楊林1 ，李遵雲1，熊林森2
（1.中交武漢港灣工程設計研究院有限公司，湖北武漢 430071；2.中鐵大橋局集團第一工程有限公司，鄭州 450053）
摘要：根據象山港大橋預製箱梁混凝土配製要求，從水膠比、砂率、膠材用量、摻和料的品種和用量幾個方面設計混凝土配合比。通過混凝土拌合物的工作性能、混凝土力學性能、抗裂性能、體積穩定性和抗氯離子滲透性等的試驗研究，配製出了滿足施工要求的預製箱梁高性能混凝土。
關鍵詞：象山港大橋；預製箱梁；高性能混凝土； 配合比設計
0. 引言
寧波象山港公路大橋及接線工程起自寧波繞城公路東段雲龍互通，止於象山縣戴港，全長約47km，其中，跨越象山港大橋總長約6.7km（跨海大橋），兩岸接線長40.3km裡。全線採用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度採用100 km/h。引橋及過渡墩（K25+553.834～K29+153.834、K30+529.834～K31+249.834範圍內）72孔雙幅共144片箱梁採用預製方式澆築。預製箱梁跨徑60m，設計強度等級為C55。
象山港大橋預製箱梁混凝土配製要求：混凝土拌合物的坍落度控制在160mm～200mm，擴展度400～500mm，無泌水粘底，1h坍落度經時損失≤10%；混凝土4d強度達到設計值的90%即49.5MPa，滿足施工工期要求的4d張拉；混凝土84天抗氯離子滲透性能要求不大於2.0×10－12m2/s。結合大橋設計要求，通過對原材料的優選、配合比部分參數的選定，本文重點研究混凝土拌合物的工作性能、混凝土力學性能、體積穩定性、抗氯離子滲透性和抗開裂性能等，配製滿足施工要求的預製箱梁高性能混凝土[1]。
1. 高性能混凝土配合比設計
1.1配合比設計原則
配合比設計主要考慮水膠比、砂率、膠材用量、摻和料的品種和用量幾個方面。兼顧混凝土拌合物的工作性、力學性能、耐久性和體積穩定性、施工工期和經濟效益，把水膠比、砂率、膠材用量和摻和料的用量控制在適當的範圍，實現混凝土的各項性能均衡發展[2]。
（1）水膠比
水膠比大，有利於改善混凝土拌合物的工作性，但會降低混凝土的強度和耐久性。依據設計強度等級要求，確定最大水膠比不超過0.30，低水膠比可以通過使用高性能聚羧酸減水劑和摻加大摻量礦物摻和料來實現。
（2）砂率
砂率高，可以改善混凝土工作性能，但不利於混凝土強度，會增大混凝土收縮和開裂的可能性。在滿足施工要求的前提下，儘量降低砂率，可以通過引氣混來改善凝土工作性，砂率控制在36～39％，象山港大橋預製箱梁為海工混凝土，混凝土含氣量控制在3±1％。
（3）膠材及水泥用量
膠材用量高，有利於拌合物工作性能和混凝土強度的提高，但不利於混凝土體積穩定，易開裂。從經濟效益考慮，在滿足施工要求的前提下，儘量少用膠材。依據設計強度等級要求，確定最小膠材用量不低於460 kg/m3，用量範圍控制在460～500 kg/m3，水泥用量宜為300～340 kg/m3.
（3）礦物摻和料品種及用量
摻加適量的活性礦物摻合料，不僅可以調整水泥顆粒級配，起到增密、增塑、減水的效果，而且可以改善骨料界面效應，提高混凝土抗氯離子滲透性能。摻和料摻量過高易導致混凝土收縮開裂，加快混凝土劣化，不利於混凝土的耐久性。礦物摻合料的摻量範圍控制在30～40％。
1.2 混凝土原材料及性能
依據海工高性能混凝土技術要求，對象山附近的材料進行了多次調研和試驗比較，優選出了滿足要求的混凝土原材料。
（1）水泥：為便於控制，減少混凝土質量波動，水泥宜選用摻和料較少的硅酸鹽水泥，比表面積不宜超過350m2/kg，初凝時間大於3h。通過比選，確定使用寧海海螺P·Ⅱ42.5硅酸鹽水泥，比表面積為310 m2/kg，初凝時間200min，終凝時間290min，28天抗壓強度50.1 MPa；
（2）粉煤灰：選用象山烏沙山電廠生產的I級粉煤灰，細度為6.2％，燒失量為2.0％，需水量比89％，三氧化硫0.8％；
（3）礦粉：選用寧波海德S95礦粉，比表面積412 m2/kg，含水量0.2％，28天活性指數115％，燒失量0.3％，三氧化硫0.4％；
（4）細集料：嚴格控制砂的含泥量和泥塊含量，砂中的泥和泥塊會加大用水量和外加劑用量，加大混凝土幹縮，降低混凝土強度和耐久性。通過比選，確定使用福建閩江中砂，細度模數為2.7，表觀密度2580kg/m3，堆積密度1450 kg/m3，空隙率44％，含泥量1.3％，泥塊含量0.5％；
（5）粗集料：選用寧波郭巨5～25mm連續級配碎石，針片狀含量6％，壓碎值5％，含泥量0.3％，泥塊含量0％，表觀密度2700kg/m3，自然堆積密度1540kg/m3；
（6）減水劑：選用中交武港院LN-SP聚羧酸緩凝型高性能減水劑，減水率為29.2％；
（7）水：自來水。
2.預製箱梁高性能混凝土的配製
2.1 混凝土配合比
通過改變膠材、水泥、摻和料的用量，研究不同配合比混凝土的工作性能和抗壓強度。具體配合比見表1。
2.2.2混凝土早期收縮性能
混凝土早期自由收縮試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）中非接觸法收縮試驗，BG1～BG6六組混凝土試件3d收縮率見表3。
2.2.4混凝土抗氯離子滲透性能
混凝土抗氯離子滲透性能試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）中快速氯離子遷移係數法（或稱RCM法）進行。BG1～BG6不同齡期氯離子擴散係數如圖1。
象山港大橋144片預製箱梁基本澆築結束，混凝土拌合物工作性能良好，早期強度高，滿足4d預應力張拉，強度標準差為2.3MPa，施工順利，箱梁外觀質量好，氯離子擴散係數D84d＜1.5×10－12m2/s，箱梁合格率達100％。工地試驗室在加強材料質量監控同時，注重混凝土生產和澆築階段的過程控制，縮小混凝土各項性能的波動。考慮到模板週轉，並根據冬夏季節氣溫不同，協同減水劑廠家，通過調整減水劑將混凝土終凝時間控制在13±1h。
3．結語
依據象山港大橋海工高性能混凝土技術指標，通過對原材料優選，把混凝土的水膠比、砂率、膠材用量、水泥用量和摻和料的品種及用量控制在適當的範圍，配製出了滿足施工要求的預製箱梁高性能混凝土，實現了混凝土拌合物的工作性、齡期混凝土力學性能、耐久性、體積穩定性、施工工期和經濟效益等各項指標均衡發展。
參考文獻：
[1] 吳中偉，廉慧珍. 高性能混凝土[ M ].北京：中國鐵道出版社，1999. 9；
[2] 屠柳青，張國志，李順凱，劉可心. 金塘大橋承臺海工高性能混凝土的配製技術[J]. 施工技術，2007, (4): 61-63.
[3] 張蘋，王坤，李秋義，趙鐵軍，薛向欣. 大摻量礦物摻合料混凝土早期抗裂性能研究[J]. 混凝土，2012, (1): 71-73.
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