小议泉州湾跨海大桥海工混凝土配合比设计要点

饶莉

（泉州市交通基本建设工程质量监督检测站）

小议泉州湾跨海大桥海工混凝土配合比设计要点

饶莉

（泉州市交通基本建设工程质量监督检测站）

针对恶劣的海洋环境对钢筋混凝土结构腐蚀的严重威胁，以泉州湾跨海大桥墩身混凝土为依托，根据海工混凝土耐久性的质量控制技术要求，简述跨海大桥砼配合比设计要点。

跨海大桥；海工混凝土；配合比；设计要点

1 工程概况及混凝土耐久性问题

1.1 工程概况

泉州湾跨海大桥工程起于晋江南塘，接于泉州市环城高速公路晋江至石狮段，在石狮蚶江跨越泉州湾，经惠安秀涂、张坂，终于塔埔，与泉州市环城高速公路南惠支线相接，项目由跨海大桥和接线工程组成，全长26.676km。本项目制约工程——泉州湾跨海大桥，桥长12.455km，处于恶劣的海洋环境中，存在对钢筋混凝土结构腐蚀的严重威胁，影响混凝土的结构使用寿命，有必要对混凝土结构耐久性设计方案进行研究。

1.2 耐久性问题现状

现行混凝土结构设计与施工规范，主要考虑荷载作用下结构承载力安全性与适用性的需要，较少顾及结构长期使用过程中由于环境作用引起材料性能劣化对结构适用性与安全性的影响。桥梁日常检测过程中可以发现，海水中和海岸边的混凝土工程由于长期受氯离子侵蚀，混凝土中钢筋锈蚀的现象非常普遍。以省道201线泉州晋江沿海大通道为例，该工程桥龄不过六七年，而检测过程中发现大部分混凝土结构开裂，钢筋外露且严重锈蚀，部分桥梁已经成为病桥，严重影响桥梁的正常使用。为此，不仅需要高额的修复费用，而且修复后的桥梁使用寿命也大大缩短。因此，在跨海桥梁的建设中，必须充分考虑结构使用环境的侵蚀特性，制定严格的海工耐久性混凝土各项技术要求，使跨海桥梁的建设真正做到安全、适用、经济和合理。

1.3 影响工程混凝土结构耐久性的因素

泉州湾跨海大桥工程中，混凝土作为结构的主要材料，其工作性能、力学性能、抗侵蚀性能、抗开裂性能和耐久性等对整个大桥的质量和长期的安全起着十分重要的作用。影响泉州湾大桥钢筋混凝土的破坏因素主要有：钢筋锈蚀作用、碳化作用、碱-集料反应、盐类侵蚀作用、有害裂缝、冲击磨损等机械破坏作用。

1.3.1 钢筋锈蚀作用

钢筋锈蚀主要来自于两种作用，即混凝土碳化和氯离子侵蚀。虽然碳化也同样可破坏钢筋钝化膜，导致钢筋锈蚀和结构破坏，但氯离子渗透引起钢筋钝化膜活动速度要远远大于混凝土碳化。因为对于耐久性要求较高的混凝土结构，其密实度较高，表面碳化后形成一层硬壳阻止了碳化的进一步发展，碳化深度一般较小。因此，对于混凝土保护层较大、设计使用寿命较长的混凝土构件而言，因混凝土碳化而引起的钢筋锈蚀作用很小，钢筋锈蚀的决定因素是氯离子渗透。

1.3.2 碱-集料反应

对于混凝土的碱-集料反应破坏而言，可通过选择低碱含量的水泥和矿物掺合料、严禁使用具有碱活性的骨料等措施来控制，因此，在耐久性设计中，必须对原材料的选择和配合比设计要求做出严格的规定。

1.3.3 盐类侵蚀作用

本项目海域海水SO42-与其它海域或者硫酸盐腐蚀环境类似，也存在硫酸盐腐蚀的可能。相对于硫酸盐腐蚀而言，氯离子的离子半径远小于硫酸根离子，其渗透速率远大于硫酸铬离子的渗透速率。且渗入混凝土中的氯离子将先于硫酸根离子与胶凝材料中的铝酸三钙组分反应生成Friedel盐，即抑制了硫酸盐与水泥胶凝体系中铝酸三钙的反应。

