跨海大橋高性能混凝土制備及應(yīng)用3.高性能混凝土的工程應(yīng)用2.高性能混凝土配制技術(shù)1.概述目錄混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的整體論混凝土結(jié)構(gòu)耐久性大跨徑橋梁施工工藝特點現(xiàn)代混凝土材料的特性工程管理的現(xiàn)狀現(xiàn)階段特大型橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施

為什么

開裂現(xiàn)象較為普遍？

大跨徑橋梁高塔泵送施工超大體積基礎(chǔ)施工超大箱梁高水泥用量、高早強、高砂率、高漿體率水化溫升高、基礎(chǔ)約束大高水泥用量、高早強、薄壁結(jié)構(gòu)、約束復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜、配筋密集、邊界約束大大跨徑橋梁施工工藝的特點在約束條件下溫度收縮、干縮應(yīng)力大于抗壓強度砼開裂耐久性下降現(xiàn)代混凝土材料的特點早期彈性模量提高徐變減小水灰比(水膠比)降低水泥磨細(xì)、早期強度提高混合材料活性提高

(用水量)漿骨比增加

水化溫升提高溫度收縮應(yīng)變增加自收縮增加拉應(yīng)變增加拉應(yīng)力增加約束早期開裂傾向增加環(huán)境作用耐久性下降

早期強度大幅度提高的要求我國日益增長的混凝土工程建設(shè)需要與有限的自然資源形成矛盾；對現(xiàn)代混凝土的認(rèn)知、利益趨動以及監(jiān)管體制等方面的原因，我國混凝土原材料品質(zhì)差異較大、質(zhì)量不穩(wěn)定，難以滿足重大工程要求；水泥：片面追求強度，水泥偏細(xì)，比表面積太大；混合材質(zhì)量不穩(wěn)定且超摻。粉煤灰：優(yōu)質(zhì)粉煤灰產(chǎn)量不足；普遍顆粒粗，含碳量高，需水量大；品質(zhì)周期性變化。礦粉：礦粉早期活性較低，以石粉等取代礦粉使用。骨料：碎石針片狀含量高，級配差；天然砂資源逐漸枯竭，細(xì)度模數(shù)偏小、含泥量大且品質(zhì)不穩(wěn)定；沿海地區(qū)有些工程使用海砂，山區(qū)大量使用機制砂。外加劑：單純以價格選擇外加劑；外加劑使用不當(dāng)造成混凝土離析、泌水、氣泡和開裂等問題；日趨嚴(yán)峻的原材料供需矛盾養(yǎng)護條件對不同水灰比混凝土空氣滲透性的影響

50年代開始，戰(zhàn)后重建和資本主義國家經(jīng)濟高速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)開始大量應(yīng)用，包括近海橋梁和海洋港工結(jié)構(gòu)。60年代初，發(fā)達國家交通運輸大發(fā)展，開始在冬季下雪的道路上噴灑除冰鹽。60年代末，始料未及的氯鹽引起鋼筋的嚴(yán)重銹蝕，開始在發(fā)達國家大量出現(xiàn)。從70年代開始，不斷采取措施提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。包括：增加抗氯鹽引起鋼筋銹蝕的混凝土保護層厚度研發(fā)高性能混凝土開發(fā)防腐蝕措施：環(huán)氧涂層鋼筋、混凝土防腐面層、阻銹劑、陰極保護改善結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法（90年代）采取以上防腐技術(shù)，美國新建橋梁的耐久性比二、三十年前有很大改善，預(yù)期已能滿足75年以上設(shè)計壽命。發(fā)達國家耐久性問題走過的道路2.1高性能混凝土定義2.2膠凝材料體系優(yōu)化2.3骨料體系優(yōu)化技術(shù)2.4化學(xué)外加劑技術(shù)2.5混凝土配合比設(shè)計原則2.高性能混凝土配制技術(shù)2.1高性能混凝土定義采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求各項力學(xué)性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土?！陡咝阅芑炷翍?yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS207：2006）高性能混凝土為一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)，針對不同用途的要求，對下列性能有重點的加以保證：耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性?！獏侵袀ピ菏扛咝阅芑炷恋挠蓙?0世紀(jì)80年代，美國國家材料委員會提出：要為新世紀(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開發(fā)高性能的建筑材料，包括鋼材、混凝土、塑料等。1990年5月，在美國馬里蘭州Gaithers-burg城由NIST和ACI主辦了第一次關(guān)于HPC的國際研討會，會議首次提出關(guān)于高性能混凝土的定義。高耐久性。是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。高工作性。高性能混凝土不是某一個方面的高性能，而是綜合性能的優(yōu)異和穩(wěn)定，必然要求高工作性。力學(xué)性能。與普通混凝土相比，高性能混凝土摻入一定的礦物摻合料，使用高性能外加劑，減少用水量，改善混凝土界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實度，在相同條件下具有力學(xué)性能優(yōu)勢。體積穩(wěn)定性。高性能混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。經(jīng)濟性。高性能混凝土品質(zhì)的高性能不以大副提高成本為代價，反而因為多組分的使用、良好的耐久性和工作性降低成本，具有施工和使用維護過程的經(jīng)濟性優(yōu)勢。高性能混凝土性能特點高性能混凝土的必要組分高性能混凝土在材料上與普通混凝土的重要區(qū)別是：使用高效減水劑、使用礦物細(xì)摻料和采用低水灰比。普通混凝土：水泥、水、砂、石——四元組分高性能混凝土：水泥、礦物摻合料、外加劑、水、砂、石——多元組分

