大连卧龙湾桥梁高性能混凝土结构耐久性设计

【摘 要】高性能混凝土是一种高强度、高耐久性和高工作性的新型混凝土，它的耐久性是指结构在自然环境、使用荷载及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。文章结合大连卧龙湾商务区跨滨海路卧龙河的桥梁施工经验，分析了该桥梁高性能混凝土耐久性的设计分析。

【关键词】桥梁工程；高性能混凝土；耐久性

引言

对桥梁用高性能混凝土的设计主要是配合比的设计，但现行混凝土配合比设计规程并未解决高性能混凝土配合比设计中矿物细掺料掺量的计算问题和高性能混凝土配合比设计的问题。在进行高性能混凝土配合比设计时，人们往往凭借经验，然后通过试配来调整混凝土配合比，至今没有一个简单有效的配合比计算公式。因此，研究简单、准确的高性能混凝土配合比公式依然是一个重要的研究方向桥梁用高性能混凝土的工程应用还不多，主要原因为工程人员对混凝土性能劣化及耐久性的认识不足，桥梁技术规范滞后，过分注重减少桥梁工程造价（没有考虑桥梁结构后期运营、维护、维修、加固等费用）而对桥梁结构的耐久性不够重视等。文章结合工程实例，对桥梁用高性能混凝土的耐久性设计展开探讨。

1 工程概况

本桥为大连卧龙湾商务区跨滨海路卧龙河的桥梁，桥梁与卧龙河斜交，为三跨连拱桥，总长130m（48.5+43+38.5m），吊杆采用双索面；桥面总宽39m（6m人行道+11.5m机动车道+4.0m索区、绿化带+11.5m机动车道+6m人行道）。斜桥正做，桥墩、台均与道路设计线垂直，与水流斜交。主梁采用斜边腹板预应力混凝土箱梁，拱肋采用流线型钢筋混凝土结构；桥墩为钢筋混凝土景观造型桥墩，桥台采用钢筋混凝土一字型桥台；基础采用钻孔灌注桩。

2 桥梁用高性能混凝土的耐久性设计

2.1 原材料的选用

2.1.1 水泥

水泥应采用品质稳定、强度等级不低于42.5的低碱普通硅酸盐水泥，并且要求水泥熟料中C3A（3CaO·Al2O3，铝酸三钙）的含量不应大于8%，若是强腐蚀环境，不应大于5%。如果有耐硫酸盐侵蚀要求，可选用中级抗硫酸盐硅酸盐水泥或高级抗硫酸盐硅酸盐水泥。在技术要求方面，要同时满足国家现行标准、规范中的有关规定。

2.1.2 矿物掺和料

矿物掺和料最好选用粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉，其产品性质要求稳定，并且粉煤灰、磨细矿渣粉等也要满足国家现行标准、规范中的有关规定。

2.1.3 细骨料

对于细骨料，要求级配合理质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小。可以选用洁净、天然的河砂，细度模数为2.6-3.2，含泥量小于2.0%。

2.1.4 粗骨料

粗骨料要求质地均匀坚硬、粒形良好、级配合理，粒径大约在5-20mm。最大公称直径小于25mm，且不得超过钢筋混凝土保护层厚度的2/3和钢筋最小间距的3/4，并分两级（5-10mm和10-20（25）mm）。使用时粒径5-10mm碎石与粒径10-20（25）mm质量之比为（40±5）%：（60±5）%。含泥量不大于0.5%，针片状颗粒含量不大于7%，压碎指标不应大于10%，母岩抗压强度与桥梁用混凝土设计强度之比应大于1.5倍的坚硬耐久的碎石。

2.1.5 外加剂

外加剂最好选用减水率高、坍落度损失小、引气适量、质量稳定并能明显改善或提高混凝土耐久性能的复合高效外加剂。外加剂与水泥之间应有良好的相容性。外加剂须经省、部级鉴定或评审，并经产品质量监督检验中心检验合格。

2.1.6 水

如果用饮用水来拌合混凝土，可以不用检查，否则应满足国家现行标准、规范中的有关规定。

2.2 配合比的设计

到目前为止，桥梁用高性能混凝土的配合比设计，还没有可以依赖的规范或标准，工程技术人员提出了多种高性能混凝土配合比的设计方法。基于美国学者P.K.Mehia和P.C.Aitcin的理论（要使高性能混凝土同时达到最佳的和易性和强度，其胶结浆体与骨料的体积比建议为35：65）有人提出了一种半经验半实验的方法，即全计算法。这种方法的主要思路是先通过计算得出各材料用量，然后不断调整、试配，最终确定合适的配合比。下面介绍全计算法的设计步骤。

2.2.1 确定配制强度

fcu，o=fcu，k+1.645σ

式中：fcu，o—混凝土配制强度（MPa）；

fcu，k—混凝土的强度等级（MPa）；

σ—混凝土强度标准差（MPa）

2.2.2计算水胶比

式中：fce—水泥实际抗压强度，MPa，当没有实际测量值时，fce=γc·fce，g，其中γc为水泥强度等级值的富余系数，fce，g为水泥强度等级值，MPa；

A、B—回归系数，当为碎石混凝土时分别取0.48和0.52，当为卵石，混凝土时分别取0.50和0.51。一般水胶比可参见表1选用。