1.3.4 施工期混凝土裂缝控制

桥梁工程混凝土结构包括桩基、承台、塔座、塔柱、箱梁、锚碇结构等基础工程建筑物，其中有低标号大体积混凝土结构，也有许多高标号中等体积混凝土结构。混凝土裂缝一直是严重影响建筑物结构安全和寿命的主要问题。

2 墩身混凝土配制与性能研究

2.1 原材料选择

2.1.1试验用水泥为福建建福牌P.II42.5和龙岩华润牌P.II42.5，其烧失量分别为2.8%和2.0%；氧化镁含量分别为3.4%和1.9%；碱含量分别为0.53%和0.40%，各项技术指标均符合GB175-2007标准要求。

2.1.2试验用粉煤灰厂家为厦门嵩能粉煤灰开发有限公司和泉州南埔电厂的F类I级粉煤灰，其碱含量分别为0.063%和0.036%，各项技术指标均符合GB/T 1596-2005标准要求。

2.1.3试验用矿粉为泉州国道建材有限公司S95矿粉和三钢集团（龙海）矿微粉有限公司S95矿粉，其CL-含量分别为0.016%和0.015%，各项技术指标均符合GB/T 18046-2008标准要求。

2.1.4试验用外加剂分别为福州创先工程材料有限公司和江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸外加剂，其CL-含量均为0%；碱含量分别为0.65%和0.75%，各项技术指标均符合GB 8076-2008标准要求。

2.1.5试验用碎石来自泉州洛江罗溪碎石场，其碱活性指标合格，各项技术指标均符合JTG/T F50-2011标准要求。

2.1.6试验用砂来自漳州九龙江河砂，其氯化物含量0.008%，各项技术指标均符合JTG/T F50-2011标准要求。

2.2墩身混凝土配制技术要点

跨海大桥墩身混凝土一般位于浪溅区及重度盐雾区，属于D～F环境作用等级，腐蚀环境严酷。墩身混凝土的技术要求有：

2.2.1 粘聚性好。墩身暴露于大气中，外观质量要求较高，混凝土应具有良好的粘聚性能，使得混凝土均匀性好，混凝土不分层，不离析，从而提高混凝土的外观质量。

2.2.2 流动性好。墩身较高，海工混凝土水胶比较低且混凝土采用大矿物掺合料，混凝土较粘，为了满足墩身的泵送性能，混凝土应有较好的流动性，从而确保混凝土有良好的施工性能。

2.2.3 耐久性好。跨海大桥墩身处于最为严酷的腐蚀环境中，对混凝土抗渗性有较高要求，墩身保护层较厚，因此也应注意墩身的抗裂性能。

2.2.4 抗氯离子侵蚀能力强。

墩身混凝土各项技术指标见下表：

表1 墩身混凝土配制技术指标

2.3 混凝土配合比与性能试验

依据相关规范要求以及试配经验，确定墩身混凝土胶凝材料用量范围为420～460kg/m3，水泥掺量≥40%，粉煤灰掺量≤30%，矿粉掺量≤30%。

试验采用建福P.II42.5和华润P.II42.5低碱水泥、南埔电厂F类I级粉煤灰、三钢龙海S95矿粉和福州创先、江苏苏博特聚羧酸外加剂，配制墩身混凝土。

2.3.1 混凝土工作性能和力学性能试验

试验结果可以看出，四组配合比的工作性能良好，混凝土抗压强度随胶凝材料总量的增加而增大，水泥品种对混凝土强度略有影响，1-1、1-2、1-3、1-4混凝土28天抗压强度分别为67.7Mpa、68.2Mpa、63.1Mpa、65.5Mpa。

2.3.2 墩身混凝土的抗氯离子渗透性能试验

采用RCM法测试四组混凝土不同龄期的氯离子扩散系数，试验结果如下表：

表2 氯离子扩散系数试验结果（×10-12m2/s）

从表2可以看出：墩身混凝土配合比的氯离子扩散系数值较低，84d氯离子扩散系数能够满足设计要求。

3 结语

通过对跨海大桥墩身混凝土所用原材料和混凝土的多项试验结果表明，采用胶凝材料用量为430～450kg/m3、水胶比0.33～0.37、用水量≤150kg/m3、F类I级粉煤灰掺量15～25%，配制的混凝土工作性较好，力学性能符合设计及技术规范要求，满足现场施工需要，84d氯离子扩散系数均在1.0×10-12m2/s以下，各项技术指标均能满足设计要求，从而使海工混凝土能够达到低渗透性、高弹性模量，以提高结构的安全性和使用寿命。