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东海大桥高性能海工混凝土施工性能研究   

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摘 要:本文通过对当前中外高性能海工混凝土的比较研究,分析了符合东海大桥地理环境下百年寿命要求的理化条件,以及所采取的手段。其研究结论可为其他工程以借鉴。 关键词:东海大桥 海工混凝土 性能 研究

  0.引言 海水环境是混凝土所处的最严峻的环境条件之一,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。已有的普通混凝土结构在这种环境中的力学性能与耐久性问题日益尖锐,从而不得不每年花费巨额费用来对其进行维修,这一难题引起全世界工程界的普遍关注。在东海大桥建设过程中这是一个必须攻克的技术难关而被各方面关注,本文就此从施工方面谈几点认识。 1.海工混凝土概述 所谓“高性能”是指混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。高性能混凝土(High Performance Concrete HPC)是从高强混凝土(High Strength Concrete HSC)发展而来。而应用于海工工程中专门开发的的高性能海工混凝土除了高强度的力学性能外还可有效提供对钢筋的保护,使其耐久性方面大大优于传统混凝土结构。 为提高海上大桥及其它海上工程的高强度及高耐久性的要求,国内外众多的工程技术人员在实际的工程建设中采取了各种提高高强度及高耐久性的方法和措施,经不断研究、试验与比选,开发了采用掺加掺和料(矿渣、粉煤灰、硅粉等)的高性能混凝土。矿渣不仅起强度作用同时还可以起降低水化热的作用;硅粉可提高混凝土的抗渗性及耐磨性,同时降低水化热;粉煤灰可提高混凝土抗氯离子渗入的能力,同时还与矿渣和硅粉一样可降低水化热。 高性能混凝土是用混凝土的常规材料、常规工艺,在常湿下,以低水胶化、大掺量优质掺合料和较严格的质量控制制作的高耐久性、高尺寸稳定性、良好工作性及较高强度混凝土[2] [6]。 2.国内外高性能海工混凝土研究与应用 我们从几例高性能海工混凝土的实际应用谈起,也就是在目前国内外在建或已建海上大桥或其它海工工程上的研究与应用情况分析开始。 2.1 丹麦大贝带桥海峡工程[3][4] 大贝尔特海峡工程首次提出了使用寿命为100年,即保证其力学性能同时规定钢筋在百年寿期内不得开始锈蚀。为此,预先进行了大量专题研究,规定了严格的混凝土技术标准,见表1。通过规定掺加一定量微硅粉和粉煤灰保证混凝土的低渗透性;通过引气和气泡质量控制保证其抗冻性;通过掺加微硅粉保证耐磨性(抗海冰冲磨);通过限制活性骨料含量、限制总含碱量、掺加微硅粉和粉煤灰防止碱集料反应;抗硫酸盐侵蚀—使用抗硫酸盐水泥和掺加微硅粉保证;通过使用低热水泥、掺加微硅粉与粉煤灰降低水化热,浇筑时采用对混凝土内部降温控制热应力裂缝。 实际采用的混凝土配合比配制的混凝土7天抗压强度不小于35Mpa,28天抗压强度不小于50Mpa。 2.2 丹麦-瑞典厄勒海峡工程[3] 2000年7月正式投入使用的厄勒海峡工程是跨越厄勒海峡连接丹麦与瑞典的交通工程,结构保证具有100年使用寿命。可更换的混凝土构件(如防浪的护面块体可具有50年使用寿命,在使用寿命内不允许钢筋开始锈蚀;允许进行养护,但必须避免进行大规模维修和更换结构构件。结构中采用了阴极保护,但应在不考虑使用阴极保护的情况下获得百年使用寿命。混凝土技术标准对原材料与配合比要求见表2。 2.3 中国香港青马大桥[3] 青马大桥建于1992~1997年期间,为公路、轻轨两用悬索桥,主跨1377m,是香港新机场的配套工程,设计使用寿命为120年。该工程主要考虑的耐久性因素是氯离子渗透引起钢筋锈蚀、碱集料反应和热应力裂缝。 2.4 日本明石海峡大桥[1] 日本明石海峡大桥是一座三跨双铰加劲桁梁悬索桥,为目前全世界最长的悬索桥。施工部门从多方面采取措施以保证结构的耐久性和可靠性,大桥的基础部分全部采用现浇高性能海工混凝土。 …………………… …………………… 5. 施工混凝土测试结果分析 由施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可以发现:相对于自然养护与标养,蒸养条件下施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(1d~10d),但是不同的养护方式下施工混凝土的28d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28d强度,而只是改变混凝土强度形成的线路,而这对于预制量很大的情况则具有十分重要的意义,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,进一步加快施工进度。 施工经验与控制质量。东海大桥非通航孔段预制墩柱分为低墩、中墩和高墩。一般单节预制高度为8.5m,重量280T,最大单节预制高度为13m,超过13m的墩柱采用分节预制,最大单节重量为330T。为了保证墩柱的质量,经过摸索、实践,总结出就高性能混凝土在实际墩柱施工中较有参考价值的施工经验,即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,并且尽量少的维修还要保证质量;还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。 6.结语 对于以耐久性作为设计目标的跨海大桥,高性能混凝土具有极为重要的意义,耐久性和防腐蚀等问题,这是各大海工工程设计寿命的基础,是跨海大桥满足100年设计寿命极为关键的保证。然而,由于高性能混凝土的研究与应用是近十几年才开展起来的,它对于裂缝控制及消除处理的研究也是相当关键技术,因此有赖于众多技术的共同研究提高。综而言之,高性能混凝土是个广泛的概念,海工混凝土的研究成果会在今后工程中不断丰富,更好地为工程服务是我们的期待。


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