江 民

（江蘇東南工程咨詢有限公司，江蘇 南京 210018）

1 工程概況

東吾洋特大橋起點(diǎn)位于蝦山鼻島最西側(cè)，跨越東吾洋海域，終點(diǎn)位于東安島牛梁崗，是寧上高速項(xiàng)目的控制性工程。大橋全長2 546.6m，通航孔橋?yàn)榭鐝剑?00+2×180+100）m的矮塔斜拉橋，非通航孔橋?yàn)?0m 鋼混組合梁和50m 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。全橋水深超過48m 的路段長850m，水深最深達(dá)63m，最大潮差超過8m，為同類型橋梁水深世界之最。樁基為鉆孔灌注樁，最大樁徑4.0m，最長144m，最大鋼護(hù)筒直徑4.4m，最長93.4m，單重達(dá)366t，海工高性能混凝土需求量約34 萬m3，而砂的需求量約26 萬t。本文采用機(jī)制砂作為細(xì)骨料進(jìn)行C35 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)。在經(jīng)過原材料優(yōu)選、合理控制品質(zhì)及多次試配、比對，結(jié)合實(shí)際施工情況，確定最優(yōu)理論配合比。再通過現(xiàn)場順利實(shí)施及后期實(shí)體檢測，各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)使用要求，最終，該配合比順利運(yùn)用于施工，也為項(xiàng)目取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2 機(jī)制砂海工高性能混凝土配合比

目前，機(jī)制砂已成為施工作業(yè)中非常重要的材料，在原材料的應(yīng)用上逐步代替了天然砂。由于機(jī)制砂的物理特性與天然砂相比存在一些差異，因此，要選擇質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石作為機(jī)制砂加工的母巖，從源頭上控制機(jī)制砂材料質(zhì)量。另外，機(jī)制砂加工的顆粒級配、細(xì)度等技術(shù)指標(biāo)都是通過整形工藝進(jìn)行處理，可以通過相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備和制作工藝流程來實(shí)現(xiàn)，但機(jī)制砂的顆粒容易導(dǎo)致混凝土的質(zhì)量缺陷，另外，機(jī)制砂中含有石粉且吸水性大，雖然對混凝土強(qiáng)度有所幫助，但也容易引起大體積混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫。采用雙摻進(jìn)行機(jī)制砂海工混凝土配合比設(shè)計(jì)，不但降低了混凝土水化熱，還能抑制裂縫產(chǎn)生，提高和易性和體積穩(wěn)定性，改善機(jī)制砂海工混凝土的抗?jié)B性能和耐久性能。同時(shí)，隨著齡期增長，粉煤灰和礦渣粉等活性材料將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有助于混凝土強(qiáng)度的提高。

2.1 水泥

（1）采用強(qiáng)度等級P·II52.5 的硅酸鹽水泥，其技術(shù)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2020）的要求。

（2）水泥中C3A 含量控制在6%～10%以內(nèi)；比表面積應(yīng)大于300m2/kg 且不超過400m2/kg，采用低堿水泥，堿含量低于0.60%，氯離子含量低于0.03%。

（3）水泥質(zhì)量穩(wěn)定，有一定的富余系數(shù)。水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差控制在3.0MPa 以內(nèi)，水泥使用時(shí)溫度不應(yīng)大于60℃，避免使用剛出廠的新鮮水泥。

2.2 礦物摻合料

（1）機(jī)制砂海工高性能混凝土用礦物摻合料應(yīng)采用組分均勻、各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定的粉煤灰和?；郀t礦渣粉，不應(yīng)使用高鈣灰和磨細(xì)灰，粉煤灰宜選用F 類II 級以上標(biāo)準(zhǔn)，?；郀t礦渣粉的等級應(yīng)不低于S95 級。