磨細(xì)礦渣粉煤灰硅灰磨細(xì)鋼渣等減水劑緩凝劑保塑劑膨脹劑等2.2.1水泥具有低的開裂敏感性、良好的勻質(zhì)性，盡可能低的需水量，有利于混凝土結(jié)構(gòu)長期性能的發(fā)展。最重要的是產(chǎn)品的勻質(zhì)性，控制指標(biāo)的上下限。質(zhì)檢合格的水泥未必能滿足混凝土的需要，相同品種和強度的水泥可能會在混凝土中有不同的表現(xiàn)。2.2膠材體系優(yōu)化水化熱及其釋放速率：礦物組成和細(xì)度、水化溫度需水量：比表面積、堿含量開裂敏感性：礦物組成、比表面積、C3A含量、水泥溫度、堿含量水泥與外加劑的相容性：比表面積、比表面積、石膏形態(tài)和含量、堿含量性能穩(wěn)定性和耐久性：礦物組份、比表面積、含堿量、氯離子含量水泥品質(zhì)不良導(dǎo)致的混凝土質(zhì)量問題某特大橋梁澆筑主塔混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)混凝土到達溫峰時間較短，溫控效果較差，開裂現(xiàn)象較多。經(jīng)過試驗對比發(fā)現(xiàn)工程所用水泥C3A含量較高，配制出的混凝土早期強度較高，后期增長緩慢，更換水泥后開裂現(xiàn)象減少。不同廠家生產(chǎn)的相同品種、相同強度硅酸鹽水泥在混凝土中的不同表現(xiàn)

水泥細(xì)度對混凝土裂縫的影響復(fù)合膠凝效應(yīng)理論物理過程化學(xué)過程顆粒級配填充效應(yīng)微集料效應(yīng)誘導(dǎo)激活效應(yīng)二次水化反應(yīng)結(jié)合效應(yīng)宏觀性能力學(xué)性能滲透性能尺寸穩(wěn)定性微觀結(jié)構(gòu)界面效應(yīng)物理化學(xué)過程2.2.2礦物摻和料SiO2%Fe2O3%Al2O3%CaO%MgO%細(xì)度m2/kg水泥203.55650.1300~400粉煤灰5010.42832400~600水泥、粉煤灰的化學(xué)成分掃描電鏡下粉煤灰的形貌（一）粉煤灰

水化膠凝反應(yīng)充填和致密作用減水作用降溫作用（二）高爐礦渣高爐礦渣的主要成分是由CaO、Al2O3、SiO2、等組成的硅酸鹽和鋁酸鹽，比表面積400-700m2/kg，在堿激發(fā)劑作用下早期活性高于粉煤灰。能提高抗化學(xué)侵蝕性，抗氯子滲透性，后期強度增長率高?；瘜W(xué)收縮和自收縮較大。比粉煤灰抗碳化性能較好。一般摻量不降低混凝土溫升。（三）硅灰化學(xué)成分（％）細(xì)度(m2/kg)BET法測定比重（g/cm3）SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgONa2OK2O92.00.80.30.40.30.20.9220002.2某品牌硅灰化學(xué)物理技術(shù)指標(biāo)

⑴混凝土中摻入硅灰后，大大降低水泥漿體中的孔隙尺寸，改善了隙尺寸分布，提高早期強度和混凝土抗?jié)B性、致密度，混凝土耐久性提高；

⑵由于硅灰早期活性的提高，也使得混凝土的水化熱和收縮增加，可能造成早期開裂敏感性的增加，必須加強混凝土的早期養(yǎng)護，預(yù)制構(gòu)件中硅灰應(yīng)用較多。氯離子擴散系數(shù)－常養(yǎng)、等溫匹配（NTC常溫，HTC60度℃水養(yǎng)）摻粉煤灰普硅水泥超疊效應(yīng)：粉煤灰的顆粒形態(tài)效應(yīng)、硅灰的填充效應(yīng)以及共摻的粒徑配伍效應(yīng)是混凝土改善孔結(jié)構(gòu)、孔隙細(xì)化的物理因素?；钚孕?yīng)：火山灰反應(yīng)是混凝土孔結(jié)構(gòu)及水泥石與骨料界面改善的化學(xué)因素。界面效應(yīng)：摻和料摻入可減小界面區(qū)的寬度，提高界面強度和密實度。降溫效應(yīng)：減少水泥用量，降低混凝土水化熱及溫度應(yīng)力。減水作用：優(yōu)質(zhì)粉煤灰由于其“滾珠”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性，減少混凝土單位體積用水量，硬化后水泥漿體干縮小。提高耐久性：降低氯離子滲透能力，提高混凝土的護筋性；大摻量粉渣對混凝土中氯離子有吸附作用，并能抑制堿骨料反應(yīng)。

摻和料提高耐久性機理分析海工混凝土配制技術(shù)路線控制水膠比：減小收縮、提高強度和抗?jié)B性限制膠材用量：抗裂性能和抗?jié)B性能均衡發(fā)展大摻量礦物摻合料：降低混凝土水化熱選擇適合的膠材比例：發(fā)揮級配效應(yīng)、提高混凝土致密性低水膠比、大摻量摻和料（粉煤灰、礦粉）和高效減水劑是配制海工混凝土的基本手段。以海工砼耐久性為核心，抗?jié)B性與抗裂性并重，以砼各項性能的均衡發(fā)展為目標(biāo)。

配伍設(shè)計，自密實堆積技術(shù)路線2.3骨料體系優(yōu)化含泥量與軟弱顆粒吸水率線脹系數(shù)與彈性模量壓碎強度大顆粒粗骨料的間隙由小顆粒填充小顆粒粗骨料的間隙由細(xì)骨料填充漿體填充骨料的空隙并在其表面形成潤滑層，使拌合物具有滿足施工需要的工作度良好的骨料級配是改善混凝土和易性最有效技術(shù)途徑；自緊密堆積體系強度最佳。集料的性能指標(biāo)34機制砂技術(shù)

