跨海大桥高性能混凝土制备及应用

跨海大桥高性能混凝土制备及应用现在是1页\一共有108页\编辑于星期五3.高性能混凝土的工程应用2.高性能混凝土配制技术1.概述目录现在是2页\一共有108页\编辑于星期五混凝土结构耐久性的整体论混凝土结构耐久性现在是3页\一共有108页\编辑于星期五混凝土耐久性的对立统一混凝土耐久性抗裂性胶材用量水胶比胶骨比矿渣掺量粉煤灰掺量抗渗性现在是4页\一共有108页\编辑于星期五大跨径桥梁施工工艺特点现代混凝土材料的特性工程管理的现状现阶段特大型桥梁等基础设施

为什么

开裂现象较为普遍？

现在是5页\一共有108页\编辑于星期五大跨径桥梁高塔泵送施工超大体积基础施工超大箱梁高水泥用量、高早强、高砂率、高浆体率水化温升高、基础约束大高水泥用量、高早强、薄壁结构、约束复杂结构复杂、配筋密集、边界约束大大跨径桥梁施工工艺的特点在约束条件下温度收缩、干缩应力大于抗压强度砼开裂耐久性下降现在是6页\一共有108页\编辑于星期五现代混凝土材料的特点早期弹性模量提高徐变减小水灰比(水胶比)降低水泥磨细、早期强度提高混合材料活性提高

(用水量)浆骨比增加

水化温升提高温度收缩应变增加自收缩增加拉应变增加拉应力增加约束早期开裂倾向增加环境作用耐久性下降

早期强度大幅度提高的要求现在是7页\一共有108页\编辑于星期五我国日益增长的混凝土工程建设需要与有限的自然资源形成矛盾；对现代混凝土的认知、利益趋动以及监管体制等方面的原因，我国混凝土原材料品质差异较大、质量不稳定，难以满足重大工程要求；水泥：片面追求强度，水泥偏细，比表面积太大；混合材质量不稳定且超掺。粉煤灰：优质粉煤灰产量不足；普遍颗粒粗，含碳量高，需水量大；品质周期性变化。矿粉：矿粉早期活性较低，以石粉等取代矿粉使用。骨料：碎石针片状含量高，级配差；天然砂资源逐渐枯竭，细度模数偏小、含泥量大且品质不稳定；沿海地区有些工程使用海砂，山区大量使用机制砂。外加剂：单纯以价格选择外加剂；外加剂使用不当造成混凝土离析、泌水、气泡和开裂等问题；日趋严峻的原材料供需矛盾现在是8页\一共有108页\编辑于星期五强度水泥工程结构研究混凝土甲方管理监理结构设计强度强度强度强度强度提高比表面积、增加C3A流变性能下降收缩增加水化热热增大抗化学腐蚀性下降后期强度增长小骨料级配变差针片状颗粒增多流变性能下降混凝土耐久性下降工程质量检验—唯“强度”论现在是9页\一共有108页\编辑于星期五养护条件对不同水灰比混凝土空气渗透性的影响

现在是10页\一共有108页\编辑于星期五氯盐侵蚀

已构成对混凝土结构耐久性的

最大威胁影响工程正常使用，缩短工程使用寿命，造成巨大的经济损失:建造费用＋维修费用＋拆除与废弃物处置费用。背离可持续发展的道路：资源枯竭，废弃混凝土难以处置，国土破坏、环境污染。工程的经验教训使人们认识到，重视耐久性，增加耐久性措施，延长结构的使用寿命，是最经济的设计。我国跨海桥梁混凝土耐久性问题严峻，防腐蚀设计不够系统完善，施工质量控制不严，混凝土原材料面临资源短缺。现在是11页\一共有108页\编辑于星期五50年代开始，战后重建和资本主义国家经济高速发展，混凝土结构开始大量应用，包括近海桥梁和海洋港工结构。60年代初，发达国家交通运输大发展，开始在冬季下雪的道路上喷洒除冰盐。60年代末，始料未及的氯盐引起钢筋的严重锈蚀，开始在发达国家大量出现。从70年代开始，不断采取措施提高混凝土结构耐久性。包括：增加抗氯盐引起钢筋锈蚀的混凝土保护层厚度研发高性能混凝土开发防腐蚀措施：环氧涂层钢筋、混凝土防腐面层、阻锈剂、阴极保护改善结构耐久性设计方法（90年代）采取以上防腐技术，美国新建桥梁的耐久性比二、三十年前有很大改善，预期已能满足75年以上设计寿命。发达国家耐久性问题走过的道路现在是12页\一共有108页\编辑于星期五3.高性能混凝土的工程应用2.高性能混凝土配制技术1.概述目录现在是13页\一共有108页\编辑于星期五2.1高性能混凝土定义2.2胶凝材料体系优化2.3骨料体系优化技术2.4化学外加剂技术2.5混凝土配合比设计原则2.高性能混凝土配制技术现在是14页\一共有108页\编辑于星期五2.1高性能混凝土定义采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。————《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207：2006）高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。————吴中伟院士高性能混凝土的由来20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg城由NIST和ACI主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。现在是15页\一共有108页\编辑于星期五高耐久性。是高性能混凝土应用的主要目的。高工作性。高性能混凝土不是某一个方面的高性能，而是综合性能的优异和稳定，必然要求高工作性。力学性能。与普通混凝土相比，高性能混凝土掺入一定的矿物掺合料，使用高性能外加剂，减少用水量，改善混凝土界面结构，提高混凝土的密实度，在相同条件下具有力学性能优势。体积稳定性。高性能混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。经济性。高性能混凝土品质的高性能不以大副提高成本为代价，反而因为多组分的使用、良好的耐久性和工作性降低成本，具有施工和使用维护过程的经济性优势。高性能混凝土性能特点现在是16页\一共有108页\编辑于星期五高性能混凝土的必要组分高性能混凝土在材料上与普通混凝土的重要区别是：使用高效减水剂、使用矿物细掺料和采用低水灰比。普通混凝土：水泥、水、砂、石——四元组分高性能混凝土：水泥、矿物掺合料、外加剂、水、砂、石——多元组分

