威海市公路管理局直属分局 山东威海 264200
摘要：高性能混凝土是近年来混凝土材料发展的一个重要方向，海工高性能混凝土具有很强的抗氯离子渗透能力和耐冻性，而其在跨海大桥工程中的应用目前还处于起步阶段，本文以长会口大桥工程为背景，详细阐述了高性能海工混凝土特点、配合比设计及在长会口大桥应用中的施工技术。
关键词：长会口大桥；高性能海工混凝土；配合比设计；施工技术
引言
目前已建沿海桥梁工程中，很多桥梁结构的破坏其主要原因来自混凝土病害，因此提高混凝土的耐久性成为延长沿海桥梁结构使用寿命的关键。海工高性能混凝土是在普通混凝土的基础上进行配比优化而成，在海洋环境中具有高耐久性、高稳定性以及良好的工作性能，但目前在跨海大桥中的应用还处于初步阶段，
东海大桥与杭州湾大桥在海工高性能混凝土的设计、施工方面积累了一些经验，但与两者不同的是威海长会口大桥钢筋混凝土除受海水中各种离子较强的腐蚀作用外，还受到北方寒冷气候、含盐海风等地区气候的综合作用影响，要求混凝土具有极高的抗渗、抗冻和耐久性。因此，长会口大桥在借鉴东海及杭州湾大桥海工高性能混凝土的设计、施工技术基础上结合本工程实际，将海工高性能混凝土成功地应用于工程实践中。
1.工程概况
威海长会口大桥主桥为跨径组合为117+230+117m的三跨预应力混凝土双塔双索面竖琴式斜拉桥。主梁为双边主梁肋板式预应力混凝土结构，主梁全宽约20.1m，边肋高度2.0m，主梁全高为2.2m，桥面板厚度为32cm，除索塔区0号梁段、14号边跨合拢段、15号中跨合拢段为非标准梁段外，每个悬臂侧各有13个标准梁段，其标准梁段长度为8.0m。索塔桥塔呈H型，总高度为106.4m，桥面以上塔高75m。桥塔基础为15根直径2.8m的群桩基础。索塔位置处塔、梁、墩采用全固结体系。
长会口大桥主体工程桩基础、承台、墩柱、主塔、主梁、T梁均使用海工混凝土，设计方量大，高性能海工混凝土共计约11万。
2.海工高性能混凝土的特点
2.1高强度
在混凝土材料、施工工艺及养护条件相同、当普通混凝土的水灰比与高性能海工混凝土的水胶比相等时，海工混凝土的28d的标准强度高于普通混凝土，这是因为：一方面海工混凝土掺加优质掺合料，填充混凝土水化后产生的多余孔隙，使混凝土结构变得更加密实，另一方面海工混凝土掺加了超高效减水剂，使配合比设计中的水胶比大大减小，使海工混凝土具有较高的强度。
2.2耐久性好
海工混凝土耐久性指标是根据不同海洋环境和海域气候条件来决定的，但无论在何种海洋环境下设计和建造桥梁，海工混凝土氯离子的渗透性都会有严格的要求，桥梁工程各部位海工混凝土都以不同的氯离子渗透指标来控制，以满足在不同海洋环境下桥梁各部位混凝土的耐久性要求，海洋环境不同，氯离子渗透指标的要求也不同；另外，对于处于寒冷沿海的长会口大桥，抗冻性指标也是海工混凝土的一个重要耐久性设计指标。
3.海工高性能混凝土对原材料的选用
3.1 原材料的要求
（1）选用标准稠度低、强度等级不低于 42.5 的中热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，不采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。
（2）细骨料选用级配良好、细度模数在 2.6~3.2 的中粗砂。
（3）粗骨料选用质地坚硬、级配良好、针片状少、空隙率小的碎石，其母材岩石的抗压强度宜大于100MPa，或碎石压碎指标不大于10%，母材岩石的单轴抗压强度在原材料进场前进行检验。
（4）减水剂选用与水泥匹配的坍落度损失小的高效减水剂，其减水率不小于20%。
3.2 长会口大桥高性能混凝土原材料的选用
长会口大桥海工高性能混凝土所用原材料均相同，其品种、规格、来源如下：
水泥：烟台“三菱”牌P.O水泥；
细集料：小观河砂；
粗集料：岚村碎石厂产；
水：洁净水；
粉煤灰：山东省威海市华能热电厂产I级粉煤灰；