優(yōu)勢：價格比天然砂低或等同；質(zhì)量穩(wěn)定，有害雜質(zhì)少；同水膠比混凝土強度高于天然砂；適用于天然細(xì)骨料匱乏、性能指標(biāo)不滿足要求

缺點：顆粒形貌不如天然砂，混凝土流動性不及天然砂；石粉含量高，需水量比較高；機制砂關(guān)鍵技術(shù)不同巖石種類機制砂性質(zhì)相差很大，嚴(yán)格選擇母巖，禁止用風(fēng)化嚴(yán)重的泥質(zhì)砂巖加工機制砂。例如玄武巖吸水率就大于石灰?guī)r。加工機制砂需配有顆粒整形設(shè)備，合理的破碎、整形設(shè)備與配套工藝是確保粒形和級配良好的關(guān)鍵。機制砂與河砂相比,由于有一定數(shù)量的石粉,使得混凝土的和易性得到改善,可在一定程度上改善混凝土保水性、泌水性、粘聚性。石粉含量、MB值、細(xì)度模數(shù)控制；膠凝材料體系的合理選擇；采用機制砂專用外加劑，高減水、抑制泥土吸附劑由于級配良好的碎石生產(chǎn)要求多套篩分系統(tǒng)，成本較高，而骨料供不應(yīng)求，碎石和機制砂企業(yè)粗放生產(chǎn)，不注重設(shè)備、技術(shù)更新。使用廉價的顎式破碎機，粗骨料的針片狀顆粒高，空隙率大，導(dǎo)致混凝土拌合物和易性差，膠凝材料用量普遍偏大。粗骨料中5-10mm的顆粒很少，不僅增大膠凝材料用量，影響體積穩(wěn)定性，而且影響混凝土結(jié)構(gòu)承受動載時的傳荷能力。河砂資源緊缺，含泥量大，細(xì)度模數(shù)偏小，沿海工程有使用淡化海砂的趨勢，工程質(zhì)量存在隱患。機制砂使用越來越普遍，機制砂的生產(chǎn)和質(zhì)量控制是關(guān)鍵。目前工程中集料使用的現(xiàn)狀二十世紀(jì)混凝土強度水平發(fā)展回顧木質(zhì)素素磺酸鹽減水劑萘系高效減水劑高效減水劑+硅灰聚羧酸高效減水劑+優(yōu)質(zhì)摻合料2.4化學(xué)外加劑體系優(yōu)化技術(shù)聚羧酸減水劑生產(chǎn)過程無排放，環(huán)境友好減水率高，可提高混凝土強度，和耐久性大量利用工業(yè)固體廢渣，減少水泥用量----------------++++++++electrostaticrepulsion-------------------------------------++++++++-------------------------------------++++++++----------------++++++++SterichindrancePCPNS聚羧酸系減水劑與萘系分子結(jié)構(gòu)比較化學(xué)外加劑復(fù)配技術(shù)與原理工程環(huán)境、結(jié)構(gòu)和施工對外加劑功能的要求1）施工環(huán)境條件隨著交通行業(yè)的發(fā)展，施工地域范圍越來越廣，如海洋環(huán)境、寒冷氣候、熱帶炎熱氣候等，這些對外加劑提出了更嚴(yán)格的要求。海洋環(huán)境：較高的減水率、與礦物摻合料適應(yīng)性好，易于泵送施工等特點。高寒氣候：低溫不析晶、適量含氣量、抗凍性好等特點。熱帶炎熱氣候：抑制早期水化、降溫溫升、混凝土坍落度損失小等特點。東北橋梁工程—遼寧遼河大橋冬季施工引橋樁基和承臺封底遼河特大橋建在遼寧省西南部大遼河入海口處，主橋長866m，處于東北海洋氯鹽侵蝕環(huán)境，長江以北地區(qū)跨度最大的雙塔雙索面斜拉橋。

因項目趕工期，要求進行冬季施工，施工時的溫度在零下15℃度。要求混凝土外加劑具有-10℃以內(nèi)不結(jié)冰、抗氯離子侵蝕性能和抗析晶等效果，最終選用復(fù)合性的抗凍早強聚羧酸鹽高效減水劑工程部位及標(biāo)號膠材用量及比例水膠比每方混凝土用量kg/m3水泥粉煤灰礦粉砂碎石減水劑水樁基450(67:11:22)0.37300501007529588.32166遼河大橋馬來西亞檳城二橋熱帶炎熱承臺大體積混凝土地處屬于熱帶雨林氣候，海洋環(huán)境，氣溫30℃以上，存在氯鹽侵蝕，高溫、干濕循環(huán)復(fù)合作用?；炷翉姸鹊燃墳镚40/20，28d電通量低于1000C，28d吸水率低于0.10ml/m2/s，混凝土內(nèi)部最高溫度低于70℃。為控制溫度裂縫，還要有足夠的緩凝時間，外觀質(zhì)量要求高，不泌水；水泥為粉煤灰水泥，采用低水膠比，適量摻合料（礦粉和硅灰）要求混凝土外加劑具有緩凝、減水和坍落度損失小的效果，最終選用緩凝型聚羧酸鹽高效減水劑原材料用量（kg/m3）坍落度（mm）粉煤灰水泥礦粉硅灰砂碎石水緩凝型聚羧酸外加劑2881291377910321604.3200承臺混凝土澆筑2）施工澆筑工藝混凝土施工澆筑工藝不同，對外加劑也有不同的要求。如吊斗施工、泵送施工和皮帶機運輸?shù)雀咚盟凸に嚕夯炷琳扯刃?、穩(wěn)定性能好，無泌水，經(jīng)時坍落度損失小、高抗離析、可泵性能好等特點。皮帶機布料工藝：要求混凝土和易性好，有高觸變性、低流變、克服混凝土骨料分離等特點。吊斗施工工藝：施工簡單方便，混凝土流動性較小，易振搗等特點。蘇通大橋北主塔蘇通大橋主橋索塔300.4m，索塔由上塔柱、中塔柱、下塔柱和橫梁組成，混凝土強度等級C50。索塔施工期長，受春、夏、秋、冬四個季節(jié)不同氣候條件的影響。索塔全部采用清水混凝土施工，要求混凝土表面平整、光潔等外觀缺陷。主塔施工時要求混凝土一泵到頂，泵送難度大。索塔配合比分三個部位進行設(shè)計：根部10m高混凝土選擇纖維、礦物摻合料和收縮率小的外加劑。10～100m高揚程泵送混凝土取消纖維和選用坍損小的外加劑。100～310m泵送混凝土采用保坍性能好的聚羧酸系列外加劑，適量引氣、控制合適拌合物容重和坍落度。蘇通大橋北主塔索塔結(jié)構(gòu)部位混凝土配合比kg/m3坍落度（mm）水泥粉煤灰砂石外加劑纖維水初始1h后根部<10m3689274011103.220.915920520010～100m3689274011103.22/159210205100～310m3849672811004.22/164210220金塘大橋塔座濕接頭非通航孔墩身與承臺的安裝接頭為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，即濕接頭混凝土，墩身濕接頭混凝土標(biāo)號為C40，一次性澆筑完成。墩座濕接頭混凝土受基礎(chǔ)約束大、溫度應(yīng)力等因素的影響，拆除模板后的混凝土表面易出現(xiàn)裂縫。針對濕接頭開裂的原因，主要采取以下防裂措施：通過優(yōu)化配比，降低混凝土水化熱溫升控制混凝土坍落度，采用吊斗法工藝施工混凝土。改善濕接頭混凝土內(nèi)約束條件。改善混凝土養(yǎng)護條件。金塘大橋墩座濕接頭