磨细矿渣粉煤灰硅灰磨细钢渣等减水剂缓凝剂保塑剂膨胀剂等现在是17页\一共有108页\编辑于星期五水泥具有低的开裂敏感性、良好的匀质性，尽可能低的需水量，有利于混凝土结构长期性能的发展。最重要的是产品的匀质性，控制指标的上下限。质检合格的水泥未必能满足混凝土的需要，相同品种和强度的水泥可能会在混凝土中有不同的表现。2.2胶材体系优化水化热及其释放速率：矿物组成和细度、水化温度需水量：比表面积、碱含量开裂敏感性：矿物组成、比表面积、C3A含量、水泥温度、碱含量水泥与外加剂的相容性：比表面积、比表面积、石膏形态和含量、碱含量性能稳定性和耐久性：矿物组份、比表面积、含碱量、氯离子含量现在是18页\一共有108页\编辑于星期五现行水泥应用存在的问题为提高强度使比表面积增大、水化放热快，早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩、易开裂；C3A含量、碱含量、氯离子含量超标，影响混凝土耐久性；水泥生产过程中，石膏与熟料的温度通常较高，从而使二水石膏脱水生成半水石膏再脱水生成硬石膏，影响了石膏的缓凝效果，有些水泥厂为了节约成本，采用无水石膏代替CaSO4.2H2O，易出现适应性不良。单纯追求强度，使用助磨剂磨细、掺用“增强剂”等，增加了开裂敏感性和不利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分；普通硅酸盐水泥中混合材品质较差、且经常超标，造成水泥质量波动大，外加剂适应性不良水泥出厂温度高，造成混凝土浇筑温度过高，混凝土凝结时间不正常，早期开裂问题普遍。现在是19页\一共有108页\编辑于星期五水泥品质不良导致的混凝土质量问题某特大桥梁浇筑主塔混凝土时，发现混凝土到达温峰时间较短，温控效果较差，开裂现象较多。经过试验对比发现工程所用水泥C3A含量较高，配制出的混凝土早期强度较高，后期增长缓慢，更换水泥后开裂现象减少。现在是20页\一共有108页\编辑于星期五不同厂家生产的相同品种、相同强度硅酸盐水泥在混凝土中的不同表现现在是21页\一共有108页\编辑于星期五水泥主要矿物水化发展现在是22页\一共有108页\编辑于星期五

水泥细度对混凝土裂缝的影响现在是23页\一共有108页\编辑于星期五复合胶凝效应理论物理过程化学过程颗粒级配填充效应微集料效应诱导激活效应二次水化反应结合效应宏观性能力学性能渗透性能尺寸稳定性微观结构界面效应物理化学过程矿物掺和料现在是24页\一共有108页\编辑于星期五掺合料的使用粉煤灰

利：收缩小，抗裂性好，抗腐蚀好，后期强度增长率大弊：早期强度低，对水敏感

对策：低水胶比，加强保湿养护矿渣磨细矿渣：增加比表面积，发挥潜在活性，提高密实性；收缩增加，温升高，不利于耐久性

对策：控制细度，加大掺量硅灰利：提高强度，增加密实度和抗腐蚀性弊：需水量大，自收缩大,不利于降低温升

对策：控制掺量，与粉煤灰复合使用现在是25页\一共有108页\编辑于星期五SiO2%Fe2O3%Al2O3%CaO%MgO%细度m2/kg水泥203.55650.1300~400粉煤灰5010.42832400~600水泥、粉煤灰的化学成分扫描电镜下粉煤灰的形貌（一）粉煤灰

水化胶凝反应充填和致密作用减水作用降温作用现在是26页\一共有108页\编辑于星期五（二）高炉矿渣高炉矿渣的主要成分是由CaO、Al2O3、SiO2、等组成的硅酸盐和铝酸盐，比表面积400-700m2/kg，在碱激发剂作用下早期活性高于粉煤灰。能提高抗化学侵蚀性，抗氯子渗透性，后期强度增长率高。化学收缩和自收缩较大。比粉煤灰抗碳化性能较好。一般掺量不降低混凝土温升。现在是27页\一共有108页\编辑于星期五（三）硅灰化学成分（％）细度(m2/kg)BET法测定比重（g/cm3）SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgONa2OK2O92.00.80.30.40.30.20.9220002.2某品牌硅灰化学物理技术指标

