高性能海工混凝土施工技术性能研究

高性能海工混凝土施工技术性能研究

韦忠明

华润混凝土(钦州)有限公司

【摘要】高强高性能海工混凝土，因其具有强度高、抗氯离子渗透能力强，是目前海洋工程重点研发的长寿命混凝土之一。本文结合笔者多年的研究与实践，探讨高性能海工混凝土施工技术性能，以供参考。

【关键词】高性能海工混凝土；施工技术性能；实践应用

    在海水环境里，混凝土结构需承受机械与人为等高强度的受力要求，结构易于失效，同时，混凝土结构在此环境中使用还会遭受冰冻、风浪和水质等多种天然因素的作用，容易使混凝土遭受损伤而缩短其耐久年限，因此可以说其所处的是最严峻的环境条件之一。再者，在海洋中对已有混凝土结构的维修、不仅施工困难，而且费用也比陆地上高昂许多。因此在跨海大桥建设过程中这是一个必须攻克的技术难关，与此同时对高性能海工混凝土施工技术性能展开探讨有着重要的意义。

1.海工混凝土应用具有的性能

    高性能海工混凝土(high performanceconcrete, HPC)由于其性能与效益等方面的突出优点对于跨海大桥有着非常重要的现实意义。其所应具备的较一般混凝土更高的性能表现为如下几点。（1）必须具有良好的力学性能（高强度、高工作性及高尺寸稳定性），同时还具有高耐久性，其性能要远远优于传统混凝土[1]。（2）综合防腐能力强。在这方面，国内外相关的科研与长期工程实践中提出并应用的一些对策如：提高混凝土保护层厚度、钢筋混凝土构件外涂层、钢筋表面使用致密涂覆如环氧涂层、混凝土中掺加钢筋腐蚀抑制剂如阻锈剂、混凝土中钢筋使用外加电流的阴极保护等，这些辅助措施在某种程度上作为防腐补救措施。而从本质上解决问题，还要是改善海工混凝土和钢筋混凝土结构耐久性，就是说采取的根本措施是从材质本身的性能出发，提高混凝土材料本身的耐久性能—采用高性能混凝土，加上前述的补充措施综合起来进行防腐，因此说要以高性能混凝土为主，补充措施为辅。（3）特别高的抗掺性。考虑到海水条件下的强腐蚀性，海工混凝土应特别具有较高的抗氯离子 C1的渗透性。其中结构裂缝的防治特别重要，因而还必须有良好的施工技术和辅助措施加以有效控制。（4）耐久性好。海工混凝土是高性能混凝土的一个分支, 它有高性能混凝土的高强和工作特性, 但又不同于其它高性能混凝土, 主要区别在于海工混凝土的耐久性指标上, 高性能混凝土耐久性指标主要包括抗氯离子渗透性、抗冻性、抗裂性、抗碳化、抗碱- 骨料反应、抗化学腐蚀和表面磨损性能等。其它类型的高性能混凝土对抗氯离子渗透性和抗冻性指标没有作具体要求。海工混凝土耐久性指标是根据不同海洋环境和海域气候条件来决定的, 但无论在何种海洋环境下设计和建造桥梁, 海工混凝土氯离子的渗透性都会有严格的要求, 桥梁工程各部位海工混凝土都有不同的氯离子渗透指标来控制, 以满足不同部位混凝土的在海洋环境下的耐久性要求, 海洋环境不同, 氯离子渗透指标的要求也不同; 抗冻性指标也是海工混凝土的一个耐久性设计指标, 当海洋区域内气候寒冷时才加以考虑, 杭州湾大桥施工规范对海工混凝土抗冻性要求不高, 只是要求新拌混凝土中含气量一般控制在4%~6%, 气泡间隔系数小于250μm即可[2]。