實施效果：混凝土澆筑后的墩座濕接頭防裂效果良好，沒有出現(xiàn)有害溫度裂縫。

3）工程結(jié)構(gòu)特點隨著大跨徑橋梁、隧道和高鐵等交通事業(yè)的飛速發(fā)展，工程中出現(xiàn)的特殊的混凝土結(jié)構(gòu)對外加劑提出了不同的要求。地鐵盾構(gòu)管片、軌道板：拆模時間早、高早強、外觀質(zhì)量好等特點。大體積素混凝土結(jié)構(gòu)：緩凝時間長、水化放熱低、防裂等特點。全斷面澆筑預(yù)制構(gòu)件：凝結(jié)時間與施工工藝匹配、混凝土流動性好等特點。軌道交通工程—寧波地鐵寧波地鐵預(yù)制盾構(gòu)管片本工程地下水位高，且存在氯鹽侵蝕的隱患對混凝土抗裂和抗?jié)B等耐久性要求高，盾構(gòu)區(qū)間主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用壽命為100年采用工廠法預(yù)制、蒸汽養(yǎng)護，對早期強度要求較高，脫模強度（一般為10~12h）應(yīng)大于15MPa控制混凝土坍落度為50±20mm，并且粘聚性好、不離析、不泌水采用低水膠比，適量摻合料（粉煤灰和礦粉復(fù)摻）和高效減水劑要求混凝土外加劑具有早強和減水效果，最終選用早強型聚羧酸鹽高效減水劑寧波地鐵預(yù)制盾構(gòu)管片膠材用量配合比設(shè)計參數(shù)水膠比砂率/%原材料用量kg/m3水泥粉煤灰礦粉砂碎石水早強型聚羧酸鹽高效減水劑44014K0.3239348316169811161415.28鐵路工程—哈大客運專線哈大客運專線CRTS-I型軌道板

哈大客運專線所處嚴(yán)寒地區(qū)，該地區(qū)具有氣溫低、溫差大、凍融循環(huán)嚴(yán)重等特點?；炷辆哂袧M足設(shè)計要求的強度、彈性模量，并具有預(yù)防堿骨料反應(yīng)性能。根據(jù)環(huán)境類別及侵蝕作用等級，具有抗凍性、抗?jié)B性等。采用工廠法預(yù)制、蒸汽養(yǎng)護，對早期強度要求較高，脫模強度16h應(yīng)大于40MPa?；炷撂涠葹?20±20mm，并且粘聚性好、不離析、不泌水采用低水膠比，適量摻合料（專用摻合料）和早強型聚羧酸鹽高效減水劑軌道板膠材用量配合比設(shè)計參數(shù)水膠比砂率/%原材料用量kg/m3水泥專用摻合料砂碎石水早強型聚羧酸鹽高效減水劑49010Z0.28354414962311571384.9海南三亞某軍工碼頭工程8#雙橋式消磁碼頭試澆塊地處南方熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，6月月平均28.8℃，氣溫較高夏季混凝土澆筑溫度不應(yīng)高于30℃方塊尺寸為4.5×7.99×4m，混凝土方量為143.82m3，混凝土為素混凝土，標(biāo)號為C25控制大體積混凝土不出現(xiàn)裂縫，夏季氣溫高，難以滿足澆筑溫度控制要求采用低水膠比，適量摻合料（粉煤灰）和高效減水劑+水化熱降低劑要求混凝土外加劑具有緩凝、降低水化熱和減水效果，最終選用緩凝型聚羧酸鹽高效減水劑+水化熱降低劑原材料用量（kg/m3）坍落度（mm）水泥粉煤灰砂碎石5~63mm水減水劑JY-N水化熱降低劑2673070512531432.970.74360海南三亞某軍工碼頭港珠澳工廠法預(yù)制沉管本工程同時處于Ⅰ類碳化和Ⅲ類海洋氯化物腐蝕環(huán)境條件下，設(shè)計使用壽命為120年，沉管結(jié)構(gòu)采用工廠法預(yù)制，全斷面澆筑?；炷?8天干燥收縮低于260με，開裂溫度低于6℃，絕熱溫升小于43℃，抗?jié)B等級大于P12，氯離子擴散系數(shù)56d小于4.5×10-12m2/s為防止內(nèi)腔混凝土翻模，混凝土應(yīng)是低流變的，坍落度小；為使混凝土易于振搗密實，應(yīng)具有高觸變性，粘度低；為了保證浮運和沉放安全，要求對混凝土容重精確控制混凝土凝結(jié)時間匹配。港珠澳預(yù)制沉管隧道工程港珠澳預(yù)制沉管混凝土使用的外加劑滿足：混凝土低流變、高觸變、容重精確控制；并且能根據(jù)沉管混凝土澆筑區(qū)域和時間，滿足不同結(jié)構(gòu)部位混凝土同步凝結(jié)，確?；炷敛怀霈F(xiàn)冷縫。50配合比優(yōu)化原則分析可能導(dǎo)致混凝土劣化的主要因素和次要因素；提出滿足混凝土施工和耐久性的技術(shù)指標(biāo)；原材料優(yōu)選-膠材、骨料、外加劑體系根據(jù)原材料變化調(diào)控配合比；合理的混凝土容重和強度；核算單位立方混凝土成本。