⑴混凝土中掺入硅灰后，大大降低水泥浆体中的孔隙尺寸，改善了隙尺寸分布，提高早期强度和混凝土抗渗性、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热和收缩增加，可能造成早期开裂敏感性的增加，必须加强混凝土的早期养护，预制构件中硅灰应用较多。现在是28页\一共有108页\编辑于星期五粉煤灰矿粉硅灰氯离子扩散系数随矿物掺和料掺量变化图现在是29页\一共有108页\编辑于星期五氯离子扩散系数－常养、等温匹配（NTC常温，HTC60度℃水养）掺粉煤灰普硅水泥现在是30页\一共有108页\编辑于星期五超叠效应：粉煤灰的颗粒形态效应、硅灰的填充效应以及共掺的粒径配伍效应是混凝土改善孔结构、孔隙细化的物理因素。活性效应：火山灰反应是混凝土孔结构及水泥石与骨料界面改善的化学因素。界面效应：掺和料掺入可减小界面区的宽度，提高界面强度和密实度。降温效应：减少水泥用量，降低混凝土水化热及温度应力。减水作用：优质粉煤灰由于其“滚珠”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性，减少混凝土单位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小。提高耐久性：降低氯离子渗透能力，提高混凝土的护筋性；大掺量粉渣对混凝土中氯离子有吸附作用，并能抑制碱骨料反应。

掺和料提高耐久性机理分析现在是31页\一共有108页\编辑于星期五海工混凝土配制技术路线控制水胶比：减小收缩、提高强度和抗渗性限制胶材用量：抗裂性能和抗渗性能均衡发展大掺量矿物掺合料：降低混凝土水化热选择适合的胶材比例：发挥级配效应、提高混凝土致密性低水胶比、大掺量掺和料（粉煤灰、矿粉）和高效减水剂是配制海工混凝土的基本手段。以海工砼耐久性为核心，抗渗性与抗裂性并重，以砼各项性能的均衡发展为目标。现在是32页\一共有108页\编辑于星期五

配伍设计，自密实堆积技术路线2.3骨料体系优化含泥量与软弱颗粒吸水率线胀系数与弹性模量压碎强度大颗粒粗骨料的间隙由小颗粒填充小颗粒粗骨料的间隙由细骨料填充浆体填充骨料的空隙并在其表面形成润滑层，使拌合物具有满足施工需要的工作度良好的骨料级配是改善混凝土和易性最有效技术途径；自紧密堆积体系强度最佳。集料的性能指标现在是33页\一共有108页\编辑于星期五机制砂技术

优势：价格比天然砂低或等同；质量稳定，有害杂质少；同水胶比混凝土强度高于天然砂；适用于天然细骨料匮乏、性能指标不满足要求

缺点：颗粒形貌不如天然砂，混凝土流动性不及天然砂；石粉含量高，需水量比较高；机制砂关键技术不同岩石种类机制砂性质相差很大，严格选择母岩，禁止用风化严重的泥质砂岩加工机制砂。例如玄武岩吸水率就大于石灰岩。加工机制砂需配有颗粒整形设备，合理的破碎、整形设备与配套工艺是确保粒形和级配良好的关键。机制砂与河砂相比,由于有一定数量的石粉,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、细度模数控制；胶凝材料体系的合理选择；采用机制砂专用外加剂，高减水、抑制泥土吸附剂34现在是34页\一共有108页\编辑于星期五由于级配良好的碎石生产要求多套筛分系统，成本较高，而骨料供不应求，碎石和机制砂企业粗放生产，不注重设备、技术更新。使用廉价的颚式破碎机，粗骨料的针片状颗粒高，空隙率大，导致混凝土拌合物和易性差，胶凝材料用量普遍偏大。粗骨料中5-10mm的颗粒很少，不仅增大胶凝材料用量，影响体积稳定性，而且影响混凝土结构承受动载时的传荷能力。河砂资源紧缺，含泥量大，细度模数偏小，沿海工程有使用淡化海砂的趋势，工程质量存在隐患。机制砂使用越来越普遍，机制砂的生产和质量控制是关键。目前工程中集料使用的现状现在是35页\一共有108页\编辑于星期五二十世纪混凝土强度水平发展回顾木质素素磺酸盐减水剂萘系高效减水剂高效减水剂+硅灰聚羧酸高效减水剂+优质掺合料2.4化学外加剂体系优化技术聚羧酸减水剂生产过程无排放，环境友好减水率高，可提高混凝土强度，和耐久性大量利用工业固体废渣，减少水泥用量现在是36页\一共有108页\编辑于星期五----------------++++++++electrostaticrepulsion-------------------------------------++++++++-------------------------------------++++++++----------------++++++++SterichindrancePCPNS聚羧酸系减水剂与萘系分子结构比较现在是37页\一共有108页\编辑于星期五化学外加剂复配技术与原理现在是38页\一共有108页\编辑于星期五工程环境、结构和施工对外加剂功能的要求1）施工环境条件随着交通行业的发展，施工地域范围越来越广，如海洋环境、寒冷气候、热带炎热气候等，这些对外加剂提出了更严格的要求。海洋环境：较高的减水率、与矿物掺合料适应性好，易于泵送施工等特点。高寒气候：低温不析晶、适量含气量、抗冻性好等特点。热带炎热气候：抑制早期水化、降温温升、混凝土坍落度损失小等特点。现在是39页\一共有108页\编辑于星期五东北桥梁工程—辽宁辽河大桥冬季施工引桥桩基和承台封底辽河特大桥建在辽宁省西南部大辽河入海口处，主桥长866m，处于东北海洋氯盐侵蚀环境，长江以北地区跨度最大的双塔双索面斜拉桥。

