强感潮河段耐蚀性高标号混凝土配合比设计

2011-02-06张宝生

山西建筑 2011年12期

张宝生

瑞安飞云江三桥位于浙江省瑞安市东南部，瑞安市经济开发区的东侧，距飞云江入海口5 km，建成后将形成104国道瑞安段的绕城公路。瑞安飞云江三桥全长2 950 m，主桥桥式布置为240 m+170 m+60 m三跨一联独塔双索面预应力混凝土边箱梁斜拉桥，引桥为(33×30+5×50)m和(20×50+8×30)m的等截面预应力混凝土连续刚构箱梁，桥梁全宽36.8 m。主塔墩基础由36根桩长109m，直径为2.5m的钻孔桩组成的群桩基础，主墩承台为圆形承台，直径44 m，厚度5 m。

1 飞云江三桥主塔墩基础工程特点及重点

1.1 工程特点

1 )桥址处水文气象条件复杂，为强潮河口，河口潮差大、潮流作用强，流速2.36 m/s，成桥后39号墩处最大冲刷深度约15.6 m。一天潮汐两涨两落，为正规半日潮，多年平均潮差为4.37 m，最大潮差为6.81 m，年内潮差变幅不大;属中亚热带海洋型季风气候，全年最多风向为东南风，瞬时最大风速36.8 m/s，桥址区有明显的台风，平均每年2.5次;2)主塔墩承台体积大，约7 600m3，施工难度大。

1.2 施工重点

1 )混凝土供应;2)超大体积承台混凝土施工;3)混凝土质量控制。

2 39号承台混凝土配合比设计

39号墩承台厚5 m，直径44 m，属目前国内最大的圆形承台。该承台处于浪浸区，长年受海水冲刷，长期受海洋环境的影响，对混凝土耐久性的要求是该承台施工的重点，故该承台混凝土配合比设计按高性能混凝土设计。

2.1 设计目的

2.1.1 耐久性

耐久性，顾名思义，指的是混凝土的使用寿命。决定耐久性的因素很多，如荷载、灾害、环境等。这里把环境因素作为重点来考虑，着重考虑海洋环境。

2.1.2 抗氯离子渗透性

氯离子的侵蚀是导致钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀最主要原因，即使混凝土碳化深度较浅，在氯离子渗透较强的情况下，钢筋也容易受到腐蚀，因海水环境下混凝土钢筋锈蚀与一般大气环境下混凝土中钢筋锈蚀的机理有所差异，一般大气环境下钢筋锈蚀主要是由混凝土个性化破坏钢筋表面的钝化膜所致，而海洋环境下主要是由于氯离子渗透所引起，从而引起钢筋锈蚀，削减其有效断面，并引起膨胀，破坏混凝土保护层，形成恶性循环，加速结构的破坏，由此可见，对受海水冲刷的混凝土配合比设计必须从抗氯离子渗透性考虑。

2.2 高性能混凝土配合比原材料选择及技术性质

1 )砂。采用洁净中砂，该砂经做“碱—集料反应”试验，对结构物无潜在危害，其他物理力学指标符合JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范要求。2)碎石。采用5 mm～31.5 mm连续级配碎石，经做“碱—集料反应”试验对结构物无潜在危害，其他物理力学指标符合JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范要求。3)水泥。采用安徽海螺集团公司P.O425级水泥，各项试验指标符合国家标准。4)水。采用淡水，水质的各项试验指标符合国家的规定(JGJ 63-89)。5)高效减水剂。6)粉煤灰。

2.3 配合比设计参数选择

1 )试配强度。混凝土强度是最基本的性能特征，39号墩承台设计标号C40，试配强度按下式计算:

按JTJ 04-2000公路桥涵施工技术规范附录F-4，σ取6.0。

试配强度: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强度还重要，是保证浇筑混凝土质量的关键，高性能混凝土拌合物具有高流动性、可泵性，同时还应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性，故39号墩承台在确保可泵性和强度的前提下设计坍落度为150 mm～170 mm。