（2）為控制機(jī)制砂海工高性能混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，使用礦物摻合料時(shí)溫度不大于50℃，當(dāng)使用兩種摻合料復(fù)合而成的磨細(xì)礦物摻合料時(shí)，復(fù)合摻合料應(yīng)有合格的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并附有組成成分和使用說明書，不宜使用廠商自行復(fù)合的礦物摻合料。

2.3 粗集料

選用質(zhì)地堅(jiān)硬、粒形和級配良好、吸水率低和空隙率小的粗集料，粗集料母巖的強(qiáng)度宜大于1.5 倍混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，采用兩級配，公稱粒徑宜滿足5～25mm 的規(guī)定、含泥量≤1.0%、泥塊含量≤0.2%、壓碎值指標(biāo)≤20%、針片狀含量≤10%、吸水率≤2%、空隙率≤45%、巖石抗壓強(qiáng)度≥80MPa。

2.4 外加劑

（1）C35 強(qiáng)度等級以上機(jī)制砂海工高性能混凝土宜選用與機(jī)制砂、膠凝材料適應(yīng)性好、抗吸附能力強(qiáng)的聚羧酸類高性能減水劑。公路機(jī)制砂海工高性能混凝土外加劑應(yīng)符合現(xiàn)行《公路工程混凝土外加劑》（JT/T 523-2004）和《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 50119-2013）的規(guī)定。

（2）聚羧酸類高性能減水劑的檢驗(yàn)及其質(zhì)量應(yīng)滿足《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》（GB/T 8077-2012）和《混凝土外加劑》（GB/T 8076-2009）要求，使用前應(yīng)進(jìn)行與膠凝材料適應(yīng)性檢驗(yàn)，聚羧酸類高性能減水劑的復(fù)配成分應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、施工條件、混凝土原材料的變化進(jìn)行調(diào)整，減水劑的最佳摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定，使用時(shí)應(yīng)符合產(chǎn)品說明和規(guī)范中關(guān)于混凝土配合比、拌制、澆筑等規(guī)定。

（3）當(dāng)混合使用高效減水劑、引氣劑、緩凝劑、阻銹劑和其他外加劑時(shí)，應(yīng)事先進(jìn)行相容性試驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證滿足要求后方可使用。機(jī)制砂海工高性能混凝土拌和及養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 63-2006）的規(guī)定。

3 機(jī)制砂海工高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 配合比設(shè)計(jì)原則

普通混凝土設(shè)計(jì)中最主要的參數(shù)為水膠比、用水量和砂率，這3 個(gè)參數(shù)與混凝土的性能密切相關(guān)。機(jī)制砂作為一種取代河砂配置混凝土的細(xì)集料，含有類似膠材顆粒級別的石粉，同時(shí)具有高于普通天然砂的細(xì)度模數(shù)，使機(jī)制砂的性能影響到配合比中水膠比、用水量和砂率參數(shù)的設(shè)定，加之機(jī)制砂及機(jī)制砂海工混凝土的特殊性，因此，在機(jī)制砂海工高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)研究中，主要從以下幾點(diǎn)探索：

（1）采用機(jī)制砂配制樁基海工高性能混凝土?xí)r，要求混凝土具有良好的流動性、黏聚性和高抗離析性?；炷撂涠?80～220mm、擴(kuò)展度500～600mm、1h 坍落度損失＜10%，強(qiáng)度有一定富余。宜選用相對較高的膠凝材料用量與石粉含量，保持較大的砂率，外加劑中適當(dāng)引氣、增大保坍組份。

（2）采用機(jī)制砂配制承臺海工高性能混凝土?xí)r，凝結(jié)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長，控制混凝土絕熱溫升?；炷撂涠?60～200mm、擴(kuò)展度400～500mm、1h 坍落度損失＜10%，抗壓強(qiáng)度不宜富余過大。采用相對低的膠凝材料用量，增加粉煤灰、礦粉、石粉等摻合料的比例，限制早期強(qiáng)度發(fā)展，可考慮按60d 強(qiáng)度進(jìn)行評定，在外加劑中增加緩凝組分，可延長凝結(jié)時(shí)間，摻加阻銹劑。