2.5混凝土配合比優(yōu)化3.高性能混凝土的工程應(yīng)用2.高性能混凝土配制技術(shù)1.概述目錄3.1港珠澳大橋島隧工程

預(yù)制沉管混凝土配制及控裂方案工程概況工廠法預(yù)制，流水線生產(chǎn)、裝配式施工混凝土泵送，全斷面澆筑冰水冷卻、噴霧養(yǎng)護、溫濕度監(jiān)控節(jié)段匹配澆筑、液壓頂推和浮運沉放施工對新拌混凝土性能、凝結(jié)狀態(tài)、早期強度和容重控制提出嚴(yán)格要求施工工藝特點沉管控裂難點分析工程名稱厄勒海峽隧道釜山隧道港珠澳隧道特點結(jié)構(gòu)尺寸176×39.75×8.7m180×26.5×9.75m180×37.95×11.4m管壁最厚處達1.7m尺寸最大結(jié)構(gòu)壁厚結(jié)構(gòu)型式四孔單廊道雙孔單廊道雙孔單廊道單孔跨度最大混凝土C40C35C45設(shè)計標(biāo)號高節(jié)段方量2700m32200m33420m3單次方量大采用全斷面澆筑工藝，對混凝土工作性、勻質(zhì)性要求高施工區(qū)域常年環(huán)境溫度高，年平均溫度為23℃，溫控難度大海島環(huán)境施工，自然資源有限、施工條件受到制約預(yù)制沉管混凝土技術(shù)指標(biāo)混凝土配制要求強度等級(MPa)氯離子擴散系數(shù)(×10-12m2/s)抗?jié)B等級硬化容重(kg/m3)坍落度(mm)初凝時間(h)28d56d28d56d28dC45C50≤6.5≤4.5＞P122440±30200±2010~15為滿足早期頂推施工：3d抗壓強度≥20.1MPa,3d劈拉強度≥2.01MPa

遵循以耐久性為核心，抗裂性、抗?jié)B性與工作性并重，混凝土各項性能均衡發(fā)展的海工混凝土配合比設(shè)計原則?？刂扑z比：減小收縮、提高強度和抗?jié)B性限制膠材及水泥用量、采用大摻量礦物摻合料：降低混凝土水化熱、抗裂性能和抗?jié)B性能均衡發(fā)展選擇適合的膠材比例：發(fā)揮級配效應(yīng)、提高混凝土致密性使用級配、粒形良好的集料：降低漿體率、提高體積穩(wěn)定性適量的引氣：提高抗裂性、改善混凝土的施工性混凝土配制原則

JAF水化量熱儀

凈漿圓環(huán)開裂氯離子擴散

平板開裂

干縮溫度監(jiān)測情況項目模型試驗1#剪力鍵2#剪力鍵3#“L”形4#“L”形S1足尺S2足尺環(huán)境溫度34~36℃32~24℃23~27℃15~17℃12~13℃26~27℃澆筑溫度36.0℃33.0℃26.0℃17.3℃16.6℃26.0℃最高溫度70.6℃65.7℃64.8℃53.7℃54.3℃69.8℃最大溫升33.4℃32.7℃38.8℃36.4℃37.4℃43.6℃最大溫差21.1℃20.0℃21.6℃23.3℃23.4℃24.3℃降溫速率14℃/d13.6℃/d5.9℃/d2.9℃/d5.8℃/d5.0℃/d配合比選擇膠凝材料用量kg/m3水膠比水泥粉煤灰礦粉河砂大石小石減水劑%kg/m3%kg/m3%kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3高溫季節(jié)常溫季節(jié)4200.344518925105301267807303134.2低溫季節(jié)4400.344318927120301317277383164.4配合比坍落度及1h損失/mm含氣量(%)容重(kg/m-3)抗壓強度/MPa劈拉強度/MPa絕熱溫升/℃抗?jié)B等級28d干縮氯離子擴散系數(shù)*10-12m2/s3d28d56d3d28d56d28d56d高溫季節(jié)常溫季節(jié)200/1902.0%240028.757642.654.414.9542.4＞P12288με4.42.7低溫季節(jié)200/1902.3%240030.259672.824.525.0244.5＞P12292με4.22.4推薦配合比溫控計算根據(jù)預(yù)制沉管的環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)特點及混凝土性能，確定仿真計算參數(shù)建立有限元模型，確定邊界條件，設(shè)計不同工況進行比較，分析溫度應(yīng)力變化規(guī)律按照抗裂安全系數(shù)大于1.4的原則，確定不出現(xiàn)溫度裂縫的安全工況結(jié)合類似工程溫控措施的調(diào)研結(jié)果，確定本工程適用的溫控標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)溫控標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場施工條件，研究選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理的溫控措施環(huán)境條件熱學(xué)參數(shù)材料性能結(jié)構(gòu)參數(shù)力學(xué)參數(shù)邊界條件有限元仿真計算fsp/σ≥1.4計算拉應(yīng)力(σ)實測劈裂抗拉強度(fsp)溫控標(biāo)準(zhǔn)是否調(diào)整原材料溫度控制澆筑溫度控制最高溫度控制養(yǎng)護溫濕度控制類似工程調(diào)研沉管溫濕度監(jiān)控預(yù)警預(yù)制沉管溫控仿真分析

