蔡玲 黄祥

(广东省长大公路工程有限公司第二分公司，广东广州 511430)

港珠澳大桥预制承台耐久性研究

蔡玲 黄祥

(广东省长大公路工程有限公司第二分公司，广东广州 511430)

通过矿粉和粉煤灰超量取代部分水泥进行密实骨架堆积配合比设计，实现混凝土最密实结构，结果表明：在矿粉和粉煤灰超量取代58%水泥情况下，配制混凝土不仅满足混凝土强度等级设计要求，而且具有优异的耐久性能。

大体积混凝土，耐久性，配合比设计

0 引言

港珠澳大桥预制承台为六边形，边缘顺桥向宽为12．2 m，中心顺桥向宽为12 m，横桥向16 m，高5 m，混凝土一次浇筑量大，属于典型的海工大体积混凝土。由于混凝土的水化热作用，混凝土浇筑后将经历升温期、降温期和稳定期三个阶段，在这个过程中混凝土的体积在温度变化影响下亦随之伸缩，若各块混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力将导致混凝土开裂;同时承台结构又处在恶劣海洋环境中，对抗Cl－渗透性，硫酸盐侵蚀等有较高的要求，故在配合比设计时既要考虑降低水化热又要保持其高耐久性能。本文通过双掺粉煤灰和矿粉超量取代部分水泥，且运用密实骨架堆积理论进行配合比设计，研究预制承台配合比的耐久性能。

1 原材料及配合比设计

水泥采用中材亨达P．Ⅱ42．5硅酸盐水泥，密度为3．13 kg/L;粉煤灰采用江苏谏壁Ⅰ级粉煤灰，密度为2．28 kg/L;矿粉采用唐山盾石建材S95级矿粉，密度为2．92 kg/L;砂采用北江砂，表观密度为2．64 kg/L，无潜在碱活性;碎石采用新会大泽5 mm～25 mm两级配混合碎石，表观密度为2．67 kg/L;减水剂采用山东华伟银凯聚羧酸系高性能减水剂，减水率为27%。

考虑到若水泥用量较大，混凝土的水化温升则较高，对大体积混凝土温度控制不利。试验室采用粉煤灰和矿粉超量取代部分水泥，运用密实骨架堆积法［1］进行混凝土配合比设计，得到C45预制承台大体积混凝土配合比，如表1所示。

表1 承台C45混凝土配合比

用密实骨架设计配合比，是通过寻求混凝土中的粗细骨料的最大密度来寻找最小空隙率，再通过寻求掺合料和粗细骨料的最大密度，计算出最紧密堆积时粗细骨料、掺合料的最佳比例。密实骨架堆积设计法不仅可以优化集料的组成级配，而且显著提高了混凝土材料的结构致密性，在保证混凝土具有良好工作性的条件下，最大限度的降低胶凝材料的用量进而提高混凝土的力学性能和经济性能。由表1可以看出以上两组混凝土的工作性能和力学性能均能满足C45混凝土的设计强度和施工要求，为了节约成本和便于施工，拟采用配合比A1进行耐久性研究。

2 混凝土耐久性能测试

混凝土的耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下保持其工作能力的性能。高性能混凝土与普通混凝土相比，其水灰比低、密实度高、强度较高、体积稳定性好，具有很好的耐久性，这也是高性能混凝土得以在工程中大量应用的最重要原因，下面就C45预制承台抗开裂性、抗渗透性和抗硫酸盐侵蚀性等进行研究。

2．1 抗裂性能研究

我国最新的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》［2］中推荐笠井芳夫提出的混凝土(砂浆)早期抗裂性测试方法，其试件尺寸为600 mm×600 mm×63 mm，抗裂性指标计算公式为：

裂缝的平均裂开面积：

其中，Wi为第i根裂缝的最大宽度，mm;Li为第i根裂缝的长度，mm;N为总裂缝数目，根;A为平板的面积，取0．36 m2。

试件早期的开裂敏感性评价准则如下：

1)仅有非常细的裂纹;

2)裂缝平均开裂面积小于10 mm2;

3)单位面积开裂裂缝数目小于10根/m2;

4)单位面积上的总裂开面积小于100 mm2/m2。

按照上述四个准则，将开裂敏感性划分为五个等级：

Ⅰ级——全部满足上述4个条件;

Ⅱ级——满足上述4个条件中的3个;

Ⅲ级——满足上述4个条件中的2个;Ⅳ级——满足上述4个条件中的1个;Ⅴ级——一个也不满足。

表2 混凝土早期平板开裂测试结果

由表2可以看出该设计配合比的抗开裂等级达到Ⅱ级，抗开裂性能良好。文献［3］指出，粉煤灰与矿渣复掺能提高混凝土的开裂能力，且粉煤灰与矿渣等比例复掺时开裂性能最佳，原因是当粉煤灰和矿渣复掺比例为1∶1时，其水分蒸发量相对较小，而早期混凝土收缩主要是由自身的水化引起的体积收缩和水分蒸发所产生的体积收缩，水分蒸发量越小，其收缩相对也越小。