外加剂：山东华伟NOF-1C高效减水剂。
4.海工高性能混凝土试验
4.1海工混凝土抗氯离子试验
（1）使用的主要仪器设备
STWJ-60卧式搅拌机、1 m2振动台、STYE-2000型压力试验机、STLZ-2型氯离子渗透仪等
（2）试验方法
混凝土强度试验试件采用标准试件，标准养护方法，在规定的时间内，测定海工混凝土的抗压强度。海工混凝土抗氯离子试验采用ASTMC 1202混凝土直流电量法，试验仪器采用清华大学改进的ASTMC1202电量法测试仪，通过量测混凝土试件在30V直流电压下通电6h通过的电量，以评价混凝土的渗透性，试件采用标准试件，用取芯薪机，切割成规定直径的圆柱体，然后进行氯离子渗透试验。海工混凝土的抗裂试验采用传统的平板试验，观察规定龄期约束混凝土板块的开裂情况。
4.2 抗冻融试验
（1）试件及使用设备
高性能混凝土试件尺寸类型：150mmxl50mmxl50mm标准立方体试件、100mmxl00mmx400mm、150mmxl50mmx300mm棱柱体，分别用来确定混凝土强度等级和棱柱体强度、质量损失和相对动弹模。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所用设备为混凝土快速冻融试验机，该设备的最低温度为一22℃，最高温度为20℃
（2）试验方法
本冻融试验方法是按照GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性试验法》2中抗冻性能试验的“快冻法”进行的，试件养护24d后，取之浸泡在温度为l5～20℃水中，浸泡时水面与试件顶面高差为20 mm。每次冻融循环应在2~4 h内完成，试件中心温度应分别控制在（一17+20）℃和（8+20）℃。用于测定相对动弹模值和质量损失的试件，尺寸为100mmx100mmx400mm。
5.海工高性能混凝土的在长会口大桥中的施工应用
（1）对于高度不超过15m的墩柱，混凝土一次性浇注完毕；高度超过15m的墩柱，混凝土分2次浇注，首次浇注高度为墩柱高度的一半，然后接长钢筋和模板，凿毛并清理顶端砼，浇注剩余部分混凝土。为了避免因混凝土下落的自由高度太高，使得混凝土拌合料发生离析，在浇筑的过程中根据浇注高度调整料管高度，尽可能减少混凝土的浇注高度，保证混凝土的浇注质量。浇注墩身最底部混凝土时，混凝土坍落度一般控制在设计值的上限。因为在底部混凝土浇筑时，无法清楚地观察到混凝土的振捣情况，相应增加混凝土自身的流动性来弥补这一施工上的一些不利因素。为了墩柱根部角落砂浆能填充到位，墩柱混凝土浇注前，预先在墩柱根部边角处浇注一层水泥砂浆，水泥砂浆配比按照C40海工混凝土配比中相应的比例掺拌，保证墩柱根部边角混凝土砂浆充足，避免少浆造成蜂窝麻面现象。
（2）首节塔柱混凝土时采用吊斗进行布料，吊斗下设置串筒，使混凝土下落的自由高度不超过2米。待塔吊拼装完成后，混凝土的浇筑改用泵送，由混凝土拖泵接软管进行布料。
（3）主梁混凝土采用泵送，对称浇筑两悬臂段，入模混凝土的不平衡量，按设计要求应不大于5t。混凝土采取水平分层浇筑，分层厚度30cm，上下层混凝土的浇筑间隔时间不可大于混凝土的初凝时间。主梁混凝土的初凝时间设置为16小时。
（4）混凝土浇筑时，应分层浇筑，每层浇筑厚度不应超过30cm，混凝土的振捣采用插入式振捣器，振捣时应快插慢拔，要垂直插入混凝土中，应插入下层混凝土5－10cm，严禁用振捣棒拖拽混凝土，振捣棒移动的间距不得超过有效振动半径的1.5倍，以混凝土面不再下沉，不冒气泡，表面呈现平坦、泛浆做为振捣密实的标准；同时，不可在一个部位长时间振捣，致使混凝土过振离析，产生砂线。
6.海工高性能混凝土的施工控制
严格对海工混凝土进行综合控制是保证其施工质量的关键，在长会口大桥的施工中采取了以下措施：
（1）原材料控制