因项目赶工期，要求进行冬季施工，施工时的温度在零下15℃度。要求混凝土外加剂具有-10℃以内不结冰、抗氯离子侵蚀性能和抗析晶等效果，最终选用复合性的抗冻早强聚羧酸盐高效减水剂工程部位及标号胶材用量及比例水胶比每方混凝土用量kg/m3水泥粉煤灰矿粉砂碎石减水剂水桩基450(67:11:22)0.37300501007529588.32166辽河大桥现在是40页\一共有108页\编辑于星期五马来西亚槟城二桥热带炎热承台大体积混凝土地处属于热带雨林气候，海洋环境，气温30℃以上，存在氯盐侵蚀，高温、干湿循环复合作用。混凝土强度等级为G40/20，28d电通量低于1000C，28d吸水率低于0.10ml/m2/s，混凝土内部最高温度低于70℃。为控制温度裂缝，还要有足够的缓凝时间，外观质量要求高，不泌水；水泥为粉煤灰水泥，采用低水胶比，适量掺合料（矿粉和硅灰）要求混凝土外加剂具有缓凝、减水和坍落度损失小的效果，最终选用缓凝型聚羧酸盐高效减水剂原材料用量（kg/m3）坍落度（mm）粉煤灰水泥矿粉硅灰砂碎石水缓凝型聚羧酸外加剂2881291377910321604.3200承台混凝土浇筑现在是41页\一共有108页\编辑于星期五2）施工浇筑工艺混凝土施工浇筑工艺不同，对外加剂也有不同的要求。如吊斗施工、泵送施工和皮带机运输等高塔泵送工艺：混凝土粘度小、稳定性能好，无泌水，经时坍落度损失小、高抗离析、可泵性能好等特点。皮带机布料工艺：要求混凝土和易性好，有高触变性、低流变、克服混凝土骨料分离等特点。吊斗施工工艺：施工简单方便，混凝土流动性较小，易振捣等特点。现在是42页\一共有108页\编辑于星期五苏通大桥北主塔苏通大桥主桥索塔300.4m，索塔由上塔柱、中塔柱、下塔柱和横梁组成，混凝土强度等级C50。索塔施工期长，受春、夏、秋、冬四个季节不同气候条件的影响。索塔全部采用清水混凝土施工，要求混凝土表面平整、光洁等外观缺陷。主塔施工时要求混凝土一泵到顶，泵送难度大。索塔配合比分三个部位进行设计：根部10m高混凝土选择纤维、矿物掺合料和收缩率小的外加剂。10～100m高扬程泵送混凝土取消纤维和选用坍损小的外加剂。100～310m泵送混凝土采用保坍性能好的聚羧酸系列外加剂，适量引气、控制合适拌合物容重和坍落度。苏通大桥北主塔索塔结构部位混凝土配合比kg/m3坍落度（mm）水泥粉煤灰砂石外加剂纤维水初始1h后根部<10m3689274011103.220.915920520010～100m3689274011103.22/159210205100～310m3849672811004.22/164210220现在是43页\一共有108页\编辑于星期五金塘大桥塔座湿接头非通航孔墩身与承台的安装接头为现浇钢筋混凝土，即湿接头混凝土，墩身湿接头混凝土标号为C40，一次性浇筑完成。墩座湿接头混凝土受基础约束大、温度应力等因素的影响，拆除模板后的混凝土表面易出现裂缝。针对湿接头开裂的原因，主要采取以下防裂措施：通过优化配比，降低混凝土水化热温升控制混凝土坍落度，采用吊斗法工艺施工混凝土。改善湿接头混凝土内约束条件。改善混凝土养护条件。金塘大桥墩座湿接头

实施效果：混凝土浇筑后的墩座湿接头防裂效果良好，没有出现有害温度裂缝。

现在是44页\一共有108页\编辑于星期五3）工程结构特点随着大跨径桥梁、隧道和高铁等交通事业的飞速发展，工程中出现的特殊的混凝土结构对外加剂提出了不同的要求。地铁盾构管片、轨道板：拆模时间早、高早强、外观质量好等特点。大体积素混凝土结构：缓凝时间长、水化放热低、防裂等特点。全断面浇筑预制构件：凝结时间与施工工艺匹配、混凝土流动性好等特点。现在是45页\一共有108页\编辑于星期五轨道交通工程—宁波地铁宁波地铁预制盾构管片本工程地下水位高，且存在氯盐侵蚀的隐患对混凝土抗裂和抗渗等耐久性要求高，盾构区间主体结构设计使用寿命为100年采用工厂法预制、蒸汽养护，对早期强度要求较高，脱模强度（一般为10~12h）应大于15MPa控制混凝土坍落度为50±20mm，并且粘聚性好、不离析、不泌水采用低水胶比，适量掺合料（粉煤灰和矿粉复掺）和高效减水剂要求混凝土外加剂具有早强和减水效果，最终选用早强型聚羧酸盐高效减水剂宁波地铁预制盾构管片胶材用量配合比设计参数水胶比砂率/%原材料用量kg/m3水泥粉煤灰矿粉砂碎石水早强型聚羧酸盐高效减水剂44014K0.3239348316169811161415.28现在是46页\一共有108页\编辑于星期五铁路工程—哈大客运专线哈大客运专线CRTS-I型轨道板