積累近十年海工混凝土徐變、收縮和彈模數(shù)據(jù)考慮工廠法預(yù)制工藝條件取值，并通過小尺寸模型試驗反演修正采用專用溫控程序和通用程序進行對比計算校核模型參數(shù)取值澆筑溫度按不同工況取值絕熱溫升不同配比的實測值比熱0.92kJ/(kg·℃)導(dǎo)熱系數(shù)9.03kJ/(m·h·℃)28d彈性模量不同配比的實測值泊松比0.167強度增長系數(shù)按實際值擬合曲線收縮按實際值擬合曲線線膨脹系數(shù)1.0×10-5/℃徐變按實際值擬合曲線摩擦系數(shù)7%環(huán)境溫度以25℃、18℃為界限，考慮高溫、常溫、低溫散熱系數(shù)有保溫狀態(tài)取18kJ/(m2·h·℃)；無保溫狀態(tài)取58kJ/(m2·h·℃)仿真計算參數(shù)項目膠材總量(kg/m3)水膠比水泥粉煤灰礦粉砂率外加劑基準(zhǔn)配比4200.3445%/189kg25%/105kg30%/126kg42%1%冬季配比4400.3443%/189kg27%/119kg30%/132kg41%1%參數(shù)抗壓強度(MPa)劈拉強度(MPa)彈性模量(GPa)絕熱溫升(℃)3d7d28d3d7d28d基準(zhǔn)配比28.742.357.22.723.153.9542.542.4冬季配比30.246.359.42.783.214.0344.744.5預(yù)制沉管混凝土配合比（占膠材比例/每方用量）預(yù)制沉管混凝土力學(xué)和熱學(xué)性能材料性能環(huán)境條件時間12月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月全年最低氣溫(℃)8.88.014.511.415.618.521.823.122.223.221.512.98.0最高氣溫(℃)22.421.522.824.227.427.531.736.234.635.629.727.636.2平均氣溫(℃)17.113.918.018.821.423.725.027.828.028.425.421.022.4考慮不同月平均溫度劃分季節(jié)高溫季節(jié)，月均溫≥25℃，6~10月常溫季節(jié)，月均溫18~25℃，3~5、11月低溫季節(jié)，月均溫≤18℃，12、1、2月環(huán)境工況設(shè)計環(huán)境條件澆筑溫度（℃）養(yǎng)護條件高溫季節(jié)28一般養(yǎng)護濕度≥50%常溫季節(jié)2623低溫季節(jié)2320高溫季節(jié)28噴霧養(yǎng)護濕度≥80%常溫季節(jié)23低溫季節(jié)20按不同季節(jié)設(shè)定不同澆筑溫度考慮常規(guī)覆蓋灑水和棚內(nèi)噴霧兩種養(yǎng)護條件早期應(yīng)力集中于表面，主要由內(nèi)表溫差引起；后期應(yīng)力集中于內(nèi)部，由混凝土降溫和干縮疊加引起，隨著齡期增加而增大，一個月后趨于穩(wěn)定；抗裂安全系數(shù)在早期和后期均有低值，早期應(yīng)控制混凝土內(nèi)部最高溫度，后期需通過養(yǎng)護控制內(nèi)表溫差，充分利用徐變作用緩慢釋放內(nèi)應(yīng)力，降低內(nèi)表溫差和最高溫度、加強養(yǎng)護是裂縫控制的關(guān)鍵措施。表面、中心點應(yīng)力發(fā)展曲線和安全系數(shù)應(yīng)力發(fā)展的規(guī)律后期應(yīng)力集中于中心早期應(yīng)力集中與表面溫控標(biāo)準(zhǔn)混凝土澆筑溫度控制高溫季節(jié)：澆筑溫度≤28℃常溫季節(jié)：澆筑溫度≤23℃低溫季節(jié)：澆筑溫度≤20℃最高溫度控制高溫季節(jié)、常溫季節(jié)：最部最高溫度≤70℃低溫季節(jié)：最部最高溫度≤65℃溫差控制最大內(nèi)表溫差≤25℃表面與環(huán)境溫差≤15℃養(yǎng)護水與表面溫差≤15℃降溫速率控制：拆模后≤3℃/d材料溫度控制指標(biāo)溫度控制措施水泥≤55℃水泥出廠≤70℃，船運上島轉(zhuǎn)入中間倉，使用溫度≤55℃礦粉≤45℃出廠溫度≤50℃，中間倉儲存倒運，使用溫度≤45℃粉煤灰≤45℃出廠溫度≤50℃，中間倉儲存倒運，使用溫度≤45℃砂≤30℃材料提前進場、入庫儲存，料場搭棚遮陽石≤30℃材料提前進場、入庫儲存，料場搭棚遮陽，必要時灑水降溫水≤5℃2臺5t/h的制冷機組制取冷水外加劑≤30℃材料入庫儲存，現(xiàn)場儲罐刷白原材料溫度控制現(xiàn)場溫控措施（一）

