外砂河大桥海工混凝土配合比设计及应用

王联星，王东生 中交三航局厦门分公司，福建 厦门 361006

1 工程概况

汕头东海岸新城外砂河大桥是横跨外砂河的一座跨海特大桥，桥面宽度42m，总长2160 米，包括主桥、引桥和互通立交三部分。桥梁所处为外砂河入海口，地形地质情况复杂，环境腐蚀情况严重，对混凝土的耐久性能提出了较高要求。全桥高性能混凝土、高耐久性要求预应力混凝土共超12 万方，混凝土的施工质量控制是工程质量控制的重点之一。

2 主要技术指标和要求

2.1 混凝土强度和耐久性指标和要求

外砂河大桥结构设计基准期为100 年，桥梁整体处于非常恶劣的海工环境，对主体结构的混凝土耐久性能也有极高要求。全桥高性能混凝土、高耐久性要求预应力混凝土的强度等级、耐久性要求的主要技术指标见表1。

表1 主要构件的混凝土强度等级及耐久性要求

2.2 混凝土原材料的质量要求

混凝土原材料需符合国家现行技术规范的要求，对于高性能混凝土、高耐久性要求预应力混凝土，其原材料尚需符合现行公路和水运行业有关高性能混凝土、耐腐蚀混凝土方面规范的要求。

3 混凝土原材料选择和配合比设计

3.1 混凝土设计思路

本工程混凝土的特点是耐久性指标要求高，配合比设计的关键问题是在保证施工性能和强度的基础上提高混凝土的耐久性。针对表1所列的桥梁重要构件混凝土，我们将其分为海工高性能混凝土和高耐久性要求预应力混凝土，并根据其各自的特点，采取两种设计思路。

参考东海大桥、杭州湾跨海大桥配合比设计的经验［1、2］，我们配置海工高性能混凝土的措施有:(1)优选材，保证混凝土各种原材料的质量;(2)低水胶比，减少混凝土内部毛细孔隙通道;(3)大掺量矿物掺合料，充分利用掺合料对混凝土的各种有益效应。

高耐久性要求预应力混凝土，因本工程的工期原因，浇筑后需要尽快张拉，对混凝土早期弹模和强度有极高的要求，大掺量的矿物掺合料对其并不适合。因此，我们采取优选原材、低用水量、低水胶比、适当双掺矿物掺合料的措施来保证其各项性能。

3.2 优选原材

原材料的选择参考了南澳大桥施工用材料，并考虑了工程所在地地质的特殊情况，尤其对碎石选材进行了充分调查试验。

(1)水泥:选择了2 个品牌的P.Ⅱ42.5 水泥和1 个品牌的P.Ⅱ42.5R 水泥共三种水泥进行试验，在已选定其它材料情况下，选择混凝土方量最大的C35 高性能和C50 预应力混凝土基准配合比分别试拌，经和易性比对，最后选择了表现最佳的塔牌P.Ⅱ42.5 水泥。

(2)粉煤灰:选择厦门益材粉煤灰有限责任公司生产的Ⅰ级F 类粉煤灰，各项指标均满足要求。

(3)矿粉:采用广东国鑫实业股份有限公司生产的国鑫牌S95 级矿粉，密度2.86g/cm3，比表面积460m2/kg，28 天活性指数99%。

(4)高性能减水剂:选择中交二航武汉港湾新材料有限公司生产的高性能减水剂，减水率29%，含气量3.0%。为充分保证施工过程中的混凝土耐久性，参考铁路现行规范，特别要求施工过程中供应的减水剂含气量要满足现行铁路标准的要求，即≤3.0%。

(5)碎石:经过对汕头及其周边石料矿场的走访调查并选材试验，最终选择了各项技术指标均能同时满足高性能、高强度、预应力等各类混凝土要求的潮州凤山反击破5～20mm 连续级配碎石。

(6)砂:韩江中砂，细度模数2.76。

(7)阻锈剂:复合氨基醇钢筋阻锈剂，含固量30%。

3.3 矿物掺合料掺量的选择

配合比设计过程充分考虑了混凝土耐久性的要求、早期弹模要求、施工性能要求，并通过使用不同的掺合料掺量组合进行试验对比，最后选定了各混凝土构件采用的不同的矿物掺合料掺量组合。如水下钻孔桩C35 高性能混凝土，因其大流动性、高可泵性、自密实性等特点，经过反复室内和易性、室内自密实容重测试，最终选择了单掺40%粉煤灰;又如箱梁C50 和C55 预应力混凝土，因其早期强度和早期弹模的高要求，在试验比选的基础上选择了10%粉煤灰、15%矿粉的双掺组合。

3.4 配合比设计及优化

在根据经验确定的基准配合比的基础上进行大量的试验，先后确定了各构件配合比的减水剂掺量、砂率和掺合料掺量，然后在强度、耐久性试验结果基础上选择了合适的水胶比，并由此确定了试验室最佳配合比。然后通过施工现场对这些试验室最佳配合比的大料试拌试泵反馈的信息，对配合比进行了优化。优化后的配合比见表2，混凝土的各项性能数据见表3。