哈大客运专线所处严寒地区，该地区具有气温低、温差大、冻融循环严重等特点。混凝土具有满足设计要求的强度、弹性模量，并具有预防碱骨料反应性能。根据环境类别及侵蚀作用等级，具有抗冻性、抗渗性等。采用工厂法预制、蒸汽养护，对早期强度要求较高，脱模强度16h应大于40MPa。混凝土坍落度为120±20mm，并且粘聚性好、不离析、不泌水采用低水胶比，适量掺合料（专用掺合料）和早强型聚羧酸盐高效减水剂轨道板胶材用量配合比设计参数水胶比砂率/%原材料用量kg/m3水泥专用掺合料砂碎石水早强型聚羧酸盐高效减水剂49010Z0.28354414962311571384.9现在是47页\一共有108页\编辑于星期五海南三亚某军工码头工程8#双桥式消磁码头试浇块地处南方热带季风气候区，6月月平均28.8℃，气温较高夏季混凝土浇筑温度不应高于30℃方块尺寸为4.5×7.99×4m，混凝土方量为143.82m3，混凝土为素混凝土，标号为C25控制大体积混凝土不出现裂缝，夏季气温高，难以满足浇筑温度控制要求采用低水胶比，适量掺合料（粉煤灰）和高效减水剂+水化热降低剂要求混凝土外加剂具有缓凝、降低水化热和减水效果，最终选用缓凝型聚羧酸盐高效减水剂+水化热降低剂原材料用量（kg/m3）坍落度（mm）水泥粉煤灰砂碎石5~63mm水减水剂JY-N水化热降低剂2673070512531432.970.74360海南三亚某军工码头现在是48页\一共有108页\编辑于星期五港珠澳工厂法预制沉管本工程同时处于Ⅰ类碳化和Ⅲ类海洋氯化物腐蚀环境条件下，设计使用寿命为120年，沉管结构采用工厂法预制，全断面浇筑。混凝土28天干燥收缩低于260με，开裂温度低于6℃，绝热温升小于43℃，抗渗等级大于P12，氯离子扩散系数56d小于4.5×10-12m2/s为防止内腔混凝土翻模，混凝土应是低流变的，坍落度小；为使混凝土易于振捣密实，应具有高触变性，粘度低；为了保证浮运和沉放安全，要求对混凝土容重精确控制混凝土凝结时间匹配。港珠澳预制沉管隧道工程港珠澳预制沉管混凝土使用的外加剂满足：混凝土低流变、高触变、容重精确控制；并且能根据沉管混凝土浇筑区域和时间，满足不同结构部位混凝土同步凝结，确保混凝土不出现冷缝。现在是49页\一共有108页\编辑于星期五配合比优化原则分析可能导致混凝土劣化的主要因素和次要因素；提出满足混凝土施工和耐久性的技术指标；原材料优选-胶材、骨料、外加剂体系根据原材料变化调控配合比；合理的混凝土容重和强度；核算单位立方混凝土成本。

2.5混凝土配合比优化50现在是50页\一共有108页\编辑于星期五3.高性能混凝土的工程应用2.高性能混凝土配制技术1.概述目录现在是51页\一共有108页\编辑于星期五3.1港珠澳大桥岛隧工程

预制沉管混凝土配制及控裂方案现在是52页\一共有108页\编辑于星期五工程概况现在是53页\一共有108页\编辑于星期五工厂法预制，流水线生产、装配式施工混凝土泵送，全断面浇筑冰水冷却、喷雾养护、温湿度监控节段匹配浇筑、液压顶推和浮运沉放施工对新拌混凝土性能、凝结状态、早期强度和容重控制提出严格要求施工工艺特点现在是54页\一共有108页\编辑于星期五沉管控裂难点分析工程名称厄勒海峡隧道釜山隧道港珠澳隧道特点结构尺寸176×39.75×8.7m180×26.5×9.75m180×37.95×11.4m管壁最厚处达1.7m尺寸最大结构壁厚结构型式四孔单廊道双孔单廊道双孔单廊道单孔跨度最大混凝土C40C35C45设计标号高节段方量2700m32200m33420m3单次方量大采用全断面浇筑工艺，对混凝土工作性、匀质性要求高施工区域常年环境温度高，年平均温度为23℃，温控难度大海岛环境施工，自然资源有限、施工条件受到制约现在是55页\一共有108页\编辑于星期五预制沉管混凝土技术指标混凝土配制要求强度等级(MPa)氯离子扩散系数(×10-12m2/s)抗渗等级硬化容重(kg/m3)坍落度(mm)初凝时间(h)28d56d28d56d28dC45C50≤6.5≤4.5＞P122440±30200±2010~15为满足早期顶推施工：3d抗压强度≥20.1MPa,3d劈拉强度≥2.01MPa现在是56页\一共有108页\编辑于星期五

遵循以耐久性为核心，抗裂性、抗渗性与工作性并重，混凝土各项性能均衡发展的海工混凝土配合比设计原则。控制水胶比：减小收缩、提高强度和抗渗性限制胶材及水泥用量、采用大掺量矿物掺合料：降低混凝土水化热、抗裂性能和抗渗性能均衡发展选择适合的胶材比例：发挥级配效应、提高混凝土致密性使用级配、粒形良好的集料：降低浆体率、提高体积稳定性适量的引气：提高抗裂性、改善混凝土的施工性混凝土配制原则现在是57页\一共有108页\编辑于星期五

