陶瓷拋光微粉超緩凝大體積水下混凝土在虎門二橋的應用

黃康成

（廣州市盈堅混凝土有限公司）

陶瓷拋光微粉超緩凝大體積水下混凝土在虎門二橋的應用

黃康成

（廣州市盈堅混凝土有限公司）

廣州市虎門二橋大沙水道主塔承臺圍堰封底水下混凝土通過摻入礦粉、粉煤灰和一定量的活性陶瓷拋光微粉，并對混凝土外加劑緩凝時間進行調整，在兼顧質量和成本的前提下成功配制了C30水下超緩凝自流平混凝土，并在該工程圍堰封底大體積混凝土中得到了良好的應用，混凝土澆注完成后達到了預期的效果。

水下混凝土；大體積；超緩凝

1　工程概況

廣州虎門二大橋為主跨1200m雙塔單跨懸索橋，橋跨布置為360m+1200m+360m，技術標為雙向六車道高速公路，其中大沙水道主塔承臺圍堰封底采用導管法水下混凝土封底，混凝土要求一次性澆筑成功，不能出現任何滲水現象，同時要求滿足水下自流平施工性能，初凝時間22～24小時。工程項目現場自身雖然配置了攪拌站，但由于混凝土要求高，在綜合分析了多家攪拌站的技術方案后，項目最后采納了我們企業的方案。

該項目承臺鋼板樁圍堰平面尺寸為85.55m×28m，鋼板樁長度為18m，底標高-14.0m，頂標高為＋4.0，封底混凝土厚1.5m，標高-3.5～-2.0m。為保證封底混凝土澆筑質量，封底分左右幅承臺兩個澆筑區進行，澆筑順序為:左右幅承臺至系梁，采用小料斗加垂直導管布料施工，導管內徑為Φ300m m，每單根導管長8m，按混凝土流動半徑6m進行布置，考慮邊角處的流動，左右幅承臺區各布置8根澆筑導管，由短節導管拼接而成。采用C30水下緩凝混凝土灌注，澆筑方量約為3146m3。

2　混凝土配合比優化設計

2.1對混凝土的性能要求

⑴初凝時間大于24小時，終凝時間小于30小時；

⑵初始坍落度大于220m m,擴展度大于550m m，倒筒時間小于8秒；

⑶3小時坍落度無損失，擴展度大于500m m；

⑷混凝土和易性良好，保水性好。

2.2設計難點

⑴本次澆筑的圍堰平面尺寸大，混凝土大體積一次性澆筑量3146m3,混凝土流動度要求較高，擴展度要求較大，抗滲性能要求高；

⑵混凝土凝結時間長，混凝土連續澆筑自流平，不允許產生任何施工縫及產生滲水現象；

⑶如何在降低混凝土水化熱及保證后期強度的前提下一方面降低水泥用量，另一方面保證足夠的膠材來達到自流平的施工性能，同時保證混凝土的耐久性滿足設計要求；

⑷通過摻入一定量的陶瓷拋光微粉，用二級粉煤灰取代一級灰配置自流平混凝土，技術方面的驗證不只包括抗壓強度，還要對其耐久性進行進一步檢測，準備時間較長。

2.3設計思路

水下混凝土兩個最基本的要求：一是具有較大的流動性以保證其能夠在自重作用下灌注不堵管以及自密實，所以設計出廠坍落度為220～240m m，擴展度為大于550m m；二是較小的泌水率。為了保證水下混凝土的強度和耐久性，我們選擇采用粉煤灰、礦渣粉和陶瓷拋光微粉三摻的配合比設計方案，在保證膠凝材料總量不變的前提下，通過摻入其它活性材料來降低水泥用量，既可以降低混凝土水化熱和早期強度，又可以改善混凝土的流動性，增加其密實性從而滿足混凝土的耐久性。

2.4原材料

⑴水泥：選用高要市金崗水泥廠生產的P.O 42.5水泥，各項性能指標如表1。

⑵粉煤灰：選用南沙電廠生產的II級粉煤灰，各項性能指標如表2。

表1　水泥性能

表2　　粉煤灰性能

⑶礦渣粉：選用番禺蓮花山生產的S95級礦渣粉，其各項性能指標如表3。

表3　礦渣粉性能

⑷陶瓷拋光微粉：選用佛山某粉磨公司生產的經加工篩分后的陶瓷拋光微粉，其化學成份和性能如表4。

表4　陶瓷拋光微粉化學組成及性能

⑸集料：碎石為廣東云浮生產的花崗巖碎石，5～31.5m m連續級配，砂子選用西江細度模數為2.6的河砂，其性能指標如表5。

表5　集料性能

⑹外加劑：選用中科院廣州化學有限公司生產的超緩凝型減水劑，其性能指標如表6。

表6　外加劑性能

2.5混凝土的試配

⑴考慮外加劑的超緩凝性能，平時用的少沒有充足的數據支持，在進行混凝土配合比設計前，為確定其對混凝土的強度影響，我們在摻粉煤灰的水泥膠砂中，按外加劑的不同摻量，觀察強度的變化，找出最佳摻量范圍為2.0%，試驗情況如表7。

⑵由于我們使用陶瓷拋光微粉時間相對比較長，本次水下混凝土配合比設計關于陶瓷拋光微粉的摻量我們綜合了普通混凝土的使用時的摻量，即把取代水泥10%～30%，取代二級灰15%～30%作為設計摻量，固定外加劑摻量2.0%，通過膠砂強度試驗中的強度來尋找最佳的膠材搭配，試驗情況如表8。