表2 经优化后的混凝土配合比数据

表3 配合比各项性能试验结果

4 配合比在工程中的应用情况和施工质量控制措施

4.1 配合比应用情况

从配合比设计完成至2015 年5 月初外砂河大桥全线贯通，全桥共完成桩基484 根，承台120 个，墩柱318 根，预制箱梁492 榀，现浇箱梁13 联，主桥挂篮悬浇箱梁96 个节段，共浇筑海工高性能混凝土和高耐久性预应力混凝土12 万余方。

4.1.1 桩基C35 海工高性能

从工程484 根灌注桩的浇筑情况来看，该配合比施工性能非常好，保证了灌注桩浇灌的连续性，不堵管、浮浆少。通过对硬化混凝土的力学性能、耐久性能检测，所浇筑的混凝土各项指标均能达到设计要求。

4.1.2 承台、墩柱等C35～C45 海工高性能混凝土

桥梁下部结构重要构件因其所处浪溅区环境的高腐蚀性，均采用了海工高性能砼，施工采用泵送施工。为同时满足高流动性要求和高耐久性要求，配合比设计采用了矿物掺合料双掺，总掺量达到55%(C45 高性能砼优化后为50%)。在整个施工工程中，混凝土的各项工作性能均能满足施工要求，构件拆模后的整体外观表现良好，硬化混凝土的各项检测指标均能满足设计要求。

4.1.3 箱梁C50 及主墩C55 高耐久性要求预应力混凝土

高耐久性要求的高强度预应力混凝土施工是本工程的一个难点，特别是主墩0#块C55 预应力混凝土单次浇筑2369m3，混凝土施工需同时考虑混凝土的高早期弹模和强度要求、高耐久性要求、高流动性要求，同时要严防裂缝的产生。配合比设计过程中，混凝土配合比进行反复优化，确定的配合比的水胶比分别低至0.28(C50)、0.26(C55)。实际施工时，在多种温控、防裂措施的配合下，不仅出色的完成预制箱梁的施工，更在主墩0#块箱梁上创造了一次性成功浇筑2369 方C55 高标号预应力砼的国内记录。施工后的混凝土抗压、弹模、耐久性等指标检测的结果，均能满足设计和规范要求。

4.2 混凝土施工过程的质量控制措施

高强、高耐久性要求的混凝土施工质量控制，需要在原材、施工配合比、入模温度、浇筑质量、工后养护等施工全过程上把好每一道关口。外砂河大桥的混凝土施工过程中，在施工各阶段，均采取了充分的质量控制措施，保证了混凝土的整体质量。

4.2.1 严把原材料质量关

(1)在选材阶段，坚持按优择取、保障供应的原则，对于不符合工程质量要求的材料，坚决不予选用。如在碎石的选材上，在多次选材试验的基础上，选择了成本较高但能满足要求的潮州凤山反击破碎石。

(2)在过程控制阶段，坚持疑料不用、不合格材料解决退场的原则，并加强进场抽检工作。对原材料(特别是砂石和外加剂)加强备料工作，以给材料进场检测留足时间。如2014 年5 月前后，韩江砂源紧张，为杜绝不合格砂的流入，项目部暂停了大方量混凝土的施工，直到合格的韩江河砂供应正常后才继续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，采取加强骨料含水率检测、加强搅拌设备称量系统校正等措施，确保按配合比施工。同时，针对搅拌时间制定专门要求，确保混凝土拌合物的均匀性。

4.2.3 浇筑过程控制和工后养护

(1)做好大体积和高强度混凝土的入模温度控制。控制入模温度，可以降低混凝土早期水化热，控制混凝土的早期温升，避免混凝土出现假凝、开裂。特别是在大体积0#块的施工中，成功运用液氮降温技术，确保了0#块的整体工程质量。

(2)坚持合理的振捣施工。通过技术交底，确保施工振捣到位，避免漏振、过振。

(3)加强养护。严格执行保温保湿措施，防止混凝土开裂、碳化。

5 小结

桥梁高耐久性要求的混凝土施工，关键是做好配合比设计和优化工作，采用经试验优化的配合比，通过在原材、拌合、浇筑、养护等施工全过程中进行系统的质量控制，并辅以必要的温控、防裂措施，才能确保混凝土整体的工程质量。通过积累外砂河大桥各等级高耐久性要求混凝土的配合比设计经验和施工实践经验，提高了我们对高耐久性混凝土配合比设计工作的认识。

(1)对于海工高性能混凝土，可以通过低水胶比、大掺量矿物掺合料来实现。矿物掺合料种类及掺量，参考类似工程经验的同时还需要通过试验确定。

(2)对于高耐久性要求、高早期强度要求预应力混凝土，在适当控制掺合料的总掺量、确保早期强度和早期弹模的前提下，尽可能采用更多品种的掺合料，充分利用掺合料对混凝土的各种有益效应，同时采用低用水量、低水胶比，辅以温控、防裂的施工措施，确保混凝土的整体质量。

［1］皇甫熹，徐强，俞海勇，王琼.《高性能海工混凝土在东海大桥工程中的应用》.世界桥梁，2004 年增刊:28-31.

［2］王冬松.《杭州湾跨海大桥高性能海工混凝土配合比设计》.公路，2009，(7):299-303.