JAF水化量热仪

净浆圆环开裂氯离子扩散

平板开裂

干缩现在是58页\一共有108页\编辑于星期五温度监测情况项目模型试验1#剪力键2#剪力键3#“L”形4#“L”形S1足尺S2足尺环境温度34~36℃32~24℃23~27℃15~17℃12~13℃26~27℃浇筑温度36.0℃33.0℃26.0℃17.3℃16.6℃26.0℃最高温度70.6℃65.7℃64.8℃53.7℃54.3℃69.8℃最大温升33.4℃32.7℃38.8℃36.4℃37.4℃43.6℃最大温差21.1℃20.0℃21.6℃23.3℃23.4℃24.3℃降温速率14℃/d13.6℃/d5.9℃/d2.9℃/d5.8℃/d5.0℃/d现在是59页\一共有108页\编辑于星期五配合比选择胶凝材料用量kg/m3水胶比水泥粉煤灰矿粉河砂大石小石减水剂%kg/m3%kg/m3%kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3高温季节常温季节4200.344518925105301267807303134.2低温季节4400.344318927120301317277383164.4配合比坍落度及1h损失/mm含气量(%)容重(kg/m-3)抗压强度/MPa劈拉强度/MPa绝热温升/℃抗渗等级28d干缩氯离子扩散系数*10-12m2/s3d28d56d3d28d56d28d56d高温季节常温季节200/1902.0%240028.757642.654.414.9542.4＞P12288με4.42.7低温季节200/1902.3%240030.259672.824.525.0244.5＞P12292με4.22.4推荐配合比现在是60页\一共有108页\编辑于星期五温控计算根据预制沉管的环境条件、结构特点及混凝土性能，确定仿真计算参数建立有限元模型，确定边界条件，设计不同工况进行比较，分析温度应力变化规律按照抗裂安全系数大于1.4的原则，确定不出现温度裂缝的安全工况结合类似工程温控措施的调研结果，确定本工程适用的温控标准根据温控标准和现场施工条件，研究选择技术可靠、经济合理的温控措施环境条件热学参数材料性能结构参数力学参数边界条件有限元仿真计算fsp/σ≥1.4计算拉应力(σ)实测劈裂抗拉强度(fsp)温控标准是否调整原材料温度控制浇筑温度控制最高温度控制养护温湿度控制类似工程调研沉管温湿度监控预警预制沉管温控仿真分析现在是61页\一共有108页\编辑于星期五

积累近十年海工混凝土徐变、收缩和弹模数据考虑工厂法预制工艺条件取值，并通过小尺寸模型试验反演修正采用专用温控程序和通用程序进行对比计算校核模型参数取值浇筑温度按不同工况取值绝热温升不同配比的实测值比热0.92kJ/(kg·℃)导热系数9.03kJ/(m·h·℃)28d弹性模量不同配比的实测值泊松比0.167强度增长系数按实际值拟合曲线收缩按实际值拟合曲线线膨胀系数1.0×10-5/℃徐变按实际值拟合曲线摩擦系数7%环境温度以25℃、18℃为界限，考虑高温、常温、低温散热系数有保温状态取18kJ/(m2·h·℃)；无保温状态取58kJ/(m2·h·℃)仿真计算参数现在是62页\一共有108页\编辑于星期五项目胶材总量(kg/m3)水胶比水泥粉煤灰矿粉砂率外加剂基准配比4200.3445%/189kg25%/105kg30%/126kg42%1%冬季配比4400.3443%/189kg27%/119kg30%/132kg41%1%参数抗压强度(MPa)劈拉强度(MPa)弹性模量(GPa)绝热温升(℃)3d7d28d3d7d28d基准配比28.742.357.22.723.153.9542.542.4冬季配比30.246.359.42.783.214.0344.744.5预制沉管混凝土配合比（占胶材比例/每方用量）预制沉管混凝土力学和热学性能材料性能现在是63页\一共有108页\编辑于星期五环境条件时间12月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月全年最低气温(℃)8.88.014.511.415.618.521.823.122.223.221.512.98.0最高气温(℃)22.421.522.824.227.427.531.736.234.635.629.727.636.2平均气温(℃)17.113.918.018.821.423.725.027.828.028.425.421.022.4考虑不同月平均温度划分季节高温季节，月均温≥25℃，6~10月常温季节，月均温18~25℃，3~5、11月低温季节，月均温≤18℃，12、1、2月现在是64页\一共有108页\编辑于星期五环境工况设计环境条件浇筑温度（℃）养护条件高温季节28一般养护湿度≥50%常温季节2623低温季节2320高温季节28喷雾养护湿度≥80%常温季节23低温季节20按不同季节设定不同浇筑温度考虑常规覆盖洒水和棚内喷雾两种养护条件现在是65页\一共有108页\编辑于星期五早期应力集中于表面，主要由内表温差引起；后期应力集中于内部，由混凝土降温和干缩叠加引起，随着龄期增加而增大，一个月后趋于稳定；抗裂安全系数在早期和后期均有低值，早期应控制混凝土内部最高温度，后期需通过养护控制内表温差，充分利用徐变作用缓慢释放内应力，降低内表温差和最高温度、加强养护是裂缝控制的关键措施。表面、中心点应力发展曲线和安全系数应力发展的规律后期应力集中于中心早期应力集中与表面现在是66页\一共有108页\编辑于星期五温控标准混凝土浇筑温度控制高温季节：浇筑温度≤28℃常温季节：浇筑温度≤23℃低温季节：浇筑温度≤20℃最高温度控制高温季节、常温季节：最部最高温度≤70℃低温季节：最部最高温度≤65℃温差控制最大内表温差≤25℃表面与环境温差≤15℃养护水与表面温差≤15℃降温速率控制：拆模后≤3℃/d现在是67页\一共有108页\编辑于星期五材料温度控制指标温度控制措施水泥≤55℃水泥出厂≤70℃，船运上岛转入中间仓，使用温度≤55℃矿粉≤45℃出厂温度≤50℃，中间仓储存倒运，使用温度≤45℃粉煤灰≤45℃出厂温度≤50℃，中间仓储存倒运，使用温度≤45℃砂≤30℃材料提前进场、入库储存，料场搭棚遮阳石≤30℃材料提前进场、入库储存，料场搭棚遮阳，必要时洒水降温水≤5℃2台5t/h的制冷机组制取冷水外加剂≤30℃材料入库储存，现场储罐刷白原材料温度控制现场温控措施现在是68页\一共有108页\编辑于星期五（一）