表7　不同外加劑摻量水泥膠砂強度

表8　不同摻量陶瓷拋光微粉膠砂強度

從試驗結果來分析，陶瓷拋光微粉的摻量以取代水泥15%，取代粉煤灰25%，占總膠材18%為最佳。

⑶混凝土配合比配制

根據表7、表8的試驗結果，結合礦渣粉的最佳摻量，C30水下超緩凝混凝土的試驗配比見表9，工作性能試驗結果見表10所示。

表9　C30水下超緩凝混凝土試驗配比

表10　C30水下超緩凝混凝土工作性能試驗結果

根據表10的試驗結果，我們認為第2組配合比各項性能指標比較符合虎門大橋C30水下封底超緩凝混凝土的結構和施工要求。由于在配合比中我們使用了陶瓷拋光微粉，為進一步驗證其性能，我們按此配合比進行了混凝土模擬生產，按1000×1000×1000m m尺寸澆筑構件5個，構件進行同條件養護28天后抽芯用于混凝土耐久性檢測。

⑷混凝土耐久性檢測

本次試驗每個構件取30個抽取芯樣，共計150個,為避免鉆取的芯樣受大氣中CO2的影響,鉆取后立即用雙層塑料袋密封，為使碳化試驗與工程結構的實際情況相貼近，在芯樣鉆取過程中盡量保留完整的芯樣表面。芯樣取回后，按要求養護及加工，根據要求分別進行實體抗壓強度、快速碳化、氯離子滲透性試驗。

①混凝土實體強度檢測

表11　混凝土芯樣抗壓強度

從表11構件強度來看，混凝土強度滿足設計要求，略高于試配強度，與室外同條件養護溫度高有關。

②混凝土快速碳化檢測

試驗按《混凝土長期性和耐久性試驗方法》進行，試驗前先將芯樣烘干處理，在兩端面上用鉛筆以10m m間距畫出平行線，以預定碳化深度的測試點，以兩測各測點的平均值作為試件的碳化深度，同時用石蠟將芯樣四周密封，只留兩端進行碳化試驗，3塊為一組，分別測試7d、14d、28d三個齡期的碳化深度。

表12　混凝土芯樣快速碳化檢測值

混凝土28d快速碳化值相當于混凝土結構自然狀態下50年的碳化值，從本次試驗結果來看，通常情況下混凝土結構的保護層大于20m m,也就是說當混凝土摻入了一定的陶瓷拋光微粉后可以有效改善混凝土的內部結構，從而增強混凝土自身的密實性能。

③混凝土氯離子滲透性檢測

本試驗參照《混凝土結構耐久性設計與施工指南》CCES01-2004中的方法進行，通過檢測規定時間內通過混凝土的電通量高低來評價混凝土結構的抗滲透性，間接分析混凝土的密實性。

由表13中混凝土電通量試驗結果可以看出,摻入陶瓷拋光微粉后的混凝的電通量較低，混凝土的抗氯離子滲透能力得到了顯著提高。

表13　混凝土電通量試驗結果

3　混凝土在虎門二橋工程項目中的應用與實施效果

2015年6月26日至27日，虎門二橋工程順利完成了C30水下緩凝圍堰封底混凝土的澆筑，共計使用混凝土3146m3，現場混凝土取樣共計20批次，平均強度38.6M Pa,混凝土實測初凝時間23.5小時，到達坍落度220～230m m,擴展度550～650m m。混凝土澆筑完成后10天，項目進行圍堰內抽水，每天一次，通過觀察水面上漲來判斷本次圍堰封底情況，結果顯示本次混凝土澆筑非常成功。

為了保證本次混凝土的澆筑順利完成，我公司試驗室提前做好了技術方案，跟項目部試驗室進行了多次配合比復核認證，最終確定生產配合比。澆筑時嚴格按照制定的方案做好混凝土的開盤和質量控制工作，混凝土的運輸與澆筑都進行了全過程的跟蹤。車隊合理安排好施工所需的混凝土運輸車，生產部安排專職調度員值班，以避免混凝土的斷檔和不合理的積壓現象發生。同時在封底混凝土澆筑過程中，嚴格控制混凝土的性能，使得混凝土各項指標均能滿足水下封底混凝土的質量要求。

4　結論

⑴陶瓷拋光微粉、礦渣粉、粉煤灰三摻技術可以有效降低混凝土水化熱，改善混凝土和易性，在配置自流平混凝土時摻入一定量的陶瓷拋光微粉可以充分發揮其比表面積大、填充性能好的特點，在降低混凝土成本的同時，混凝土的各種性能也得到了顯著提高。作為一種新型活性材料，陶瓷拋光微粉的使用是可行的。

⑵水下超緩凝混凝土的配制，應該綜合考慮混凝土的澆筑時間，在滿足施工要求的前提下，降低水泥用量對延長凝結時間雖有一定的幫助，但對緩凝時間起決定性作用的仍然是外加劑，所以在選擇外加劑時應該做好充分的適應性試驗，特別是在摻入其它活性材料時，應該從多方面進行試驗認證。

⑶陶瓷拋光微粉具有一定的活性，可以取代混凝土中的部份水泥用量，提高混凝土的工作性能，是配制高性能混凝土的一種優良的摻合料，在混凝土生產中取代10%～15%，取代粉煤灰15%～25%，占總膠材10%～20%為最佳●

[1]陳肈元，趙國藩，等.混凝土結構耐久性設計與施工指南［S］. 2003.

[2]石聰，張恒春，黃成銘，朱四清，岳健男.超緩凝大體積水下混凝土在江漢六橋封底中的應用［J］.商品混凝土，2014,1.

[3]黃康成.大摻量礦渣粉混凝土試驗及耐久性檢測［C］.南方片區第十次混凝土技術交流會論文集，2012.

［通訊地址］廣州市番禺區石壁街都那村大同圍,511495

黃康成,廣州市盈堅建材科技發展有限公司/廣州市盈堅混凝土有限公司,副總經理/高級工程師