蔡玲 黃祥

(廣東省長大公路工程有限公司第二分公司，廣東廣州 511430)

港珠澳大橋預(yù)制承臺耐久性研究

蔡玲 黃祥

(廣東省長大公路工程有限公司第二分公司，廣東廣州 511430)

通過礦粉和粉煤灰超量取代部分水泥進行密實骨架堆積配合比設(shè)計，實現(xiàn)混凝土最密實結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：在礦粉和粉煤灰超量取代58%水泥情況下，配制混凝土不僅滿足混凝土強度等級設(shè)計要求，而且具有優(yōu)異的耐久性能。

大體積混凝土，耐久性，配合比設(shè)計

0 引言

港珠澳大橋預(yù)制承臺為六邊形，邊緣順橋向?qū)挒?2．2 m，中心順橋向?qū)挒?2 m，橫橋向16 m，高5 m，混凝土一次澆筑量大，屬于典型的海工大體積混凝土。由于混凝土的水化熱作用，混凝土澆筑后將經(jīng)歷升溫期、降溫期和穩(wěn)定期三個階段，在這個過程中混凝土的體積在溫度變化影響下亦隨之伸縮，若各塊混凝土體積變化受到約束就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過混凝土的抗裂能力將導(dǎo)致混凝土開裂;同時承臺結(jié)構(gòu)又處在惡劣海洋環(huán)境中，對抗Cl－滲透性，硫酸鹽侵蝕等有較高的要求，故在配合比設(shè)計時既要考慮降低水化熱又要保持其高耐久性能。本文通過雙摻粉煤灰和礦粉超量取代部分水泥，且運用密實骨架堆積理論進行配合比設(shè)計，研究預(yù)制承臺配合比的耐久性能。

1 原材料及配合比設(shè)計

水泥采用中材亨達P．Ⅱ42．5硅酸鹽水泥，密度為3．13 kg/L;粉煤灰采用江蘇諫壁Ⅰ級粉煤灰，密度為2．28 kg/L;礦粉采用唐山盾石建材S95級礦粉，密度為2．92 kg/L;砂采用北江砂，表觀密度為2．64 kg/L，無潛在堿活性;碎石采用新會大澤5 mm～25 mm兩級配混合碎石，表觀密度為2．67 kg/L;減水劑采用山東華偉銀凱聚羧酸系高性能減水劑，減水率為27%。

考慮到若水泥用量較大，混凝土的水化溫升則較高，對大體積混凝土溫度控制不利。試驗室采用粉煤灰和礦粉超量取代部分水泥，運用密實骨架堆積法［1］進行混凝土配合比設(shè)計，得到C45預(yù)制承臺大體積混凝土配合比，如表1所示。

表1 承臺C45混凝土配合比

用密實骨架設(shè)計配合比，是通過尋求混凝土中的粗細骨料的最大密度來尋找最小空隙率，再通過尋求摻合料和粗細骨料的最大密度，計算出最緊密堆積時粗細骨料、摻合料的最佳比例。密實骨架堆積設(shè)計法不僅可以優(yōu)化集料的組成級配，而且顯著提高了混凝土材料的結(jié)構(gòu)致密性，在保證混凝土具有良好工作性的條件下，最大限度的降低膠凝材料的用量進而提高混凝土的力學性能和經(jīng)濟性能。由表1可以看出以上兩組混凝土的工作性能和力學性能均能滿足C45混凝土的設(shè)計強度和施工要求，為了節(jié)約成本和便于施工，擬采用配合比A1進行耐久性研究。

2 混凝土耐久性能測試

混凝土的耐久性是指混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素作用下保持其工作能力的性能。高性能混凝土與普通混凝土相比，其水灰比低、密實度高、強度較高、體積穩(wěn)定性好，具有很好的耐久性，這也是高性能混凝土得以在工程中大量應(yīng)用的最重要原因，下面就C45預(yù)制承臺抗開裂性、抗?jié)B透性和抗硫酸鹽侵蝕性等進行研究。

2．1 抗裂性能研究

我國最新的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》［2］中推薦笠井芳夫提出的混凝土(砂漿)早期抗裂性測試方法，其試件尺寸為600 mm×600 mm×63 mm，抗裂性指標計算公式為：

裂縫的平均裂開面積：

其中，Wi為第i根裂縫的最大寬度，mm;Li為第i根裂縫的長度，mm;N為總裂縫數(shù)目，根;A為平板的面積，取0．36 m2。

試件早期的開裂敏感性評價準則如下：

1)僅有非常細的裂紋;

2)裂縫平均開裂面積小于10 mm2;

3)單位面積開裂裂縫數(shù)目小于10根/m2;

4)單位面積上的總裂開面積小于100 mm2/m2。

按照上述四個準則，將開裂敏感性劃分為五個等級：

Ⅰ級——全部滿足上述4個條件;

Ⅱ級——滿足上述4個條件中的3個;

Ⅲ級——滿足上述4個條件中的2個;Ⅳ級——滿足上述4個條件中的1個;Ⅴ級——一個也不滿足。

表2 混凝土早期平板開裂測試結(jié)果

由表2可以看出該設(shè)計配合比的抗開裂等級達到Ⅱ級，抗開裂性能良好。文獻［3］指出，粉煤灰與礦渣復(fù)摻能提高混凝土的開裂能力，且粉煤灰與礦渣等比例復(fù)摻時開裂性能最佳，原因是當粉煤灰和礦渣復(fù)摻比例為1∶1時，其水分蒸發(fā)量相對較小，而早期混凝土收縮主要是由自身的水化引起的體積收縮和水分蒸發(fā)所產(chǎn)生的體積收縮，水分蒸發(fā)量越小，其收縮相對也越小。

