厦门新阳大桥耐久性混凝土配合比设计与生产

厦门新阳大桥耐久性混凝土配合比设计与生产

周东奎

(厦门华岳混凝土工程开发有限公司，厦门 361026)

摘要：该文以厦门新阳大桥马銮湾海堤开口改造为例，阐述了耐久性混凝土的配合比设计与生产工艺，为改善工程质量提高混凝土耐久性、抗腐蚀性提供了参考。

关键词：耐久性混凝土；配合比设计；生产

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.006

Abstract:Taking Maluan Bay Seawall Opening in Xiamen New Yang Bridge as an example，this article introduced mix proportion design and production of durable concrete，and gave some advice for improving engineering quality and concrete durability.

收稿日期：2015-05-26.

作者简介：周东奎(1971-)，工程师.E-mail:2850163731@qq.com

Mix Proportion Design and Production of Durable Concrete

in Xiamen New Yang Bridge

ZHOUDong-kui

(Xiamen Huayue Concrete Engineering Development Co,Ltd，Xiamen 361026，China)

Key words:durable concrete；mix proportion design；production

随着我国各项工程建筑的加速发展，对混凝土工程质量要求越来越高，同时对混凝土耐久性提出更高的要求。尤其是铁路桥、跨江桥、交通桥、堤坝、船闸等水下混凝土建筑，经常受到流动水或海水的冲击，海水环境对混凝土结构具有强腐蚀性。这就需要在这类工程建筑中加大对耐久性混凝土的配合比设计与研究，提高工程质量、加强抗腐蚀性，使配制的混凝土达到设计要求，进一步保证结构安全性、耐久性和使用功能满足使用年限。

厦门新阳大桥于1996年12月建成投入使用，大桥位于马銮湾海堤内侧，是连接集美、杏林和海沧三个国家级台商投资区的最重要公路桥梁枢纽，全长3.72 km。马銮湾海堤开口改造工程主要是在新阳大桥桥墩部新建挡潮闸、通航船闸、交通桥工程以及海堤加固改造工程。其改造重点是提高新阳大桥桥墩以及新建工程水下区和水位变动区混凝土耐久性，因为该区域常年受海水高强度地腐蚀和冲击，需要在改造工程中重视水下区及水位变动区的耐久性混凝土配合比设计与生产，以增加混凝土耐久性，提高改造工程质量。

1新阳大桥马銮湾海堤开口改造工程概况

马銮湾海堤开口改造工程位于新阳大桥东侧，主要建设内容包括在海堤中间开口新建净宽216 m的挡潮闸(9孔)、单线双向1孔净宽12 m的通航船闸(该船闸按一次设计，分期实施安排)、海堤加固改造、419.46 m交通桥等。

新建开敞式挡潮闸，挡潮闸采用闸桥合一的形式，共10孔闸室(预留1孔船闸闸室)，其中9孔闸室为挡潮闸，各闸墩均对应于新阳大桥桥墩布置(桥墩间距27.0 m)。交通桥位于桥墩上部，桥面宽15.5 m，采用双箱梁布置形式。闸室总净宽228 m(其中挡潮闸的闸室总净宽为216 m)。挡潮闸闸室底坎顶面高程-5.24 m，闸墩顶高程8.85 m，交通桥车行道中心线顶高程11.24 m。闸室底板混凝土强度等级为C30P8，处于水下区，闸室混凝土分10块进行施工，闸室混凝土平面尺寸为14 m×7 m，局部厚度达3.5 m，属于大体积混凝土。每闸墩身混凝土强度等级为C35P8，分别处于水下区、水位变动区和浪溅区。闸墩墩身平面尺寸为3.5 m×14 m，高度为8.4 m，分三层施工，每层施工高度为2.5～3 m，均采用泵送混凝土施工，混凝土的粗集料最大粒径31.5 mm，混凝土入泵坍落度为(120±30)mm。闸室底板混凝土和闸墩身混凝土均属于大体积混凝土。