粉料溫度控制試驗室進行檢測控制粉料的進場溫度；中間儲存轉(zhuǎn)運倉降溫，符合控制溫度后才能倒運至攪拌站；攪拌站罐體及中間倉刷白處理，并在罐體周圍設(shè)噴水系統(tǒng)。水泵粉料罐水管和噴頭（二）

骨料溫度控制設(shè)置砂石料料棚，防止陽光直嗮，先來先用，充分自然冷卻；棚頂設(shè)噴水霧系統(tǒng)，降低料棚內(nèi)環(huán)境溫度；骨料上料斜皮帶廊道和稱量倉底部通冷風(fēng)，控制上料過程中的溫升。噴霧系統(tǒng)通冷風(fēng)制冷水和片冰拌合混凝土澆筑溫度控制制冷水全年需要，加冰量依據(jù)環(huán)境溫度和澆筑溫度要求變化高溫季節(jié)加冰量30~60kg，常溫季節(jié)加冰量10~40kg，低溫季節(jié)不加冰日平均溫度121314151617181920212223242526272829303132加冰量kg/m303691215182124273033363942454851545760混凝土加冰量速查表水化熱溫升控制嚴(yán)格控制混凝土配合比防止運輸過程混凝土溫度上升運輸罐車包裹輸送拖泵遮陽輸送泵管降溫倉面噴霧控制施工環(huán)境溫濕度澆筑區(qū)采用倉面噴霧，降低環(huán)境溫度，提高濕度澆筑完后所有裸露面覆蓋土工布，并保持濕潤拆模后進入養(yǎng)護棚噴霧養(yǎng)護，養(yǎng)護區(qū)相對濕度控制大于80%RH養(yǎng)護水溫度與混凝土表面溫度差≤15℃預(yù)制沉管拆模后濕養(yǎng)護時間不少于14d出棚后覆蓋保濕養(yǎng)護沉管混凝土養(yǎng)護預(yù)制沉管采用工廠法生產(chǎn)，流水式作業(yè)，機具設(shè)備來回穿梭，采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，避免常規(guī)測線對施工的干擾監(jiān)測系統(tǒng)全面覆蓋原材料倉庫、混凝土攪拌站、預(yù)制廠房、沉管實體、自動養(yǎng)護區(qū)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程全方位的溫度和濕度監(jiān)測預(yù)制沉管對溫控的時效性、準(zhǔn)確性要求高，專門開發(fā)可視化溫控監(jiān)測預(yù)警軟件用于溫控監(jiān)測，實現(xiàn)控裂數(shù)據(jù)快速分析處理和形象展示，便于及時掌控溫控信息預(yù)制管節(jié)溫度監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)工作示意圖以8個管節(jié)為一批，第1和第5個管節(jié)布設(shè)20個測點，其余管節(jié)布設(shè)5個校驗測點。監(jiān)測覆蓋全部的252個管段，共布設(shè)測點2205個。金塘大橋是舟山大陸連島工程中的第五座跨海特大橋，全長21km，其中跨海橋梁長18.4km。主航孔橋為主跨620m的雙塔雙索面斜拉橋。工程所處環(huán)境屬Ⅲ類腐蝕環(huán)境，作用等級為E～F，設(shè)計使用年限100年。氣候條件惡劣，冬季寒冷、多季風(fēng)；夏季高溫，臺風(fēng)頻繁；施工難度大。海工混凝土耐久性至關(guān)重要，對其配制、施工控制提出高要求。工程概況3.2金塘跨海大橋海工混凝土配制混凝土配制技術(shù)指標(biāo)灌注樁混凝土——坍落度在200±20mm，擴展度≥450mm；1小時后坍落度損失≤10%；工作性能良好、無離析泌水現(xiàn)象；28d強度≥56MPa；84d氯離子擴散系數(shù)≤2.5×10-12m2/s。承臺混凝土——坍落度在在180±20mm，擴展度≥450mm；1小時后坍落度損失≤10%；工作性能良好、無離析泌水現(xiàn)象；混凝土絕熱溫升≤38℃；84d氯離子擴散系數(shù)≤2.5×10-12m2/s。箱梁混凝土——4d抗壓強度大于設(shè)計值的80%；控制混凝土坍落度為160~200mm，并且粘聚性好、不離析、不泌水；1h經(jīng)時損失值小于10%；84天氯離子擴散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s；外觀質(zhì)量好。主塔混凝土——實際混凝土配制強度大于60MPa；流動性大、粘聚性好、不離析、不泌水；能滿足垂直高程泵送；1h經(jīng)時損失值小于10%；壓力泌水小于20ml；84天氯離子擴散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s。結(jié)構(gòu)部位配制要求配制重點對策樁基流動性、粘聚性好、抗離析，強度有一定富余工作性相對較高的膠材用量、適合的W/C及引氣量承臺工作性好、抗裂性能優(yōu)良、抗?jié)B性能好抗裂性能、抗?jié)B性56d強度評定，減少膠材、增加粉煤灰摻量、限制早期強度、墩身工作性好、抗?jié)B性能好、外觀質(zhì)量好外觀質(zhì)量、抗?jié)B性適當(dāng)提高礦粉摻量、適中的膠材用量和W/C、適當(dāng)引氣箱梁工作性好、較高的早期強度、抗裂性能優(yōu)良、抗?jié)B性能好、體積穩(wěn)定性好較高的早期強度、抗裂性能減少膠材、增加集料用量；適中礦物摻合料、較小W/C主塔工作性好、抗裂性能良、抗?jié)B性能好、外觀質(zhì)量好、體積穩(wěn)定性好工作性、外觀質(zhì)量、抗裂性適當(dāng)增加粉煤灰摻量、適中的W/C、適當(dāng)引氣海工混凝土配合比設(shè)計金塘大橋C35灌注樁混凝土配合比設(shè)計編號膠凝材料（Kg/m3）粉煤灰摻量（%）礦粉摻量（%）配合比膠凝材料：砂：石：水：外加劑14300451:1.75:2.40:0.35:0.012243015301:1.73:2.43:0.34:0.012343030151:1.71:2.48:0.34:0.01244304001:1.71:2.48:0.33:0.01254504001:1.65:2.56:0.33:0.012試驗配合比工作性編號坍落度（cm）倒坍落度時間（s）凝結(jié)時間（h）和易性0h1h1.5h初凝終凝118171434——較粘220181626——一般3222018221622較好4222121151926易泵送5211917191723易泵送力學(xué)性能抗?jié)B性能此外，配合比4具有經(jīng)濟性優(yōu)勢，推薦配合比為4。優(yōu)化配合比編號配合比（kg/m3）膠材總量水泥粉煤灰礦粉砂碎石水外加劑阻銹劑CZ138015211411476910601334.2/CZ2405162/40162/4081/2072410801424.4/CZ34301501948671010651504.7/CZ44051621628172410801344.48金塘大橋C40承臺大體積混凝土配合比設(shè)計試驗氯離子擴散系數(shù)試驗配合比工作性和力學(xué)性能編號坍落度（cm）含氣量（%）凝結(jié)時間（h）抗壓強度（MPa）0h1.5h初凝終凝7d28d60dCZ119.519.03.2162435.352.956.9CZ221.019.53.4192440.256.963.4CZ323.022.54.0212741.557.164.2CZ422.020.04.0212737.554.3/干縮性能金塘大橋C50預(yù)制箱梁混凝土配合比設(shè)計試驗編號原材料用量kg/m3水泥粉煤灰礦粉砂碎石水外加劑XL14700010947001433.8XL22222005811046761463.8XL3235/50164/3571/1510947001433.7XL42351419410947001433.7XL52121649410987021433.7

