集料（砂）配制混凝土优先选用ⅱ区中砂，根据设计及海工耐久性混凝土的要求，细度模数还要控制在2.6～2.9之间： 砂品种 表观密度（kg/m3） 空隙率(%) 含泥量(%) 细度模数

南渡江中砂 2643 38 0.4 2.7 骨料的碱活性反应均符合技术要求。

减水剂选用北京瑞蒂斯外加剂有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，该减水剂与各胶凝材料的适应性良好，减水率高，缓凝时间较长，满足现场施工的要求。

名称 减水率（%） 初凝时间差（min） 抗压强度比 对钢筋锈蚀作用 聚羧酸系高

性能减水剂 26.7 520 7d 28d 无锈蚀

192 172

另根据设计文件要求在腐蚀严重的水位变动区承台和浪溅区的墩身中使用掺入型复合氨基醇型钢筋阻锈剂。钢筋阻锈剂是一种高效钢筋阻锈剂，掺入混凝土中可以阻止或延缓钢筋锈蚀，从而延长结构寿命，在国际分类中，属于”掺入型”。该产品适用于普硅和矿渣水泥配制的混凝土，对粉煤灰、矿渣粉、硅灰和常用的减水剂有较好的相容性，对引气剂有选择性；在25℃以上使用时，有明显早强，促凝作用，并有坍落度损失方面的影响，必要时可采取缓凝措施。它在钢筋表面形成致密的保护层，当有害离子（如cl-）侵入混凝土结构中，它能有效的抑制、阻止和延缓钢筋锈蚀的电化学反应过程，从而延长钢筋混凝土结构的使用寿命。通过大量试验我们选择了由上海建研建材科技有限公司生产的bmci内掺阻锈剂，其各项指标见下表： 项目 控制偏差

钢筋 耐盐水浸渍性能 无腐蚀 耐锈蚀性能 无腐蚀

混凝土 凝结时间差 初凝 100min 终凝 105min 抗压强度比 7d 139% 28d 129%

试验室试配使用饮用自来水，现场混凝土搅拌站也使用饮用自来水。

由于本次配合比所需设计是高性能海工耐久混凝土，设计过程不仅要参照jgj55-2000《普通混凝土配合比设计规程》，还需参照jtg/t b07-2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》、jtj268-96《水运工程混凝土施工规范》等。我们通过大量计算、试配最终确定以下配合比：

每立方混凝土材料用量（kg） 水泥 粉煤灰 矿粉 砂子 石子 水 阻锈剂 外加剂

295 98 98 738 978 134 9.82 6.87 混凝土各项性能见下表：

扩展度（mm） 塌落度（mm） 抗裂性能 7d抗压强度（mpa） 28d抗压强度（mpa） 抗氯离子渗透系数(56d龄期10-12m2/s) 56d最大电通量(c)

550 190 无裂纹 51.6 64.1 1.48 555

通过计算我们得出，使用该配合比所得出的每m3混凝土总碱含量为1.53kg，小于设计要求的3.0kg，每m3砼cl-含量为0.14kg，小于设计要求的0.29kg。

目前本桥c50海工耐久混凝土已施工结束，该配合比在施工过程中所表现出来的各种性能均满足施工及性能要求，且混凝土外观得到监理及业主等多方的肯定。 3、 小结

以上为海南省文昌市清澜大桥整体耐久性设计，通过前期高性能海工耐久混凝土的施工，我们对高性能海工混凝土的研究和施工

应用也越来越成熟。高性能海工耐久混凝土的配制方法是：1、胶凝材料要采用多组分，水泥只占其中一小部分，要大量掺入矿物掺合料，矿粉最大可以掺到70%，粉煤灰可以掺到50%，胶凝材料总量不宜太高，一般以400到460公斤每方为宜，这样可以更好的控制水化热引起的温度裂缝；2、采用高效缓凝型减水剂以获得较小的水胶比，使混凝土内部毛细空隙变的细小而更加紧密；3、采用质地坚固级配优良和颗粒大小合适的粗细骨料。 参考文献：

1、 jgj55-2000，普通混凝土配合比设计规程 2、 jtj041-2000,公路桥涵施工技术规范

3、 jtg/t b07-2006，公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范 4、 jtj268-96，水运工程混凝土施工规范 注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。