2新阳大桥马銮湾海堤口改造工程对混凝土设计要求

2.1　混凝土要具有优良的工作性能

主要是在堤坝、闸室、挡潮闸、交通桥、桥墩施工过程中混凝土具有合适的流动性、可泵性，在正常施工环境和条件下能满足混凝土成型的条件，浇筑后混凝土的构件能保证足够的密实性、均匀性，以便减少振捣带来的公害及能源消耗。

2.2　混凝土要具有高强度性

厦门新阳大桥位于马銮湾海堤内侧，桥墩及马銮湾海改造所涉及的各种闸门闸室、堤坝、大桥桥墩常年受到海水的冲击，必须保证混凝土构件的强度，防止海水常年的冲击而变形，使大桥、闸门、堤坝、闸室都混凝土构件安全稳定。

2.3　混凝土要具有高耐久性

改造工程所涉及的工程项目均是海上工程建筑，任何的一个海上工程维修、工程改造都具有一定的难度和危险度，每一次工程改造和维修都影响着整个建筑物地正常使用。所以，新阳大桥马銮湾海堤改造工程混凝土构件尽量达到预期寿命。

2.4　混凝土要具有抗氯离子渗透性

众所周知，海水的咸的，由于海水中含有大量的氯离子，氯离子渗入混凝土构件中，和二氧化碳极易导致钢筋氧化锈蚀，进而使混凝土表层胀裂，最终使钢筋有效预应力减小、承载力降低，久而久之会引起建筑物结构破环。新阳大桥桥墩及堤坝、闸室、闸门水下区及水位变动区的混凝土常年受海水侵蚀，均处于强腐蚀的环境中，而一般设计使用年限较长，所以，建筑物构件必须抗氯离子侵蚀。

2.5　混凝土要具有防腐蚀性

海上建筑物除了重视抗氯离子渗透性腐蚀外，还要注意大气腐蚀和土壤腐蚀。

大气腐蚀是指由于空气中水分、氧气和腐蚀介质的化学或电化学作用而产生的金属腐蚀现象。太阳光、紫外线、热辐射的影响和空气温度和湿度作用都容易使非金属材料分子发生裂解、分解，引起力学性能分化的现象，进一步引起金属腐蚀，对于新阳大桥的改造工程必须要认真考虑大气腐蚀问题。

土壤腐蚀主要考虑金属的土壤腐蚀，混凝土的土壤腐蚀对桥梁的桩基、桥墩、闸门、闸室的使用寿命都有影响，而一旦侵蚀造成破环，难以直接观测和修补，更要认真对待。

2.6　混凝土要具有抗裂性

混凝土不同程度裂缝是一种常见的现象，由于新阳大桥及相关海上建筑均涉及混凝土构件，在从设计上、施工工艺控制上以及混凝土配比和性能上都提出了较高的要求，以此来避免混凝土出现裂缝问题，增强混凝土的抗裂性。

3耐久性混凝土特性

耐久性混凝土是高性能混凝土的一种，对混凝土的强度性、稳定性、工作性都具有较高的要求，是传统混凝土的重大突破，在提高水下区混凝土强度和抗腐蚀性具有重要意义。

主要特点表现在两个方面：1)耐久性混凝土具有良好的流动性、黏聚性和可浇筑性，低水化热、低干缩率、低温升、高抗渗性和足够的强度。2)耐久性混凝土具有抗裂性、耐蚀性、耐磨性、护筋性、抗冻性、抗氯离子渗透性及抗碱骨料反应等，具有低水胶比。

由于耐久性混凝土的特性，非常适合新阳大桥以及马銮湾海堤开口改造工程的需要，在施工设计及施工工艺中使用耐久性混凝土无疑是恰当的必要的选择。

4新阳大桥耐久性混凝土配合比设计理念

耐久性混凝土设计理念与传统混凝土不同，耐久性混凝土不但在设计中引入了使用年限和环境作用等级的概念，而且对混凝土原材料提出了更严格的要求，耐久性混凝土配合比在设计中要符合“两高三低”原则，即高矿物掺量、高工作性、低用水量、低水胶比、低外加剂掺量。新阳大桥改造设计时要明确所选配合比的设计强度等级、设计使用年限和海水环境作用等级，明确最大水胶比和最小胶凝材料用量。根据实际作用情况，优选各种原材料进行配合比设计。