2．2 抗渗性能研究

中华人民共和国交通行业标准JTGE 30-2005公路工程水泥与水泥混凝土试验规程通过给受检混凝土试件施加水压的方法，使水在混凝土中迁移，根据水在不同混凝土中的迁移差别来描述混凝土的抗渗性能;快速Cl－渗透试验方法，即ASTMC1202-97广泛用于美国及西方国家，在受检混凝土试件两端施加电压，通过计算氯离子扩散系数来定量判定混凝土的抗渗透性能。从相关文献中查阅，两种方法都可用于评价混凝土的抗渗透性，但对高性能混凝土抗渗透性的测试方法存在不同的认识，本文分别采用上述两种试验方法进行测试来分析对比。

1)水压力试验。

按国标对不同强度等级的三组配比进行抗渗透性能试验，采用上底为φ175 mm，下底为φ185 mm，高为φ150 mm的标准试件，标准养护28 d后进行抗渗试验，试验水压从0．1 MPa开始，每间隔8 h增加水压0．1 MPa，当6个试件中有3个试件表面出现渗水时，即可停止试验，记录此时的水压力。混凝土的抗渗等级由未渗水的4个试件的最大水压力表示。

其中，P为抗渗等级;H为6个试件中3个试件表面渗水时的水压力。

通过试验所设计C45混凝土抗渗等级高达P20。

2)快速氯离子渗透试验。

本实验采用RCM法测定混凝土中Cl－非稳态快速迁移的扩散系数，定量评价混凝土抗Cl－的扩散能力。室内试验用150 mm× 150 mm×150 mm试模制作试件，制作完毕后用塑料薄膜覆盖并移至标准养护室，24 h后拆模并浸入标养室的水池中，试验龄期前7 d加工成标准试件(φ100±1 mm，h=(50±2)mm)浸没于养护室水池中至试验龄期，养护结束后饱水24 h然后进行快速氯离子渗透性试验，试验结果见表3，从表3中可以看出，28 d Cl－扩散系数为5．5 ×10－12m2/s，56 d Cl－扩散系数为3．9 ×10－12m2/s，满足《港珠澳大桥主体工程混凝土结构耐久性设计指南与质量控制技术规程》中混凝土结构耐久性质量控制指标值。

表3 Cl-扩散系数试验结果

2．3 抗硫酸盐侵蚀

本试验采用GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法，将100 mm×100 mm×100 mm成型试件放入标准养护室中养护至28 d龄期的前2 d，然后在(80±5)℃下烘干48 h，再将试件分别置于5%硫酸盐溶液中进行干湿循环，同时将对比试件仍置于标准养护室中，在90次干湿循环后将侵蚀试件和标准试件同时进行试压，检测其抗压强度，结果见表4。

表4 混凝土抗硫酸盐侵蚀试验

试验结果表明，双掺粉煤灰和矿粉提高混凝土的抗侵蚀性能，在干湿交替循环90次后混凝土抗蚀系数仍高达98%以上，原因是粉煤灰和矿粉掺入细化混凝土内部孔结构，矿合物本身不仅可以填充内部孔隙，其二次水化生产胶凝产物也进一步密实混凝土结构。另外，当粉煤灰或矿粉与氢氧化钙发生二次化学反应后，消耗掉混凝土结构中大量氢氧化钙，而氢氧化钙是混凝土中易受侵蚀组分，因此混凝土抗硫酸侵蚀性能得到极大提高。

3 结语

1)采用密实骨架堆积法进行混凝土配合比设计，最大限度的降低胶凝材料的用量，减少水化放热温升，极大提高混凝土的力学性能和经济性能。

2)当粉煤灰和矿渣等比例复掺时，设计预制承台混凝土抗开裂等级达到Ⅱ级，有效减少施工中有害裂缝产生。

3)设计预制承台混凝土耐久性良好，抗渗等级高达P20，56 d Cl－扩散系数为3．9×10－12m2/s，经过90次干湿循环后抗蚀性仍高达98%以上。

［1］丁庆军，黄修林，王红喜，等．采用密实骨架堆积法设计高超量Ⅱ级粉煤灰高性能混凝土［J］．混凝土，2007(8)：7-10．

［2］CCES 01-2004，混凝土结构耐久性设计与施工指南［S］．

［3］王雪芳，郑建岚，晁鹏飞．矿物掺合料对混凝土早期抗裂性 能的影响［J］．中国矿业大学学报，2007(11)：768-772．

Research on the durability of precast pile cap of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

CAI LingHUANG Xiang

(The Second Branch of Guangdong Province Changda Highway Engineering Limited Company，Guangzhou 511430，China)

In order to achieve the most dense concrete structure，the cement is excessively replaced by mineral power and fly ash to the method of dense mixture ratio design of concrete，the results show that in the case of 58%cement is replaced by mineral power and fly ash，the design concrete not only meets the design requirements，but also has excellent durability．

mass concrete，durability，mixture ratio design

U445．57

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.055

1009-6825(2013)10-0157-03

2013-01-13

蔡 玲(1970-)，女，工程师; 黄 祥(1984-)，男，工程师