張巖，范佳美，祝長春，卞佳

（中交路橋建設(shè)有限公司，北京 100000）

0 概述

科特迪瓦科科迪橋項目位于科特迪瓦阿比讓市，該項目橫跨阿比讓科科迪灣，連接普拉多區(qū)和科科迪區(qū)，建成后可以大大緩解該區(qū)域的交通壓力，同時將成為科特迪瓦科科迪灣區(qū)商務(wù)中心的地標性建筑之一。主橋橋型為“人”字形空間異形單塔斜拉橋，塔高108.6 m。主橋長630 m，建成后將成為西非地區(qū)最大的斜拉橋。項目旨在打造一座藝術(shù)品的景觀橋，因此對主引橋墩柱和塔柱白色混凝土外觀要求非常嚴格。

橋梁塔柱和引橋墩身采用C60高強白色混凝土。要求混凝土白度高，以滿足視覺美感，建成后無需進行外觀保養(yǎng)。由于白色水泥相對水化快、凝結(jié)時間短、水化熱高，且塔柱及墩柱結(jié)構(gòu)斷面尺寸大，因此需要添加摻合料以改善混凝土的工作性能，降低水化熱，減小開裂風險[1]。國內(nèi)池州長江大橋采用白色混凝土作主塔塔柱“皮膚”混凝土的成功經(jīng)驗，為本項目可行性奠定了實踐基礎(chǔ)[2]?？紤]到摻合料對成品白度的影響，項目選用白色礦粉和白色石灰石粉作為摻合料[3]。經(jīng)過原材料嚴格篩選、配合比多次試驗比對以及試驗塊顏色比較，最終選用10%白色礦粉和20%白色石灰石粉作為摻合料配制出高白度、施工性能、力學性能及耐久性滿足要求的C60高強混凝土。

1 試驗

1.1 原材料

膠凝材料：突尼斯SOTACIB生產(chǎn)的52.5N白色硅酸鹽水泥，物理力學性能見表1；科特迪瓦阿比讓水泥廠SCA生產(chǎn)的S95級白色礦粉，物理力學性能見表2；突尼斯HERMACARS生產(chǎn)的白色石灰石粉，碳酸鈣含量99.92%，物理力學性能見表3。

表1 52.5N白水泥的物理力學性能

表2 礦粉的物理力學性能

表3 石灰石粉的物理力學性能

細骨料：阿比讓泄湖區(qū)天然河砂，依據(jù)NFEN933對砂進行試驗，砂的基本性能和篩分結(jié)果分別見表4和表5。

表4 河砂的基本性能

表5 砂的篩分結(jié)果

粗骨料：科特迪瓦BLUESTON石場產(chǎn)花崗巖碎石，外觀偏青色，無潛在堿活性，根據(jù)級配曲線由5～15mm碎石與15～25 mm碎石按照4∶6質(zhì)量比復配得到。粗骨料的基本性能依據(jù)NFEN 933和NFEN 1097規(guī)范進行測試，結(jié)果見表6。

表6 粗骨料的基本性能

減水劑：SIKA高性能聚羧酸減水劑，基本性能見表7。

表7 減水劑的基本性能

1.2 試驗方法

膠凝材料水化熱：按ENNF196-9半絕熱法進行測試；混凝土白度：采用日本美能達色彩色差儀CHROMR METER CR-410直接在混凝土表面進行測試；混凝土耐久性：采用氯離子擴散系數(shù)測試方法-RCM法，非穩(wěn)態(tài)電遷移試驗方法進行測試。

2 配合比試驗研究

2.1 膠凝材料對混凝土性能的影響

塔柱混凝土需要滿足泵送100 m高要求，因此坍落度設(shè)計為（210±20）mm，30 min經(jīng)時損失小于5 mm。由于白水泥凝結(jié)時間短，試驗過程中發(fā)現(xiàn)若混凝土初始坍落度小于180 mm，30min坍落度損失快，超過20 mm，無法滿足現(xiàn)場施工要求。根據(jù)項目特殊技術(shù)條款要求進行配合比設(shè)計。不同膠凝材料比例C60高強白色混凝土的配合比如表8所示。

