摘要：隨著現(xiàn)代橋梁不斷向海洋化、大跨度、高耐久方向發(fā)展，橋梁工程中的混凝土對下列各項性能指標提出了更高的要求：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和不易開裂性。鑒于目前我國海工鋼筋混凝土建筑物的使用壽命普遍偏短的狀況，結合我局青島海灣大橋施工實際，我們開展了海工高性能混凝土的試驗研究，以提出橋梁工程用海工高性能混凝土配合比及其應用技術，有效地控制混凝土質量,延長海工混凝土建筑物的使用壽命。
　　關鍵詞：混凝土，配合比，設計，優(yōu)化
　　1前言
　　高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現(xiàn)代混凝土技術制作的混凝土，是以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途的要求，在混凝土中摻入一定量的礦物摻合料和高性能復合外加劑，取用較低的水膠比和較少的水泥用量，在施工時采取嚴格的質量控制措施，制備滿足力學性能、耐久性能、工作性能以及經(jīng)濟合理性的混凝土。高性能混凝土與普通混凝土相比，主要區(qū)別為：高性能混凝土以耐久性指標為主要控制指標、采用較低的水膠比、較低的用水量及水泥用量、同時摻加復合外加劑及礦物摻合料等。
　　高性能混凝土十分敏感，當環(huán)境溫度、原材料質量、配合比、計量發(fā)生變化時，其工作性能易發(fā)生突變，造成混凝土離析、泌水、和易性差，影響施工并造成混凝土外觀差、耐久性差。因此，原材料質量、配合比選定、混凝土的攪拌、澆注等與高性能混凝土質量密切相關，這些環(huán)節(jié)必須加以嚴格控制，才有保證混凝土質量。
　　2如何選擇各種原材料
　　選擇原材料的原則：任何原材料對具體工程都有利有弊，檢驗合格的原材料不一定能滿足混凝土的需要。選取適合自己的才是最好的，要充分發(fā)揮適合混凝土設計的的各種材料的特性，為我所用。
　　2.1水泥是混凝土中最為重要的膠凝材料。
　　水泥宜選用低水化熱和低堿含量的水泥，盡可能避免使用早強水泥和高C3A含量的水泥。水泥一般采用大型水泥廠生產(chǎn)的水泥，質量比較穩(wěn)定，但應注意當砂石堿活性較大時，應采用低堿水泥。采用低堿水泥一是可以降低混凝土含堿量，減少與堿活性骨料發(fā)生反應的程度，二是可以減少混凝土開裂的傾向。
　　2.2摻合料的使用
　　不同的摻合料具有不同的特性和作用。
　　表1粉煤灰和礦渣粉的優(yōu)缺點
                            