2.高性能海工混凝土施工作业技术控制要点分析

2.1关于技术标准

    以东海大桥建设为例，为保证大桥混凝土结构的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案，在国内首次提出 100 年设计基准期。为结合工程的具体需要，经众多科研力量的投入，在对跨海大桥混凝土结构耐久性策略和高性能混凝土的应用技术进行试验分析综合比选与深入研究的基础上，参考已有的工程规范，初步编制了跨海大桥超长寿命服役的相关技术规范，及高性能海工混凝土的设计与施工应用方面的技术标准，为跨海大桥工程的顺利实施提供了有力的设计依据与技术基础。施工过程控制入模时间要求在30 min 内。设计配合比下的施工混凝土坍落度及坍落度损失符合设计要求，且大体与试拌混凝土实验结果一致。

表1 东海大桥高性能海工混凝土技术标准

2.2试拌样品试验结果分析

    由试拌混凝土的力学性能分析可以知：相对于自然养护，蒸养条件下试拌混凝土各种强度（抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度等）以及弹性模量的形成大大加快，尤其表现在刚浇注完后的一段时间内（1～6 d），但不同的养护方式并不改变试拌混凝土的28 d强度[3]。

2.3海工混凝土不同养护测试分析

    由海工混凝土在不同养护条件下其强度变化，以及部分施工完的箱段不同养护条件下的力学性能表明：相对于自然养护与标养，蒸养条件下海工混凝土强度的形成大大加快，尤其表现在刚浇注完后的一段时间内（1～10 d），但是不同的养护方式下施工混凝土的28 d强度大体一致，即与试拌试验结果一样，验证了不同的养护方式并不改变混凝土的28 d强度，而只是改变混凝土强度形成的线路，这对于要求预制量很大且快的情况下具有十分重要的意义，结论在于蒸养可以在有限的模板平台基础上使混凝土强度快速形成，从而最大限度地利用模板来加快施工进度。

3.墩柱混凝土浇筑施工控制因素分析

    这里仍以东海大桥非通航孔段预制墩柱为例，其墩柱分为低墩、中墩和高墩，一般单节预制高度为8.5 m，重量280 t，最大单节预制高度为13 m，超过13 m的墩柱采用分节预制，最大单节重量为330 t。为了保证墩柱的质量，经过摸索、实践，我们总结出高性能混凝土在实际墩柱施工中有参考价值的施工经验———即:①要保证选择与加工的模板型号与墩身预制型号相匹配，通用性强，并且尽量少的维修且要保证质量；②要求选择与加工的模板能满足所有的预制墩身的高度要求，保证一次成型。

3.1模板系统安装与拆卸是影响质量的第一要素

    东海大桥墩柱的形状为空心弧形（上口为喇叭形），由于墩柱上口在竖向呈曲线变化，墩柱下部模板无法从钢筋顶部套下，只能分开安装成形，拆除时也必须分块拆除。模板安装时以行走式50 t履带吊作为主要起吊设备，并辅以脚手平台上的施工人员配合，进行拼接，拼接时应注意模板的拼缝和垂直度，确保墩柱的表观质量。（1）墩柱模板变形控制：钢外模板采用6 mm钢板作为面板，采用[10作为纵肋、间距25 mm～31 cm；采用双拼[16 作为围檩、间距60 cm；采用φ30 mm螺栓作为斜拉螺杆；模板之间采用φ16 mm螺栓连接；内外模板之间用φ20 mm对拉螺杆连接；经对整体墩柱检查，表面平整度控制在2 mm以内。（2） 墩柱外尺寸控制：左右模板间的接缝可采用适当的衬垫物衬平，并加止水带，模板与模板口一定要接平。围檩刚度应满足施工要求，保证在墩柱混凝土浇注过程中墩柱模板的垂直度符合要求。底模调节是施工中关键一环，其作用是控制预制墩柱的高度和垂直度。钢模板在安装前要及时涂脱模剂，均匀涂足并保持表面清洁，不得沾污钢筋和成型后的混凝土表面。（3） 拆摸时间控制：墩柱直线部分模板应在混凝土强度能保证其表面及棱角不致因拆模而损坏时拆除。以试块强度为准，根据设计要求在达到 50%设计强度之后拆除模板。按规定时间拆除模板后，应及时清除灰浆、维修整理、妥善存放。结构表面在48 h内整修消除接缝痕迹或混凝土表面的气泡。墩柱模板拆除后，要特别注意对成品墩柱的保护，表面必须用塑料薄膜整体包裹进行养护[4]。墩柱头部变异段模板应在混凝土强度能保证承受其自重力及其他可能的叠加荷载后方可拆除。