表8 不同膠凝材料比例C60高強白色混凝土的配合比

混凝土的抗壓強度測試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見：

（1）石灰石粉取代部分礦粉時（C60-1～C60-4），隨石灰石粉摻量的增加，各齡期抗壓強度先提高后降低。分析原因：部分石灰石粉取代過量的礦粉，使得混凝土更加密實，抗壓強度先提高，28d抗壓強度最大可達到71.6 MPa（C60-2）。隨著石灰石摻量的進一步增加，由于石灰石粉活性指數(shù)較礦粉的低，故混凝土的抗壓強度開始降低，單摻石灰石粉的C60-4混凝土28 d抗壓強度最低，為66.7 MPa。

（2）相對于C60-3，C60-5配合比中增加了48 kg/m3石灰石粉，混凝土早期抗壓強度反而略有降低，56d抗壓強度超過C60-3。相比C60-4，C60-6單摻石灰石粉，增加了白水泥用量，混凝土的28 d抗壓強度提高1.02%。

混凝土由于其組成材料的粒度不同，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔隙率較大。石灰石粉的比表面積比水泥大，顆粒粒徑比水泥小，石粉填充在水泥漿基體和界面過渡區(qū)的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)更為致密，減小孔隙率和孔徑直徑，改善孔結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的抗壓強度和界面強度[4-5]。考慮混凝土抗壓強度，摻合料總摻量在30%情況下，石灰石粉摻量以10%～20%為較優(yōu)選擇。

2.2 膠凝材料對混凝土白度的影響

制備100 mm×100 mm×100 mm白色混凝土試件，直接測試不同石灰石粉摻量混凝土試件（對應表8的C60-1～C60-4）表面的白度，結(jié)果見圖2。

由圖2可見，隨著石灰石粉摻量的增加，混凝土的白度明顯增大。當石灰石粉摻量為膠凝材料的20%時，白度達87左右；石灰石粉摻量進一步提高，白度增大不明顯。

2.3 混凝土耐久性能

由于塔柱和墩柱斷面尺寸大，需要考慮膠凝材料的水化熱，盡可能降低混凝土水化熱引起的溫度應力，以減小混凝土結(jié)構(gòu)的開裂風險。不同比例膠凝材料的水化熱如表9所示。

表9 不同比例膠凝材料的水化熱

由表9可見，相比于100%純白水泥，在摻30%礦粉后膠凝材料41 h水化熱減小了8.6%，41 h水化熱為254 J/g；摻10%礦粉+20%石灰石粉后水化熱進一步減小，41 h水化熱為224 J/g。

膠凝材料水化熱減小可以降低大體積混凝土的內(nèi)部溫度，從而減小混凝土內(nèi)部應力引起的開裂風險，提高混凝土的耐久性。綜合考慮混凝土白度、工作性能和力學性能，選用C60-3配合比，其中礦粉摻量為10%、石灰石粉摻量為20%。按此配比制備C60高強白色混凝土，對其耐久性進行驗證，進行氯離子擴散系數(shù)試驗。標準養(yǎng)護條件：室溫（20±2）℃、相對濕度≥95%。測得C60高強白色混凝土的56 d氯離子擴散系數(shù)為2.6×10-12m2/s，該混凝土具有耐海工環(huán)境氯離子侵蝕性能。

3 結(jié)論

（1）白色混凝土的白度主要取決于膠凝材料的白度，在減少礦粉摻量、增加石灰石粉摻量后白度得到明顯提高，當石灰石粉摻量為20%時，白度可以達到87左右。

（2）石灰石粉摻量不宜過高，由于石灰石粉屬于惰性材料，28 d活性指數(shù)只有75%左右，摻量超過一定值對混凝土抗壓強度有較明顯的降低作用。

（3）復摻10%礦粉+20%石灰石粉時，C60高強白色混凝土具有良好的工作性能和力學性能。初始坍落度控制在210 mm左右，坍落度保持2 h，滿足110 m高度泵送要求?；炷?8 d抗壓強度平均值在68 MPa以上，并具有良好的耐久性。

（4）在不選用純白的河砂和純白的碎石情況下，滿足橋梁施工的C60混凝土白度可以穩(wěn)定在87左右。如果需要進一步提高混凝土的白度可以考慮選用純白的河砂和純白的碎石。