港珠澳大桥清水混凝土施工足尺模型试验研究

孔令磊，杨润来，江宪权

港珠澳大桥清水混凝土施工足尺模型试验研究

孔令磊，杨润来，江宪权

（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

为提升整体景观效果，港珠澳大桥岛上段隧道敞开段墙身、挡浪墙及岛上房建采用清水混凝土工艺。由于清水混凝土在国内应用不多，缺乏施工经验，为确保施工品质及工程目标实现，针对清水混凝土施工技术及影响观感的各环节，在现场开展系统的足尺模型试验。通过系统试验，掌握了施工过程中的各项参数，并形成量化指标，以指导现场施工。

港珠澳大桥；清水混凝土；足尺模型试验

1 试验概况

港珠澳大桥岛隧工程西人工岛挡浪墙采用C30素混凝土，敞开段墙身采用C45钢筋混凝土，房屋建筑采用C50钢筋混凝土。

由于清水混凝土施工过程中，对作业人员操作技能、模板加工及安装质量、拌合站计量精度、振捣棒选型、脱模剂种类及喷涂效果、混凝土工作性等各因素均反应灵敏，在试验开展前，对工人开展各类实操培训，对拌合站进行二次计量率定，选配不同材质模板板面，并依据实际施工过程对模板拼装、脱模剂喷涂、混凝土工作性能等提前进行预先模拟演练，确保同一批试验模型所用清水混凝土拌合物的制备环境、技术参数一致[1]。

2 试验过程及结果分析

2.1 第一阶段试验

第一阶段试验在室内试验及前期现场验证试验基础上，就表1中C45及C30共计4个配合比进行验证，其中C45配合比在1 m×1 m×4 m钢筋混凝土立柱上进行试验，力求模拟敞开段墙身配筋及尺寸情况；挡浪墙为素混凝土结构，为此采用3 m×1.2 m×1.1 m足尺模型予以验证。具体变量如表2。优选出表3所示施工参数。

表1 C45及C30配合比验证及施工参数Table1 Verification ofMix ratio for concreteof C45 and C30 and parameters for construction kg/m3

表2 试验变量设置Table2 Test variables

表3 第一阶段清水混凝土优选施工参数Table3 OptiMizing construction parameters for fair faced concreteat first stage

试验过程中，出现了以下问题:1）分层印迹始终无法彻底消除，混凝土顶部易出现深色松顶。2）混凝土工作性能存在不稳定现象，间或出现坍落度损失或反弹现象，偶尔出现泌水现象。

2.2 第二阶段试验

经分析，出现以上现象的原因主要在减水剂稳定性及粉煤灰掺量两项因素上。为此本阶段设置试验变量为不同品牌羧酸型高效减水剂及粉煤灰掺量。试验前按要求在室内检验混凝土外加剂的相容性[2]。如表4所示为分别采用2种不同类型减水剂的C30混凝土配合比，以及分别采用15 %、10%粉煤灰掺量C30混凝土配合比。

表4 第二阶段试验配合比Table4 Mix proportion for second stage test kg/m3

采用减水剂1试验块混凝土浇筑过程中存在泌水现象，拆模后表面泛碱，存在明显色差。采用减水剂2混凝土浇筑过程中，混凝土工作性能相对优秀，拆模后实体观感总体较好。

进行粉煤灰掺量试验时，优选减水剂2进行混凝土拌制。两种粉煤灰掺量配合比对混凝土观感质量影响差异较小，而通过加强二次振捣等工艺，减少泌水，对松顶及分层印迹有一定改善。

在此基础上，引入胶材量为400 kg/m3配合比，考虑控裂需求，粉煤灰仍按照15%掺量。如表5所示，为C30混凝土400 kg/m3胶材配合比。

表5 C30混凝土400 kg/M3胶材混凝土配合比Table5 Mix proportion for concreteof C30 containing 400 kg/M3of ceMentitiousmaterialkg/m3

试验结果表明，调整后的配合比，在采用原有施工参数前提下对改善混凝土观感无明显效果。

第二阶段试验结论:

1）C30清水混凝土配合比优先采用380 kg/m3胶材用量，其中优选稳定性、保水性更加优越的减水剂2做为外加剂；粉煤灰掺量15%、10%均能满足观感质量要求，优选15%粉煤灰掺量配比，以利于混凝土控裂。

2）C30挡浪墙混凝土坍落度应严格控制在150~180mm。

3）混凝土振捣工艺:振捣棒距模板边缘150 mm，插入下层混凝土深度至少120 mm，振捣棒间距不超过500 mm，振捣停留时间15 s，提棒速率35~50mm/s，总时间控制在30 s内。

4）混凝土顶部采用二次振捣工艺减小松顶带来的气泡和色差:顶层第1次振捣完成后0.5 h，以相同的振捣技术参数进行第2次振捣。

5）后期观察，试验块在养护期过后，表面分层色差及顶部暗沉颜色趋于一致，色泽均匀度及观感质量有较大提升，整体观感质量较好。

2.3 第三阶段试验

在上述试验基础上，因外加剂及粉煤灰掺量、胶凝材料掺量均发生变化，为使配合比与外加剂具有更好的相容性，兼顾敞开段及房建结构配筋特点及模板、清水混凝土效果缝、对拉螺杆孔设置，在现场采用8.2 m×1 m×1.6 m钢筋混凝土足尺模型予以检验，其中房建C50混凝土配合比考虑按照20%、15%粉煤灰掺量两种配合比予以验证。如表6所示为室内试验调整后配合比。

表6 室内试验调整后配合比Table 6 Mix proportion after read justMentw ith laboratory testskg/m3