3.2浇筑振捣控制是混凝土致密的手段

    对于大体积混凝土连续浇注作业，除了对高性能海工混凝土进行系列试验外，从直观上观察，其与常规混凝土的比较，在相同坍落度的条件下更稠密。为此引入了“流动度”的概念，即坍落度试验中混凝土底部的扩散面积。（1）坍落度和流动度：经比较，在相同流动度的条件下，海工高性能混凝土的坍落度比常规混凝土大2 cm左右，常规混凝土在16 cm坍落度以上即可泵送，因此墩身预制混凝土浇筑初步选定坍落度为 18～20 cm 较为适宜。（2）坍落度损失：经验表明，坍落度18 cm的海工高性能混凝土，0.5 h损失约1 cm；1 h损失约3 cm；2 h损失约6 cm。因此，混凝土拌和后应在半小时内浇筑入模。（3）初凝时间和终凝时间:9 h 45 min 和12 h 55 min，最大方量的墩身混凝土在5 h内可浇筑完成。在实际的施工中，对高度12.989 m墩身的振捣，进行了方案比选，第一种是采取开孔的方式，由人进入墩身模板里面用手持振捣棒进行振捣；第二种是直接在墩身顶进行振捣。经实施采用功率为 2.2 kw，长14 m的φ70 mm振动棒，后者完全能达到规范要求。

3.3浇筑点控制是单体均衡的质量要点

    在浇筑混凝土操作过程中，为了更好地控制墩身的质量，采用分层浇筑并且按照顺时针方向分6个浇筑点，同时安排相应的振捣工进行振捣，保证混凝土密实，不发生漏振、少振现象。

（1）下料点位及分层厚度的选择。由于钢筋设计的数量密度比较大，在下料点的选择上，必须将顶部的部分结构钢筋让位，让布料机的料管能够伸入墩身内部，以减少混凝土的浇筑高度，保证混凝土的浇筑质量。在浇筑的过程中根据高度提升料管高度，最后恢复结构钢筋，完成混凝土的浇筑。对于空心结构的墩身，壁厚以50 cm为主，最厚的为80 cm。按照常规的分层厚度为30～50 cm，能充分振捣。

（2）振捣时间控制。在浇筑过程中要控制好下料的方量，按照6 h完成混凝土的浇筑任务，平均23 m3/h，0.4 m3/min的浇筑速度，插入式振捣棒每次插入的时间在120～150 s左右，来保证速度及位置的准确性。

3.4养护是达到标准的主要后续控制手段

    由于墩身高、体积庞大，养护方案选择采用塑料薄膜覆盖墩身整体，以达到防止水分流失的目的。预制场地处在沈家湾岛，属于海岛型潮湿多雨气候，空气中的水分充足，但由于高性能混凝土的高热性，在浇筑完成的48 h内即应进行浇水润湿，之后可采取自然养护。

4.结束语

    综上所述，我国很多跨海大桥的设计与施工都以耐久性为重要的目标，因此高性能混凝土的应用具有重要的意义，保障高性能海工混凝土的质量更是意义重大。这就要求相关人员必须对高性能海工混凝土施工技术性能应用进行把控，提高质量和应用效果，进而不断推动我国建筑工程建设工作的发展与进步。

【参考文献】

[1]崔兰芝.高性能海工混凝土配合比设计及在塔柱施工中的应用[J].公路,2018,2(6):233-236.

[2]黄爱兵.高性能海工混凝土的技术研究与施工[J].河南建材,2017,11(1):49-50.

[3]杨小杰.海工混凝土钢筋腐蚀及防护措施综述[J].江西建材,2015,2(13):7-8.

[4]蒋震.高温高湿环境下方块大体积海工混凝土抗裂性能研究[J].混凝土与水泥制品,2017,2(6):12-15.