4.1　水泥选用要求

在水泥选用上不能认为高强度的水泥就一定好，不能以强度作为唯一指标。在海上改造工程中配制混凝土宜采用硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，水泥的混合材料为粉煤灰和矿渣，不宜选用早强水泥。该工程选用海螺P.O 42.5水泥，此水泥品质稳定、水化热低，适合大体积海工混凝土使用。

4.2　细骨料选用要求

细骨料要选用质地均匀坚固、级配合理、吸水率低、空隙率小的天然粗河砂为主，也可以选用人工砂。该工程采用河砂和人工砂搭配使用，细度模数在2.6~2.8之间，含泥量小于1%。

4.3　粗骨料选用要求

细骨料要粒形良好、级配合理、质地均匀坚固、膨胀系数小的碎石，在生产中控制碎石含泥量和泥块含量。此改造工程采用符合设计要求的碎石为粗骨料，配合使用5~16 mm和16~31.5 mm二级级配，松散堆积密度，紧密空隙率，以达到连续级配，不能选用砂岩碎石。

4.4　外加剂选用要求

在混凝土中掺入外加剂，可大幅度减少混凝土单方用水量、新拌混凝土坍落度损失小，并可适量引气，提高混凝土耐久性。此工程外加剂选用聚羧酸盐高效减水剂，减水率可达到30%以上。

4.5　掺合料选择要求

大体积海工混凝土掺合料不宜小于胶凝材料总量20%，可选用粉煤灰和磨细矿渣粉，选用粉煤灰具有胶凝、改密、减水、降低混凝土早期升温、抵抗化学侵蚀、抑制骨料病害、降低氯离子渗透、提高混凝土护筋性等作用。矿渣粉和粉煤灰双掺对于提高混凝土密实性和提高混凝土的耐腐蚀性都有积极的作用。

5新阳大桥耐久性混凝土配合比设计

5.1　混凝土图纸设计达到要求

由于地下水对砼结构具有中等腐蚀性，海水环境水对砼结构具有强腐蚀性，设计图纸要求采用普通硅酸盐水泥。

但需对水下区(底板、消力池、灌注桩)和水位变动区(闸墩、翼墙胸墙和锚锭墙、防护墩墙体)的砼采取以下措施：1)控制最大水灰比，要求水下区最大水灰比为0.50、水位变动区及浪溅区最大水灰比为0.40。2)水泥最小用量：水下区325 kg、水位变动区及浪溅区400 kg(掺加掺合料或外加剂时，应遵循相关规范的有关规定)。3)根据《海港工程混凝土结构防腐技术规范》所测定的抗氯离子渗透性不应大于2 000 C。4)砼抗渗等级采用P8。

5.2　混凝土性能符合要求

闸室底板大体积混凝土选用掺有33%粉煤灰或复合掺20%粉煤灰以及20%矿渣粉、水胶比为0.47的C30混凝土。闸墩墩身选用掺有33%粉煤灰或复合掺20%粉煤灰以及20%矿渣粉、水胶比为0.40的C35混凝土。经28 d抗压强度适中，混凝土抗渗性能可以达到要求。电通量技术指标均小于2000 C，符合图纸设计要求。可泵性能、56 d电通量性能均明显优于普通混凝土或低掺量粉煤灰混凝土的相关性能。

5.3　混凝土配合比控制参数达标

闸室底板混凝土的水胶比为0.47, 胶凝材料总质量为360 kg/m3，粉煤灰或粉煤灰、矿渣粉的掺量可保证混凝土强度，并可优化新拌混凝土可泵性，降低56 d电通量和水化热。闸墩墩身混凝土的水胶比为0.40，胶凝材料总质量为430 kg/m3，粉煤灰、矿渣粉的掺量可保证混凝土强度。