试验室加强对原材料的检测力度，提高了原材料的抽检频率，按照大桥规范要求严格控制材料的技术指标，对原材料中的Cl- 含量做出严格的限制。防止构造物被Cl-污染；对新进混凝土外加剂进行强度校核。根据不同季节，对各类原材料的管理也作了严格要求，按照夏季和冬季的温控措施，对集料和拌和水作降温和保温处理。
（2）搅拌和浇注控制
对混凝土的拌和管理主要主要是检查混凝土搅拌系统和输送系统是否正常，检查计量系统是否准确，观察输送混凝土压力是否稳定，观察混凝土拌和是否均匀，观察集料的包裹和工作性能。
海工混凝土搅拌时间也应该受到控制，搅拌时间对混凝土的和易性有影响，特别是对含气量影响很大，一般海工高性能混凝土较普通混凝土拌制延长约40s，各部位海工混凝土在浇注过程中，应根据实际情况，选择合理的搅拌时间，通过观察和试验，把混凝土含气量控制在合理范围，这样既有利于混凝土的泵送和振捣，又有利于其耐久性能。混凝土浇注过程中采用薄层连续浇捣，每层厚度不超过30cm。及时排出泌水，采用强力振捣。
（3）裂缝的控制
对海工高性能混凝土进行有效的裂缝控制是实现其耐久性的方法之一，由于海工高性能混凝土精细化施工要求高，在不符合要求的条件下，更容易开裂。而且海工高性能混凝土对裂缝自身的要求较普通混凝土更严，另外因该桥所处海况条件复杂，钢筋混凝土不仅受海水的腐蚀，还受到北方寒冷气候、含盐海风等地区气候的综合作用影响，冬季低温天气持续较长，混凝土更容易产生裂缝。为防此，长会口大桥技术人员主要从以下两方面进行控制：
①合理选材与优化配合比
配合比设计中在充分发挥粉煤灰作用的同时掺入矿粉，必要时掺入硅粉以提高混凝土的密实度，降低混凝土的水化热，减少收缩。
另外，抗冻融设计也是该桥海工混凝土配合比优化中的重要一环。大桥工程技术人员经过反复试验，通过加入适量引气剂来满足海工混凝土的抗冻要求。
引气剂是一种具有憎水作用的表面活性物质，它可以降低混凝土拌和水的表面张力。对掺加了适量引气剂的混凝土，在混凝土拌和时引入了一部分空气。当混凝土表面孔隙水受冻结冰时，产生膨胀压力，相邻孔隙未受冻，水可以通过毛细管道移动进入孔隙中，避免由于水结冰产生的膨胀压力作用而引发冻融破坏，使混凝土具备了一定的抗冻性。引气剂的品种和掺量直接影响到混凝土中的含气量从而影响到混凝土的质量，从提高混凝土抗冻性及保持应有的混凝土强度出发，严格控制引气剂的掺量并保证混凝土中的含气量在4.2-5.5%范围内为宜。
②合理养生
海工混凝土在设计中掺入了大量的掺合料，水化速度比较慢，且后期水化需要一些水来完成发应。在混凝土浇筑后，应对海工混凝土实施长期有效的保湿保温措施。
养生的整体原则是保温保湿。保湿养生分为早期养生与后期养生两个阶段。凝土浇注完成至混凝土终凝此阶段为早期养生，此阶段极容易由于前期失水产生干缩裂缝；针对这个问题采用喷雾器向混凝土表面喷雾进行保湿养生。如发现混凝土表面出现收缩裂缝，用抹子将其拍打闭合。混凝土终凝后立即盖上湿土工布，在湿土工布上盖塑料布保湿养生。
当内外温差、降温速率、截面温度梯度过大时可能导致温度裂缝，因此冬季施工时，主梁混凝土养生方法是在顶面覆盖棉被，形成保温棚。在棚内设置6台钨灯，提高棚内温度。点钨灯的同时，及时对桥面进行洒水养生，养生用水采用15℃左右的温水。在对混凝土进行养生的同时埋设温度传感器监测温度。
7.结语
海工高性能混凝土在长会口大桥中的成功应用为寒冷地区沿海桥梁工程的建设提供了一些经验，特别是海工高性能混凝土的抗冻性设计、低温施工中的控制等。海工高性能混凝土因其良好的抗氯离子渗透能力、抗冻性及工作性能将在沿海桥梁的建设中得到更广泛的应用，并随着其应用技术的逐渐成熟，将取得更多的技术经济效益。
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论文作者:张国强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/23
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