2．2 抗?jié)B性能研究

中華人民共和國交通行業(yè)標準JTGE 30-2005公路工程水泥與水泥混凝土試驗規(guī)程通過給受檢混凝土試件施加水壓的方法，使水在混凝土中遷移，根據(jù)水在不同混凝土中的遷移差別來描述混凝土的抗?jié)B性能;快速Cl－滲透試驗方法，即ASTMC1202-97廣泛用于美國及西方國家，在受檢混凝土試件兩端施加電壓，通過計算氯離子擴散系數(shù)來定量判定混凝土的抗?jié)B透性能。從相關(guān)文獻中查閱，兩種方法都可用于評價混凝土的抗?jié)B透性，但對高性能混凝土抗?jié)B透性的測試方法存在不同的認識，本文分別采用上述兩種試驗方法進行測試來分析對比。

1)水壓力試驗。

按國標對不同強度等級的三組配比進行抗?jié)B透性能試驗，采用上底為φ175 mm，下底為φ185 mm，高為φ150 mm的標準試件，標準養(yǎng)護28 d后進行抗?jié)B試驗，試驗水壓從0．1 MPa開始，每間隔8 h增加水壓0．1 MPa，當6個試件中有3個試件表面出現(xiàn)滲水時，即可停止試驗，記錄此時的水壓力。混凝土的抗?jié)B等級由未滲水的4個試件的最大水壓力表示。

其中，P為抗?jié)B等級;H為6個試件中3個試件表面滲水時的水壓力。

通過試驗所設(shè)計C45混凝土抗?jié)B等級高達P20。

2)快速氯離子滲透試驗。

本實驗采用RCM法測定混凝土中Cl－非穩(wěn)態(tài)快速遷移的擴散系數(shù)，定量評價混凝土抗Cl－的擴散能力。室內(nèi)試驗用150 mm× 150 mm×150 mm試模制作試件，制作完畢后用塑料薄膜覆蓋并移至標準養(yǎng)護室，24 h后拆模并浸入標養(yǎng)室的水池中，試驗齡期前7 d加工成標準試件(φ100±1 mm，h=(50±2)mm)浸沒于養(yǎng)護室水池中至試驗齡期，養(yǎng)護結(jié)束后飽水24 h然后進行快速氯離子滲透性試驗，試驗結(jié)果見表3，從表3中可以看出，28 d Cl－擴散系數(shù)為5．5 ×10－12m2/s，56 d Cl－擴散系數(shù)為3．9 ×10－12m2/s，滿足《港珠澳大橋主體工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計指南與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)程》中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性質(zhì)量控制指標值。

表3 Cl-擴散系數(shù)試驗結(jié)果

2．3 抗硫酸鹽侵蝕

本試驗采用GB/T 50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法，將100 mm×100 mm×100 mm成型試件放入標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至28 d齡期的前2 d，然后在(80±5)℃下烘干48 h，再將試件分別置于5%硫酸鹽溶液中進行干濕循環(huán)，同時將對比試件仍置于標準養(yǎng)護室中，在90次干濕循環(huán)后將侵蝕試件和標準試件同時進行試壓，檢測其抗壓強度，結(jié)果見表4。

表4 混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗

試驗結(jié)果表明，雙摻粉煤灰和礦粉提高混凝土的抗侵蝕性能，在干濕交替循環(huán)90次后混凝土抗蝕系數(shù)仍高達98%以上，原因是粉煤灰和礦粉摻入細化混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，礦合物本身不僅可以填充內(nèi)部孔隙，其二次水化生產(chǎn)膠凝產(chǎn)物也進一步密實混凝土結(jié)構(gòu)。另外，當粉煤灰或礦粉與氫氧化鈣發(fā)生二次化學反應(yīng)后，消耗掉混凝土結(jié)構(gòu)中大量氫氧化鈣，而氫氧化鈣是混凝土中易受侵蝕組分，因此混凝土抗硫酸侵蝕性能得到極大提高。

3 結(jié)語

1)采用密實骨架堆積法進行混凝土配合比設(shè)計，最大限度的降低膠凝材料的用量，減少水化放熱溫升，極大提高混凝土的力學性能和經(jīng)濟性能。

2)當粉煤灰和礦渣等比例復(fù)摻時，設(shè)計預(yù)制承臺混凝土抗開裂等級達到Ⅱ級，有效減少施工中有害裂縫產(chǎn)生。

3)設(shè)計預(yù)制承臺混凝土耐久性良好，抗?jié)B等級高達P20，56 d Cl－擴散系數(shù)為3．9×10－12m2/s，經(jīng)過90次干濕循環(huán)后抗蝕性仍高達98%以上。

［1］丁慶軍，黃修林，王紅喜，等．采用密實骨架堆積法設(shè)計高超量Ⅱ級粉煤灰高性能混凝土［J］．混凝土，2007(8)：7-10．

［2］CCES 01-2004，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南［S］．

［3］王雪芳，鄭建嵐，晁鵬飛．礦物摻合料對混凝土早期抗裂性 能的影響［J］．中國礦業(yè)大學學報，2007(11)：768-772．

Research on the durability of precast pile cap of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

CAI LingHUANG Xiang

(The Second Branch of Guangdong Province Changda Highway Engineering Limited Company，Guangzhou 511430，China)

In order to achieve the most dense concrete structure，the cement is excessively replaced by mineral power and fly ash to the method of dense mixture ratio design of concrete，the results show that in the case of 58%cement is replaced by mineral power and fly ash，the design concrete not only meets the design requirements，but also has excellent durability．

mass concrete，durability，mixture ratio design

U445．57

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.055

1009-6825(2013)10-0157-03

2013-01-13

蔡 玲(1970-)，女，工程師; 黃 祥(1984-)，男，工程師