（3）用機(jī)制砂配制墩身、蓋梁海工高性能混凝土?xí)r，要求混凝土具有良好的工作性能、抗?jié)B性能、耐久性能和外觀質(zhì)量?；炷撂涠?60～200mm、擴(kuò)展度400～500mm、1h 坍落度損失＜10%，抗壓強(qiáng)度不宜富余過大。采取相對適中的膠凝材料用量，應(yīng)增加礦粉、石粉的摻量，增加粉煤灰、礦粉等摻合料的比例，外加劑中適當(dāng)引氣，宜摻入提高耐久性組分。

（4）用機(jī)制砂配制箱梁、索塔海工高性能混凝土?xí)r，要求混凝土具有良好的工作性能、抗?jié)B性能和耐久性能，以抗裂為核心，適當(dāng)提高早期強(qiáng)度，兼顧后期收縮、彈性模量、體積穩(wěn)定性和外觀質(zhì)量?；炷撂涠?60～200mm、擴(kuò)展度400～500mm、1h 坍落度損失＜10%。采取相對適中的膠凝材料用量、適中的礦物摻合料用量，降低單方用水量，提高集料用量，尤其應(yīng)使用級配優(yōu)良和粒形較好的集料，坍落度應(yīng)控制適當(dāng)，并降低外加劑中的引氣組分，控制含氣量。

3.2 配合比設(shè)計(jì)與計(jì)算

（1）機(jī)制砂海工高性能混凝土的配制強(qiáng)度可根據(jù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的歷史水平按公式計(jì)算確定：

σ—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

（2）當(dāng)沒有近期的同一品種、同一強(qiáng)度等級混凝土強(qiáng)度資料時(shí)，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差可按強(qiáng)度等級≤C30，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值4.0MPa；當(dāng)C35～C45 時(shí)，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值5.0MPa；當(dāng)C50～C55 時(shí)，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值6.5MPa。

（3）機(jī)制砂海工高性能混凝土的配制強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級、生產(chǎn)施工水平的差異和變化以及材料質(zhì)量可能的波動確定，對于設(shè)計(jì)使用年限為100 年的機(jī)制砂海工高性能混凝土單方用水量不宜超過160kg/m3，不應(yīng)超過170kg/m3。

（4）采用大摻量粉煤灰、?；郀t礦渣粉等礦物摻合料替代水泥。單摻粉煤灰時(shí)，粉煤灰摻量不宜超過膠材總量的40%。粒化高爐礦渣粉宜與粉煤灰復(fù)合摻入，摻合料總量不宜超過膠凝材料總量的60%。

（5）當(dāng)機(jī)制砂混凝土中加入?；郀t礦渣粉、粉煤灰等作為摻合料時(shí)，可不考慮機(jī)制砂中石粉含量的影響；并且機(jī)制砂中的石粉可替代粉煤灰作摻合料使用，其摻量可在膠凝材料質(zhì)量的10%～20%范圍通過試驗(yàn)確定。

（6）機(jī)制砂海工高性能混凝土砂率宜比天然河砂混凝土提高2%～4%。當(dāng)采用假定容重法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，機(jī)制砂海工高性能混凝土的假定容重應(yīng)比相應(yīng)的天然河砂混凝土高約20～40kg/m3。

（7）機(jī)制砂海工高性能混凝土內(nèi)總堿量要低于1.8kg/m3。當(dāng)機(jī)制砂中的石粉含量變化超過2%、細(xì)度模數(shù)變化超過0.2%時(shí)，應(yīng)及時(shí)試驗(yàn)，對砂率進(jìn)行調(diào)整。

