西部通道深圳湾公路大桥通航孔桥

西部通道深圳湾公路大桥通航孔桥

冯飞敏

广东省长大公路工程有限公司

摘要：深圳湾公路大桥设计年限120年，这就要求除一部分易损耗构件具有更换功能外，对主体结构的耐久性也提出了很高的要求。与内陆江河上的同类型桥梁相比，本项目对工程用混凝土作了一些特殊要求，就是必须采用高性能混凝土以加强凝土致密性及抗渗性，从而达到增加结构物耐久性的要求。本文将着重介绍本桥的高性能混凝土配合比设计过程及其性能状态。

关键词：高性能混凝土；设计；配合比；性能

一工程概况

西部通道深圳湾公路大桥为连接香港、深圳和内地的大型跨境工程，全长4770米，大桥深圳侧长度为1600米，纵断面呈S型。其中深圳湾公路大桥通航孔桥为独塔单索面钢箱梁斜拉桥，全长345m，主跨跨径180m，桥跨布置为180m+90m+75m，双向六车道，全桥总宽为38.6m。全桥共4个墩，其中主2#墩为塔梁墩固结，索塔为混凝土结构，塔顶断面为矩形断面，索塔总高度为139.053m；主1、3、4号墩为柱式墩。主桥基础为承台和嵌岩桩组成的大型复合基础。本桥设计寿命为120年，耐久性要求高，设计要求主桥结构一律采用高性能混凝土。

二高性能混凝土配合比设计

1.本工程高性能混凝土技术要求

1.1水下桩基混凝土

１）设计强度等级为Ｃ30，配制强度不小于38.5MPa；

２）混凝土坍落度：180～220mm；

３）混凝土水胶比：不大于0.38；

4）混凝土耐久性要求高：抗渗等级不小于P6。按JTJ275-2000标准附录B规定方法检测，混凝土CL-渗透性不大于1000C；

5）凝结时间：混凝土初凝时间不早于12小时。

6）其它要求：碎石最大粒径不大于25mm，粉煤灰掺量满足高性能混凝土要求。

1.2承台高性能混凝土

设计坍落度为180～200mm，初凝时间未作要求，其它技术要求同桩基混凝土。

1.3索塔高性能混凝土

设计强度等级为Ｃ50，配制强度不小于59.9MPa；设计坍落度为180～220mm，其它技术要求同上。

２．原材料的选用

（1）水泥

水泥本身的性能及质量稳定性对混凝土拌合物性能、力学性能及耐久性能均有很大影响。针对本工程混凝土的性能特点及高性能混凝土的一般要求，主要选用知名品牌日本“小野田”42.5级普通硅酸盐水泥用于本工程，并以“粤秀”42.5级普通硅酸盐水泥为本工程的备选水泥。这两个品牌水泥的水化热较低，小野田7天水化热为290KJ/Kg；粤秀7天水化热为250KJ/Kg；水泥C3A含量较低，均小于8%；水泥中碱含量较低，低于0.6%。配合比设计试验前检测小野田P.O42.5水泥的物理性能试验结果见表1。

（2）河砂

河砂的级配及细度模数对混凝土拌合物和易性有较大影响，级配良好细度适中的河砂可更好保证混凝土拌合物的粘聚性、泌水性及抗离性。河砂中CL-含量过高会加速混凝土中钢筋的锈蚀，降低钢筋混凝土的耐久性。根据本工程特点进行市场筛选，最终选用惠州的洁净Ⅱ区河砂。砂子进场后定期取样按JTJ058-2000或JGJ52-92中规定的方法进行筛分、测定含泥量及CL-含量等试验，结果应满足如下要求：级配良好，细度模数2.6-2.9，通过0.315mm筛筛量不小于15%0.63mm筛的累计筛余大于50%，含泥量≤3%，泥块含量≤1%，CI-含量≤0.06%。

（3）碎石

碎石的颗料级配、料形、料径及其中的有害物质对混凝土性能均有影响。本工程选择了蛇口石场5-25mm碎石作为混凝土的粗骨料，碎石进场过程中应定期取样按JGJ52-92中的方法进行常规项目检验，并控制碎石质量指标达以下要求：级配符合5-25mm连续级配要求，针片状颗料总含量≤10%，压碎指标如值≤10%，吸水率＜1%，含泥量≤1%。试配前按JGJ53检测碎石主要性能指标如下：5-25mm连续级配，针片状颗粒含量6.1%，压碎指标值8.0%，紧密密度1520kg/m3，其它指标合格。

（4）矿物掺合料

矿物掺合料是高性能混凝土必不可少的组分，矿物掺合料的种类、质量和掺量对混凝土的耐久性有很大的影响。优质外掺料的掺入可以改善混凝土的孔结构，改良混凝土拌合物性能，提高混凝土的密实性，同时由于外掺料在混凝土中将与水泥水化后的部分产物进一步发生水化反应，促使混凝土的后期强度不断发展并消耗掉部分促使混凝土发生腐蚀反应的产物，从两个方面来看，对提高混凝土耐久性都有好处。根据市场筛选和结合本工程的实际特点，选择了沙角电厂的优质Ⅱ级以上粉煤灰、贵州铁合金厂的硅粉作为备选矿物掺合料经试验后掺入混凝土中，以提高混凝土的抗渗防腐性能。粉煤灰的质量指标如下：细度≤20%（0.045mm方孔筛筛余），烧失量＜5%，三氧化硫含量＜3%，碱含量＜0.8%，需水量比＜95%，含水量＜1%。硅粉的比表面积≥6000m2/kg，烧失量＜1%。各类矿物掺合料进场使用过程中，定期分批取样对其细度、需水量比、28天抗压强度、三氧化硫含量等质量指标进行检验。粉煤灰或硅粉进场后派专人验收，存放于专用的仓罐中，并清晰标识，避免与水泥和其它材料混淆。