粉料温度控制试验室进行检测控制粉料的进场温度；中间储存转运仓降温，符合控制温度后才能倒运至搅拌站；搅拌站罐体及中间仓刷白处理，并在罐体周围设喷水系统。水泵粉料罐水管和喷头现在是69页\一共有108页\编辑于星期五（二）

骨料温度控制设置砂石料料棚，防止阳光直嗮，先来先用，充分自然冷却；棚顶设喷水雾系统，降低料棚内环境温度；骨料上料斜皮带廊道和称量仓底部通冷风，控制上料过程中的温升。喷雾系统现在是70页\一共有108页\编辑于星期五通冷风现在是71页\一共有108页\编辑于星期五制冷水和片冰拌合混凝土浇筑温度控制制冷水全年需要，加冰量依据环境温度和浇筑温度要求变化高温季节加冰量30~60kg，常温季节加冰量10~40kg，低温季节不加冰日平均温度121314151617181920212223242526272829303132加冰量kg/m303691215182124273033363942454851545760混凝土加冰量速查表现在是72页\一共有108页\编辑于星期五水化热温升控制严格控制混凝土配合比防止运输过程混凝土温度上升运输罐车包裹输送拖泵遮阳输送泵管降温仓面喷雾控制施工环境温湿度现在是73页\一共有108页\编辑于星期五浇筑区采用仓面喷雾，降低环境温度，提高湿度浇筑完后所有裸露面覆盖土工布，并保持湿润拆模后进入养护棚喷雾养护，养护区相对湿度控制大于80%RH养护水温度与混凝土表面温度差≤15℃预制沉管拆模后湿养护时间不少于14d出棚后覆盖保湿养护沉管混凝土养护现在是74页\一共有108页\编辑于星期五预制沉管采用工厂法生产，流水式作业，机具设备来回穿梭，采用无线数据传输技术，避免常规测线对施工的干扰监测系统全面覆盖原材料仓库、混凝土搅拌站、预制厂房、沉管实体、自动养护区，实现生产过程全方位的温度和湿度监测预制沉管对温控的时效性、准确性要求高，专门开发可视化温控监测预警软件用于温控监测，实现控裂数据快速分析处理和形象展示，便于及时掌控温控信息预制管节温度监控现在是75页\一共有108页\编辑于星期五监测系统工作示意图现在是76页\一共有108页\编辑于星期五以8个管节为一批，第1和第5个管节布设20个测点，其余管节布设5个校验测点。监测覆盖全部的252个管段，共布设测点2205个。现在是77页\一共有108页\编辑于星期五现在是78页\一共有108页\编辑于星期五现在是79页\一共有108页\编辑于星期五现在是80页\一共有108页\编辑于星期五现在是81页\一共有108页\编辑于星期五现在是82页\一共有108页\编辑于星期五现在是83页\一共有108页\编辑于星期五现在是84页\一共有108页\编辑于星期五现在是85页\一共有108页\编辑于星期五现在是86页\一共有108页\编辑于星期五现在是87页\一共有108页\编辑于星期五金塘大桥是舟山大陆连岛工程中的第五座跨海特大桥，全长21km，其中跨海桥梁长18.4km。主航孔桥为主跨620m的双塔双索面斜拉桥。工程所处环境属Ⅲ类腐蚀环境，作用等级为E～F，设计使用年限100年。气候条件恶劣，冬季寒冷、多季风；夏季高温，台风频繁；施工难度大。海工混凝土耐久性至关重要，对其配制、施工控制提出高要求。工程概况3.2金塘跨海大桥海工混凝土配制现在是88页\一共有108页\编辑于星期五混凝土配制技术指标灌注桩混凝土——坍落度在200±20mm，扩展度≥450mm；1小时后坍落度损失≤10%；工作性能良好、无离析泌水现象；28d强度≥56MPa；84d氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s。承台混凝土——坍落度在在180±20mm，扩展度≥450mm；1小时后坍落度损失≤10%；工作性能良好、无离析泌水现象；混凝土绝热温升≤38℃；84d氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s。箱梁混凝土——4d抗压强度大于设计值的80%；控制混凝土坍落度为160~200mm，并且粘聚性好、不离析、不泌水；1h经时损失值小于10%；84天氯离子扩散系数小于1.5×10-12m2/s；外观质量好。主塔混凝土——实际混凝土配制强度大于60MPa；流动性大、粘聚性好、不离析、不泌水；能满足垂直高程泵送；1h经时损失值小于10%；压力泌水小于20ml；84天氯离子扩散系数小于1.5×10-12m2/s。现在是89页\一共有108页\编辑于星期五结构部位配制要求配制重点对策桩基流动性、粘聚性好、抗离析，强度有一定富余工作性相对较高的胶材用量、适合的W/C及引气量承台工作性好、抗裂性能优良、抗渗性能好抗裂性能、抗渗性56d强度评定，减少胶材、增加粉煤灰掺量、限制早期强度、墩身工作性好、抗渗性能好、外观质量好外观质量、抗渗性适当提高矿粉掺量、适中的胶材用量和W/C、适当引气箱梁工作性好、较高的早期强度、抗裂性能优良、抗渗性能好、体积稳定性好较高的早期强度、抗裂性能减少胶材、增加集料用量；适中矿物掺合料、较小W/C主塔工作性好、抗裂性能良、抗渗性能好、外观质量好、体积稳定性好工作性、外观质量、抗裂性适当增加粉煤灰掺量、适中的W/C、适当引气海工混凝土配合比设计现在是90页\一共有108页\编辑于星期五金塘大桥C35灌注桩混凝土配合比设计编号胶凝材料（Kg/m3）粉煤灰掺量（%）矿粉掺量（%）配合比胶凝材料：砂：石：水：外加剂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试验配合比工作性编号坍落度（cm）倒坍落度时间（s）凝结时间（h）和易性0h1h1.5h初凝终凝118171434——较粘220181626——一般3222018221622较好4222121151926易泵送5211917191723易泵送现在是91页\一共有108页\编辑于星期五力学性能抗渗性能此外，配合比4具有经济性优势，推荐配合比为4。现在是92页\一共有108页\编辑于星期五优化配合比编号配合比（kg/m3）胶材总量水泥粉煤灰矿粉砂碎石水外加剂阻锈剂CZ138015211411476910601334.2/CZ2405162/40162/4081/2072410801424.4/CZ34301501948671010651504.7/CZ44051621628172410801344.48金塘大桥C40承台大体积混凝土配合比设计试验现在是93页\一共有108页\编辑于星期五氯离子扩散系数试验配合比工作性和力学性能编号坍落度（cm）含气量（%）凝结时间（h）抗压强度（MPa）0h1.5h初凝终凝7d28d60dCZ119.519.03.2162435.352.956.9CZ221.019.53.4192440.256.963.4CZ323.022.54.0212741.557.164.2CZ422.020.04.0212737.554.3/干缩性能现在是94页\一共有108页\编辑于星期五金塘大桥C50预制箱梁混凝土配合比设计试验编号原材料用量kg/m3水泥粉煤灰矿粉砂碎石水外加剂XL14700010947001433.8XL22222005811046761463.8XL3235/50164/3571/1510947001433.7XL42351419410947001433.7XL52121649410987021433.7