3 )单位用水量。JGT 55-2000混凝土配合比设计规程规定，碎石最大粒径31.5mm，坍落度90 mm，用水量为205 kg/m3，每增加20 mm坍落度则增加5 kg水，设计坍落度为150 mm～170 mm，取低值150 mm，故应增加用水量15 kg/m3。205+15=220 kg/m3。但经做试验，掺入FDN-4高效减水剂可减水22%，单位用水量为171.61 kg/m3。

4 )水灰比。JTJ 275-2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范规定海水环境中混凝土的水灰比最大允许值浪溅区为0.50。这里根据JGT 55-2000混凝土配合比设计规程，按P12以上考虑，水灰比取0.390(基准)和0.403，0.377三组。

5 )砂率。砂率影响混凝土性能。高性能混凝土中的粗骨料用量比中低强度等级混凝土中略多一些，当水胶比不同时，高性能混凝土中的最优砂率也有所不同。高性能混凝土的砂率是根据胶凝材料总用量，粗细集料的颗粒级配及泵送要求等因素决定的。

根据JGT 55-2000混凝土配合比设计规程的规定和综合粗细集料颗粒级配计算，选择砂率为39%。

6 )粉煤灰超量取代系数。掺粉煤灰高性能混凝土的配合比是在相同水胶比的基准混凝土配合的基础上，按照超量取代法的原则进行(超量取代法目的是确保混凝土强度)。39号承台混凝土掺入二级粉煤灰，根据JTJ 275-2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范的规定，超量取代系数取1.4。

7 )高效减水剂掺量。混凝土中掺入高效减水剂可减水22%，使混凝土水胶比降低，能阻止混凝土坍落度损失，同时获得良好的流动性。按照高效减水剂说明书规定和试验，高效减水剂掺量为水泥重量的0.8%。

8 )水胶比。低水胶比是高性能混凝土配制特点之一，为达到混凝土的低渗透性，以保证其耐久性，无论设计强度多少，高性能混凝土水胶比一般不能大于0.40。本配合比选择水胶比参数为0.365，符合不大于0.40要求。

2.4 配合比组分

1 )基准配合比(按绝对体积法计算)见表1。

2 )掺粉煤灰配合比见表2。

表1 基准配合比(按绝对体积法计算)

表2 掺粉煤灰配合比

2.5 试配情况

1 )未掺粉煤灰配合比试配(综合)情况见表3。

2 )掺粉煤灰配合比试配(综合)情况见表4。

表3 未掺粉煤灰配合比试配(综合)情况

表4 掺粉煤灰配合比试配(综合)情况

2.6 抗氯离子渗透试验

2.6.1 试验方案

空白组(配合比编号A01，A02，A03)，每组配合比制取两组试件。掺粉煤灰组(配合比编号A1，A2，A3)，每组配合比制取两组试件。

2.6.2 试验结果的计算分析

1 )以下为Tang Luping(RCM方法发明人)提出的氯离子扩散系数标准。D＜2×10－12m3/s，抗氯离子渗透性能非常好。D＜8×10－12m3/s，抗氯离子渗透性能较好。D＜16×10－12m3/s，抗氯离子渗透性能一般。D＞16×10－12m3/s，不适用于严酷环境。

2 )采用的计算公式。

其中，DNSSM为非稳态下的迁移系数，×10－12m3/s;U为试验中用的电压，V;T为试验过程的平均温度，℃;L为试件的厚度，mm;XD为渗透深度的平均值，mm;t为通电时间，h。

从试验结果的计算分析可以得知，无论是空白组还是掺粉煤灰组，氯离子扩散系数均在D＜2×10－12m3/s～8×10－12m3/s之间，故抗氯离子渗透性能较好，符合高性能混凝土要求。

2.7 施工配合比选择

因承台体积大，在选择施工配合比时既要考虑施工和易性和浇筑程序等，又要考虑混凝土发热升温速度，故对未掺粉煤灰配合比不予考虑。最终确定施工配合比，该配合比7 d抗压强度达设计标号的103.7%，28 d抗压强度达设计标号的127.7%、达试配强度的102.4%;而A1配合比28 d抗压强度达试配强度的96.7%，不符合规范要求;A3配合比28 d抗压强度达试配强度的105.2%，为施工成本考虑，该配合比不可取。