粉煤灰试验配前检测结果见表2。

（5）高效减水剂

高性能混凝土都有低用水量、大坍落度的要求，因此必需选用低碱高效外加剂生产混凝土，同时对CL-等有害物加以控制。本桥选用国内实力较强的外加剂生产商兆深公司生产的KFDN-SP8A高效高性能减水剂。选用的外加剂主要性能如下：含固量为40%，推荐掺量1.8～3.0%，减水率30～40%，CL-含量低于0.2%。

（6）拌合水

生产中全部采用城市生活饮用水拌制混凝土。

3.高性能混凝土配制

（1）主要配合比参数的确定原则

a.水胶比（W/B）

提高混凝土抗腐性的主要途径是提高混凝土的密实性、抗渗性、抗裂性。水胶比与混凝土抗渗性能直接相关，与混凝土变形性能也有一定关系。在采用相同材料的情况下，水胶比越低，混凝土抗渗性越好，因此抗渗防腐要求越高的混凝土，其水胶比往往越低，但水胶比过低，混凝土自收缩将加大。在配合比设计时，水胶比的确定除满足混凝土强度及JTJ2000、JTJ04标准外，结合本工程的耐久性设计要求，除桥墩混凝土水胶比控制在0.35以下，其余混凝土水胶比宜控制在0.35～0.38间。

b.单方用水量

混凝土中单方用水量过多，对混凝土的长期性及耐久性均有害，根据本工程的特点配合比设计时控制混凝土的单方用水量在170kg以下（含外加剂中的水）。

c.胶凝材料用量

混凝土中水泥用量过多或过少对混凝土的综合性能均不利。胶凝材料用量过少，混凝土和易性变差，密实度不足。水泥用量过高，会使混凝土水化热偏高，总收缩率偏大。由于本工程高性能混凝土抗氯离子渗透性≤1000C，根据参考其他工程生产混凝土经验及所做的有关方面的试验研究，本工程混凝土每方胶凝材料用量控制在450～500kg之间。

d.砂率

砂率的确定需根据施工环境、施工方法、砂石级配情况、总胶凝材料用量等因素综合考虑。配合比设计时所确定的砂率以保证混凝土具有良好和易性为限，砂率不宜过大，否则会加大混凝土的收缩，降低混凝土的防水抗渗性能。经综合考虑，本工程砂率值控制在40～45%之间。

e.外加剂掺量

外加剂掺量的确定需在混凝土生产前综合当时气温情况、运输距离、施工要求、水泥品种等条件通过试验确定。

（1）配合比的确定

按照本桥高性能混凝土的技术要求及选用的材料进行大量实际试验后，优选确定本桥混凝土的配合比见表3。

（2）混凝土实际性能试验结果

本工程所选配合比实测性能指标如见表4。

三与普通混凝土相比，本配合比配制的高性能混凝土的优点：

1、具有较好的流动性、粘聚性、同时混凝土较粘稠。出机混凝土的坍落度均在220mm以上，坍落展度均在600mm以上（能满足施工泵送需要）。因混凝土单方面用水量较小，外加剂掺量较高，胶凝材料用量较高，因此混凝土较为粘稠，表现在混凝土流动速度要比普通混凝土慢许多，普通混凝土坍落度试验后不到10s便达到稳定状态，但本高性能混凝土往往要近20s才能达到稳定状态。

2、具有良好的保水性、抗离析性能。生产的混凝土较少泌水，现场施工浇灌的混凝土抽芯结果表明，碎石在结构物中分布均匀，在较长的凝结过程中，石子沉底聚集现象不明显。

3、混凝土有较长的凝结时间。两混凝土的凝结时间较长，有效保证了施工需要，同时对降低大体积混凝土水化温升有益。

4、混凝土具有良好抗渗性。混凝土90天CL-渗透性送检结果表明，混凝土的CL-渗透性均在800C以下，满足设计要求。

5、具有持续发展的强度。虽混凝土中水泥用量较低，但混凝土28天强度C30均在50MPa以上，180天强度达60MPa以上；C50混凝土28天强度达到70MPa以上，180天强度达80MPa以上，后期强度增长明显。

四结束语

深圳湾公路大桥（通航孔桥）于2006年6月份施工完毕，经检测（桩基采用100%超声波及5%钻芯检测），全桥桩基优良率为100%，其中，“B”类桩占4.4%；“A”类桩占95.6%。主墩承台及索塔等混凝土结构没有出现裂缝，且结构物外观光洁，无蜂窝面、气泡较少。

在深圳湾公路大桥高性能砼配合比设计过程中，我们吸取国内外同类行的经验，结合施工条件进行了大量的试配工作，且在施工前进行了同条件的模拟试验，确保该配合比的切实可行。本高性能砼配合比在实际施工中得到了很好的运用和验证，取得了明显的技术经济效果。

参考文献：

[1]《高性能混凝土的配制与应用》中国计划出版社2003年3月