             礦渣粉和粉煤灰的摻入，減少了水泥用量，延長了混凝土水化熱反應的時間，推遲了溫度峰值的產(chǎn)生且降低了溫度峰值。

  　2.3外加劑的選擇
　　外加劑是配制高性能混凝土最重要的材料，配制高性能混凝土的關鍵是要以較低的用水量且要使混凝土達到較大的坍落度、較高的強度以及并具有較小的坍落度損失，這些只有摻加高性能減水劑才能實現(xiàn)，關鍵是看它能不能與其它各種材料（主要是水泥）相兼容，合適自己的才是最好的。
　　2.4骨料的選擇
　　選擇骨料第一位的不是強度,要注意骨料的級配和粒形，級配和粒形良好的骨料可以配制出低用水量,高工作性和耐久的混凝土。級配和粒形骨料強度對普通混凝土的影響不太大，因為骨料的強度比混凝土中基本和界面過渡區(qū)的強度要高出數(shù)倍。換句話說，由于破壞是由其它量項決定，絕大多數(shù)天然骨料的強度幾乎得不到利用。然而，除強度外，骨料的其它特性，如粒徑、形狀、表面結構、級配（粒徑分布）和礦物成分，都在不同程度上影響著混凝土強度。
　　3高性能混凝土配合比設計與優(yōu)化
　　3.1高性能混凝土配合比設計原則
　　盡量使用較低的水膠比。限制膠凝材料總量，摻加足夠量的礦物摻合料，盡量減少水泥用量。使用高效減水劑，盡可能減少用水量。適當引氣。選用優(yōu)質的原材料，控制原材料當中的有害物質含量。控制混凝土中的堿含量。
　　3.2高性能混凝土配合比設計各主要參數(shù)的確定及配合比設計流程
　　3.2.1混凝土強度等級的確定。
　　混凝土強度等級根據(jù)設計圖紙確定，且應符合規(guī)范中的關于不同環(huán)境條件下混凝土結構最低強度等級之規(guī)定。
　　3.2.2石子最大粒徑的確定。
　　碎石最大公稱粒徑不宜超過混凝土保護層厚度的2/3且不得超過鋼筋最小間距的3/4。配合比設計前應仔細了解設計圖紙中規(guī)定的鋼筋最小間距和最小混凝土保護層厚度，以確定配合比所采用的碎石最大公稱粒徑。
　　3.2.3設計坍落度的確定。
　　混凝土的坍落度宜根據(jù)施工工藝、澆注方法、鋼筋最小間距確定。線高性能混凝土采用泵送施工較多，要求流動性好且不易離析、不泌水，考慮到施工現(xiàn)場混凝土坍落度損失及炎熱天氣的施工，坍落度設計時不宜太小，泵送混凝土一般設計坍落度為160～200mm，非泵送混凝土坍落度可以選擇120～160mm，水下混凝土坍落度為180～220mm。
　　3.2.4試配強度的確定。
　　試配強度按照《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ55）計算；水下混凝土配合比設計時，試配強度應乘以一個1.1~1.15的保證系數(shù)。
　　3.2.5水膠比的確定。
　　按《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ55）計算并得出水膠比以后，還需要符合高性能混凝土規(guī)范規(guī)定的最大水膠比和最小膠凝材料用量的規(guī)定進行校核，并重新選擇水膠比。
　　3.2.6用水量的選擇及膠凝材料用量的確定。
　　用水量應根據(jù)外加劑的減水率及摻量、設計坍落度、石子最大粒徑來確定。用水量還與原材料質量有關，如潔凈的砂石料、用水量小的粉煤灰，都會使單方混凝土用水量減少。根據(jù)用水量及水膠比，可計算出每方膠凝材料用量。
　　3.2.7外加劑摻量的確定。
　　外加劑摻量與外加劑減水率、設計坍落度以及實際使用材料的需水量有關，參考廠家推薦摻量，并通過混凝土試拌效果確定，聚羧酸鹽系高性能復合減水劑的摻量一般為膠凝材料總量的0.8~1.2%（C30~C50混凝土）。
　　3.2.8礦物摻合料摻量的確定。
　　一般情況下，礦物摻合料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%。預應力混凝土以及處于凍融環(huán)境中的混凝土的粉煤灰的摻量不宜大于30%。設計時，盡可能減少混凝土膠凝材料中的水泥用量，一是可以減少水泥水化熱引起的混凝土開裂傾向，保證混凝土的耐久性，二是減少水泥用量，增加礦物摻合料用量，有利于增強混凝土的和易性，利于施工，三是可以降低成本。
　　3.2.9混凝土表觀密度的假定。
　　混凝土表觀密度一般在2350~2450kg/m3之間選定。應注意的是，由于混凝土表觀密度選定過小，容易造成施工現(xiàn)場混凝土用量超方現(xiàn)象，室內混凝土配合比設計時，測定混凝土表觀密度應在測完混凝土30分鐘坍落度損失后再進行，這樣測出來的混凝土表觀密度與施工現(xiàn)場情況比較接近。
　　3.2.10砂率的選擇。
　　砂率根據(jù)石子最大粒徑、水膠比以及施工工藝（澆注方法）確定。泵送混凝土及水下混凝土砂率宜比普通混凝土砂率提高3~4%。高性能混凝土（泵送或水下混凝土）的砂率一般在36~43%之間。
　　3.3混凝土配合比優(yōu)化
　　盡量使用較低的水膠比。限制膠凝材料總量，摻加足夠量的礦物摻合料，盡量減少水泥用量。使用高效減水劑，盡可能減少用水量。適當引氣。選用優(yōu)質的原材料，控制原材料當中的有害物質含量。控制混凝土中的堿含量。在保證質量的前提下，應注重經(jīng)濟效益。
　　4青島海灣大橋墩身、箱梁配合比優(yōu)化前后對比
　　配合比的優(yōu)化是以降低膠凝材料用量為原則，增加骨料比例，改善混凝土的抗氯離子滲透能力。
　　表二墩身混凝土配合比

                           
　　5．成本控制
　　5.1物資部提供各種材料價格表：
　　表四08年11月份材料價格

                      
　　5.2墩身混凝土配合比優(yōu)化前后單價對比
　　
　　表五墩身優(yōu)化前后單價對比表
　　　
　　5.3箱梁混凝土配合比優(yōu)化前后單價對比
　　表六箱梁優(yōu)化前后單價對比表

                       
　　青島海灣大橋第八合同段共有墩身96個，合計混凝土方量12578m3；箱梁98片，合計混凝土方量65488m3。混凝土配合比優(yōu)化前后節(jié)約成本（341.81-322.96）×12578+(377.16-358.5)×65488=1459101.38元,即節(jié)約145.91萬元。
　　6結語
　　在環(huán)境十分復雜的海工特大橋混凝土施工中，混凝土生產(chǎn)的控制是一個系統(tǒng)工程，只有嚴格的控制和科學的管理才能夠使混凝土強度得到有力的保證。性能優(yōu)良的高性能混凝土可以保證混凝土的力學性能、耐久性、工作性以及經(jīng)濟性。但高性能混凝土很“嬌貴”，對環(huán)境變化、材料變化、計量偏差、攪拌時間等十分敏感，因此，混凝土原材料、配合比設計、混凝土拌合、混凝土澆注等各個環(huán)節(jié)的質量控制十分關鍵，我們應當引起高度重視，采取措施，保證混凝土施工質量。
　　參考文獻：
　　（1）中國工程土木水利與建筑學部，工程結構安全性與耐久性研究咨詢項目組，混凝土結構耐久性設計與施工指南（CCES01-2004）【M】.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.5.
　　（2）黃士元，蔣家奮，楊南如等，近代混凝土技術【M】，陜西：陜西科學技術出版社，1998.
　　（3）青島海灣大橋海工高性能混凝土設計與施工技術規(guī)范（正式版）2008年6月.
　　（4）張應立，楊柏科，申愛琴等，現(xiàn)代混凝土配合比設計手冊，北京，人民交通出版社，2002.5.