3.3 配合比的試配與調(diào)整

在機(jī)制砂海工高性能混凝土的試配階段，除進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試外，還應(yīng)進(jìn)行抗氯離子滲透性試驗(yàn)，混凝土抗氯離子滲透性能委托具有相應(yīng)資質(zhì)的甲級檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)檢測驗(yàn)證。砂率優(yōu)選試驗(yàn)宜在37%～47%的范圍內(nèi)，每隔2%選取一個(gè)砂率進(jìn)行混凝土拌和物和易性試驗(yàn)，以混凝土的和易性達(dá)到最佳為合理砂率。應(yīng)參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）的規(guī)定計(jì)算單方混凝土中各原材料組分用量，核算單方混凝土的氯離子含量和總堿含量是否滿足相關(guān)要求，如不滿足，應(yīng)重新選擇原材料或調(diào)整計(jì)算配合比，直至滿足要求為止。機(jī)制砂海工高性能混凝土試配過程中應(yīng)采用工程中實(shí)際使用的原材料和攪拌方法，通過適當(dāng)調(diào)整混凝土減水劑用量或砂率調(diào)配出符合要求的混凝土試拌配合比。根據(jù)不同試拌配合比對應(yīng)混凝土拌和物的性能、抗裂性能和耐久性能試驗(yàn)結(jié)果，從中選擇最佳試拌配合比作為試驗(yàn)室確定的配合比，并出具混凝土配合比設(shè)計(jì)報(bào)告。

3.4 配合比設(shè)計(jì)總結(jié)

通過對該機(jī)制砂C35 海工高性能混凝土總堿量、氯離子總含量等指標(biāo)的理論計(jì)算，同時(shí)根據(jù)拌和物性能、力學(xué)性能等相關(guān)指標(biāo)的檢驗(yàn)，均符合相關(guān)規(guī)范要求。通過水膠比0.37 拌和物凝結(jié)時(shí)間的測定，滿足現(xiàn)場施工需求。經(jīng)過綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、適用性、工作性、耐久性等方面因素，最終確定機(jī)制砂C35 海工高性能混凝土的理論設(shè)計(jì)配合比，見表1。在實(shí)際施工過程中，需嚴(yán)格控制進(jìn)場原材料質(zhì)量和施工配合比的換算，若發(fā)生異常情況，及時(shí)停止拌和并查明原因，調(diào)整施工配合比，確保澆筑到實(shí)體中的混凝土質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

表1 終選C35 配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

4 河砂、機(jī)制砂對比

河砂C35 海工高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)與機(jī)制砂C35 海工高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及性能對比見表2 和表3。

表2 河砂C35 海工高性能混凝土性能參數(shù)

表3 機(jī)制砂C35 海工高性能混凝土性能參數(shù)

經(jīng)對比機(jī)制砂與河砂C35 海工高性能混凝土配合比，采用機(jī)制砂時(shí)，海工高性能混凝土1h 內(nèi)坍落度損失與河砂海工高性能混凝土坍落度損失相等，在1h 內(nèi)的坍落度可控。采用機(jī)制砂海工高性能混凝土的28d 抗壓強(qiáng)度和28d 氯離子擴(kuò)散系數(shù)會略好于河砂海工高性能混凝土。通過試驗(yàn)所涉及的參數(shù)都符合現(xiàn)場施工工藝及《關(guān)于寧上高速海工混凝土使用機(jī)制砂有關(guān)事項(xiàng)的批復(fù)》（閩高指建〔2022〕54 號）、《關(guān)于寧上高速公路霞浦至福安段工程海工混凝土構(gòu)件抗氯離子滲透性能檢測專題會議紀(jì)要》（寧澳J1 監(jiān)會〔2022〕9號）、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650-2020）、《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）、《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3310-2019）等規(guī)范要求。

5 結(jié)語

本文通過對C35 機(jī)制砂海工高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)和JC1 工地試驗(yàn)室驗(yàn)證，最終得到相關(guān)試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，用符合要求的機(jī)制砂拌制的C35 海工高性能混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能等技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，海工高性能混凝土的細(xì)集料擬采用機(jī)制砂取代河砂，嚴(yán)格按照施工規(guī)范優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)過程，確定配合比設(shè)計(jì)方案，將會產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。