试验结果表明采用塑料薄膜包裹方式养护，容易因塑料薄膜与混凝土贴合紧密程度不一而影响观感。如图1所示为清水混凝土效果条及对拉螺杆圆台螺母孔成型效果。

图1 清水混凝土效果条及对拉螺杆圆台螺母孔成型实物Fig.1 Prototypeof stripes in concreteand pre-formed holes for a cone nut for braces

具体试验结论如下:

1）C30、C45和C50的分层厚度宜控制在50 cm以下，在距模板边角最近的下料点应设置靠近模板边角50 cm处，防止下料间隔过远造成胶凝材料挤压至边角处堆积。

2）C30、C45和C50顶层二次振捣时间间隔以顶层第1次振捣最后一棒完成为计时起点，1 h后按第1次振捣的顺序和振捣参数进行二次振捣。

3）C45配合比能满足清水混凝土的要求，C50配合比2优于配合比1，特密斯减水剂对改善混凝土工作性能起到积极作用。

4）脱模剂喷涂应均匀一致，采用雾化喷涂设备喷涂完成后，以手擦拭不形成液槽为宜。

2.4 第四阶段试验

由于敞开段隧道侧墙厚度近3 m，发生裂缝风险较大。工程实践表明，补偿收缩混凝土具有优异的抗裂防渗性能[3]。为此，在现场按照敞开段墙身配筋及约束条件下，试验对掺用膨胀剂以及使用缓凝砂浆的控裂效果进行测试。现场共浇筑4个8.2m×1.2m×1.6m试验块，试验块配筋参照敞开段侧墙配筋，并在试验块内预埋设应变计和温度传感器定量观测各试验块应变及温升情况。试验前，首先浇筑4个厚度为0.3 m的底座，其中2个试验块在底座上部中间位置预留长8.0 m、宽1.0m、深10 cm的凹槽，以浇筑缓凝砂浆。

试验用混凝土配合比胶凝材料用量为420 kg/m3，其中配比2内掺6%的全熟料复合型膨胀剂。分别设置空白、掺膨胀剂、使用缓凝砂浆以及膨胀剂+缓凝砂浆2组试验，如表7所列。

表7 试验块编号及试验内容Table7 Numbering of testb locksand scopeof testing

对本次试验而言，掺加膨胀剂或在施工缝设置凹槽浇筑缓凝砂浆，补偿混凝土收缩的效果较微弱，实际发挥控裂作用不明显。试验结论与室内试验结果存在一定的出入，主要原因分析为:

1）试验块尺寸庞大，水化热温升较高，最高达69℃，养护水分难以进入结构内部，混凝土芯部形成类似绝热绝湿环境，膨胀剂水化环境发生很大变化，补偿收缩作用削弱。

2）敞开段隧道墙身钢筋配筋密集，约束作用与室内试验存在较大差异，在凹槽中先铺缓凝砂浆易受后浇混凝土扰动，因此发挥作用不明显。

鉴于本试验控裂研究成效不明显，且在施工时可操作性较差，为此，后续工程实际中从优化循环冷却水管降低温峰及内标温差着手，减小混凝土开裂风险，此处不再详述。

3 结语

通过系统的技术开发及现场开展的足尺模型试验，全面深入地对清水混凝土施工过程中各环节及影响因素进行了验证，掌握了进行清水混凝土施工的成套施工技术及操作要点。特别是混凝土配合比选配及施工参数的量化控制，为现场规范操作及清水混凝土施工标准化奠定了基础，也为后续类似工程提供了宝贵的借鉴价值[4]。目前，港珠澳大桥岛隧工程西人工岛敞开段隧道及挡浪墙清水混凝土已正常施工推进，取得了较为理想的成果，达到了预期目的。

[1]JGJ169—2009，清水混凝土应用技术规程[S].

JGJ 169—2009,Technical specification for fair-faced concrete construction[S].

[2]GB 506666—2011，混凝土结构工程施工规范[S].

GB 506666—2011,Code for construction of concrete structures[S].

[3]赵顺增，刘立，游宝坤.补偿收缩混凝土的基本性能[J].膨胀剂与膨胀混凝土，2009（1）:52-64.

ZHAO Shun-zeng,LIU Li,YOU Bao-kun.Basic properties of compensation shrinkage concrete[J].Expansive Agents&Expansive Concrete,2009（1）:52-64.

[4]吴平，王聪，邵亮，等.东人工岛挡浪墙墙身清水混凝土施工技术[J].中国港湾建设，2015，35（11）:73-76.

WU Ping,WANGCong,SHAO Liang,etal.Construction technology for fair-faced concrete of protectionwall in eastartificial island [J].China Harbour Engineering,2015,35(11):73-76.

Full scaleModel experiment of fair-faced concrete construction for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge

KONG Ling-lei,YANGRun-lai,JIANGXian-quan
（No.1 Engineering Co.,Ltd.of CCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

In order to enhance the overall landscape effect,fair-faced concrete was used on tunnelwalls,wave walls and the buildingson theartificial islandsof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge.As fair-faced concretewas notmuch used in China,the builders had no much experience in construction of the fair-faced concrete.In order to ensure the quality of concrete construction and the project goals,systematic full-scalemodel testing was carried out on site to assess and ascertain the technology for fair faced concrete construction and various links affecting the external appearance.Through the systematic full scalemodel tests,various parameters in the process of construction were achieved and transformed into quantitative indicators to guide the construction on site.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;fair-faced concrete;full-scalemodel test

U655.56

A

2095-7874（2016）07-0029-04

10.7640/zggw js201607009

2016-05-11

孔令磊（1978—），男，河北乐亭人，工程硕士，高级工程师，主任工程师，港口及航道工程专业。E-mail:527056218@qq.com