试验配合比XL1195/50024004.10180XL1195/5002400弹性模量/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

工作性和力学性能现在是95页\一共有108页\编辑于星期五早期自收缩徐变碳化氯离子渗透系数

推荐配合比：XL3现在是96页\一共有108页\编辑于星期五

3.3宁波轨道交通工程工程概况轨道交通工程结构形式复杂多样，工艺多，涉及水下灌注桩，地连墙，板、梁、柱，预制管片等结构，对混凝土原材料和混凝土的性能要求高。宁波轨道交通工程耐久性影响因素多，技术要求高。C35P8防水混凝土：坍落度在180±20mm，扩展度≥450mm；1小时后坍落度损失≤10%；工作性能良好、无离析泌水现象；试验抗渗等级达到P10，56d电通量指标≤1000C。C30地下连续墙、灌注桩：坍落度在在200±20mm，扩展度≥500mm；1小时后坍落度损失≤10%；工作性能良好、无离析泌水现象；28d试配强度≥45MPa;试验抗渗等级达到P10，56d电通量指标≤1000C。C40梁、柱混凝土：坍落度在在180±20mm，扩展度≥450mm；3d达到设计强度的70%；28d碳化深度≤10mm；56d电通量指标≤800C。C50预应力梁混凝土：坍落度在在180±20mm，扩展度≥450mm；张拉时强度≥40MPa；28d碳化深度≤5mm；56d电通量指标≤600C。现在是97页\一共有108页\编辑于星期五结构部位配制要求配制重点对策防水混凝土流动性、粘聚性好、抗离析，强度有一定富余抗渗性能相对较高的胶材用量、适合的W/C及引气量地下连续墙混凝土工作性好、抗渗性能好工作性、抗渗性单掺粉煤灰，适当增加掺量C35车站大体积混凝土工作性好、抗渗性能好、外观质量好抗裂性能、抗渗性适当提高矿粉掺量、适中的胶材用量和W/C、适当引气C40梁、柱混凝土工作性好、较高的早期强度、抗裂性能优良、抗渗性能好、体积稳定性好，抗碳化性能较高的早期强度、抗裂性能减少胶材、适中矿物掺合料、较小W/CC50预应力梁混凝土工作性好、抗裂性能良、抗渗性能好、外观质量好、体积稳定性好较高的早期强度、抗裂性、抗渗性减少胶材、增加集料用量；适中矿物掺合料、较小W/C轨道交通工程混凝土配合比设计现在是98页\一共有108页\编辑于星期五C35P8防水混凝土配制试验编号水胶比原材料用量kg/m3工作性水泥粉煤灰矿粉功能组分砂碎石水外加剂坍落度/mm扩展度/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力学性能抗渗性能现在是99页\一共有108页\编辑于星期五水化热试验28d干缩试验编号NF-0NF