試驗配合比XL1195/50024004.10180XL1195/5002400彈性模量/10-4·MPaXL2190/50024104.30180XL2190/50024103d7d28dXL1195/50024004.10180XL3190/50024203.84.24.4XL2190/50024104.30180XL4200/50024303.64.24.5XL3190/50024204.70180XL5200/50024303.44.04.3XL4200/50024304.70185XL1195/50024003.23.74.0XL5200/50024304.70185XL2190/50024103.03.63.8

工作性和力學(xué)性能早期自收縮徐變碳化氯離子滲透系數(shù)

推薦配合比：XL3

3.3寧波軌道交通工程工程概況軌道交通工程結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，工藝多，涉及水下灌注樁，地連墻，板、梁、柱，預(yù)制管片等結(jié)構(gòu)，對混凝土原材料和混凝土的性能要求高。寧波軌道交通工程耐久性影響因素多，技術(shù)要求高。C35P8防水混凝土：坍落度在180±20mm，擴展度≥450mm；1小時后坍落度損失≤10%；工作性能良好、無離析泌水現(xiàn)象；試驗抗?jié)B等級達到P10，56d電通量指標(biāo)≤1000C。C30地下連續(xù)墻、灌注樁：坍落度在在200±20mm，擴展度≥500mm；1小時后坍落度損失≤10%；工作性能良好、無離析泌水現(xiàn)象；28d試配強度≥45MPa;試驗抗?jié)B等級達到P10，56d電通量指標(biāo)≤1000C。C40梁、柱混凝土：坍落度在在180±20mm，擴展度≥450mm；3d達到設(shè)計強度的70%；28d碳化深度≤10mm；56d電通量指標(biāo)≤800C。C50預(yù)應(yīng)力梁混凝土：坍落度在在180±20mm，擴展度≥450mm；張拉時強度≥40MPa；28d碳化深度≤5mm；56d電通量指標(biāo)≤600C。結(jié)構(gòu)部位配制要求配制重點對策防水混凝土流動性、粘聚性好、抗離析，強度有一定富余抗?jié)B性能相對較高的膠材用量、適合的W/C及引氣量地下連續(xù)墻混凝土工作性好、抗?jié)B性能好工作性、抗?jié)B性單摻粉煤灰，適當(dāng)增加摻量C35車站大體積混凝土工作性好、抗?jié)B性能好、外觀質(zhì)量好抗裂性能、抗?jié)B性適當(dāng)提高礦粉摻量、適中的膠材用量和W/C、適當(dāng)引氣C40梁、柱混凝土工作性好、較高的早期強度、抗裂性能優(yōu)良、抗?jié)B性能好、體積穩(wěn)定性好，抗碳化性能較高的早期強度、抗裂性能減少膠材、適中礦物摻合料、較小W/CC50預(yù)應(yīng)力梁混凝土工作性好、抗裂性能良、抗?jié)B性能好、外觀質(zhì)量好、體積穩(wěn)定性好較高的早期強度、抗裂性、抗?jié)B性減少膠材、增加集料用量；適中礦物摻合料、較小W/C軌道交通工程混凝土配合比設(shè)計C35P8防水混凝土配制試驗編號水膠比原材料用量kg/m3工作性水泥粉煤灰礦粉功能組分砂碎石水外加劑坍落度/mm擴展度/mmNF-00.364100//73511031474.10170450NF-10.36287123//73511031473.32200470NF-20.36246164/40//73511031473.32210480NF-30.36205/50123/3082/20/73611031473.32200480NF-40.36246123/41*73711061473.69190440NF-50.36254.2123032.8**72511291473.69195490NF-60.36246164/0.6***73511031473.90190450力學(xué)性能抗?jié)B性能水化熱試驗28d干縮試驗編號NF-0NF-1NF-2NF-3NF-4NF-5NF-6開裂時間/h6.814.615.421.520.520.819.0裂縫最大寬度/mm2.61.71.50.60.80.80.4

橢圓環(huán)開裂試驗C30地下連續(xù)墻、灌注樁