6在耐久性混凝土生产过程中提高耐久性的措施

6.1　增强耐久性混凝土防腐蚀措施

配置使用高密实度的混凝土，优化混凝土配合比，提高混凝土耐腐蚀性。主要通过以下技术措施来提高混凝土耐久性目的：

1)降低水胶比，研究表明水胶比不但对混凝土强度起到至关重要的作用，还对混凝土耐久性起到决定性作用。该工程中对于闸室底板大体积混凝土选用水胶比为0.48，闸墩大体积混凝土水胶比选用0.40。以混凝土耐久性指标来确定混凝土水胶比。

2)双掺粉煤灰和磨细矿渣粉，粉煤灰和矿渣粉能改善混凝土拌合物性能，提高混凝土可泵性，并使硬化混凝土密实度提高。由于粉煤灰和磨细矿渣粉的二次水化，使得混凝土的长期性能大幅度提高且能减少混凝土的早期水化，使混凝土早期水化热大幅降低有利于大体积混凝土的温升控制。

3)优质砂石原材料以及聚羧酸盐高效减水剂等的使用，减少了混凝土单方用水量，从而使得混凝土密实性得到提高。

4)合理使用优质引气剂优化混凝土孔结构。研究表明掺加混凝土引气剂能使混凝土中有害大的气孔减少并改善混凝土的孔道连通性，混凝土泌水通道的减少必然使得混凝土的耐腐蚀性增强。

6.2　加强施工过程中管理

在整个马銮湾海堤口改造工程要严格控制施工配合比，施工中搅拌混凝土必须均匀，振捣必须到位，要遵守养护制度，使用混凝土养护剂涂刷立面混凝土表面。对于闸室底板大体积混凝土做混凝土保温，并蓄水养护保持表面湿润，以利于混凝土的水化。海上混凝土构件的侵蚀一般都是从表面上开始的，在混凝土构件终凝前要做原浆抹面压光，增强混凝土建筑的表面密实度，或者采用表面浸渍和表面涂覆的手段来降低混凝土表面渗透性。

6.3　加强混凝土生产的管理

加强混凝土生产的管理，制定以下质量管理控制点：

1)控制进厂原材料的质量。砂石材料重点检查其含泥量和级配。水泥重点检查其进厂温度、安定性和强度等。掺合料重点控制其活性指标、细度、烧失量等指标。减水剂重点检查减水率以及对水泥的适应性。做到进厂原材料检测合格后才能使用。

2)在生产过程中，确保计量的准确性，定期对搅拌站的计量电子秤校准，并在生产过程中观察计量误差情况，出现异常情况及时查找原因。

3)砂石含水率每台班进行至少两次测定，调整混凝土下料配合比，确保混凝土的水胶比符合设定要求。

4)按照标准要求做好混凝土的出厂检测，坍落度以及和易性不合格不得出厂。

5)大体积混凝土浇筑要注意混凝土的连续作业，做好混凝土的生产调度，调度员时刻关注车辆GPS定位，做到现场混凝土的连续浇筑，避免出现施工缝。

7结语

混凝土耐久性对于新阳大桥及马銮湾海堤开口改造具有重要意义，是整个工程的重点控制内容，也是技术难点。如何提高混凝土耐久性，取决于各种原材料的选用要求和配合比。

在大体积海工混凝土工程施工过程中，配合比设计方案必须科学合理，要建立以和易性和耐久性为目标的设计理念，充分体现现代高性能混凝土工作中所发挥的作用，在保证原材料质量、准确计量、精心组织施工的条件下可以达到工程质量的控制要求，进一步保证了新阳大桥及马銮湾海堤开口改造的工程质量。目前，该工程已基本竣工，经对现场混凝土构件实体钻芯抽样检测，其强度和耐久性指标都满足了设计要求。

参考文献

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