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某跨江大桥，在浇筑桥墩高强混凝土施工中，要求水泥用量不得大于(
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某跨江大桥，在浇筑桥墩高强混凝土施工中，要求水泥用量不得大于(&&)kg/m3。&&A．300&&B．320&&C．550&&D．600
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日本明石海峡大桥高性能混凝土应用
[日期：] & 来源：建筑工程质量安全网& 作者：建筑工程质量安全网 & 阅读：83次[字体：
日本明石海峡大桥高性能混凝土应用
一、工程概况
日本明石海峡大桥为三跨双铰接加劲桁架悬索桥，连接本州和淡路岛。大桥总长3910m，主跨距l990m。缆索直径为1.1m，由37000根φ5的钢丝绞成。塔高在海平面以上约297m。水下部分结构混凝土浇筑总量为142万m3。该桥于1988年5月动工，于1998年全部竣工。本例介绍该桥梁工程1号缆索锚固基础(1A)和2号及3号桥墩(2P和3P)所用的高性能混凝土。图1为明石大桥断面图，图中标明1A、2P和3P的位置。
图1日本明石大桥断面图
桥上整个缆索的拉拔力高达1200MN，因此抵抗缆索拉拔力的锚固基础必然是庞大的混凝土结构。受地质条件的限制，采用了大型深基础锚固。其中在神户一侧的1A锚基承载结构层位于地下60m的第三纪沉积岩。1A锚基混凝土浇筑量约52万m3(地下38万m3，地上14万m3)。采用现浇地下混凝土连续墙露天开挖的方法施工，地下混凝土连续墙为环形平面，外径85m，厚度2．2m，埋深75．5m。混凝土要求高流动性、高体积稳定性、高强度和低温升。
该桥的两个主要桥墩2P和3P为水下浇筑的塔基，最大深度为60m，潮流14.82km／h。该两个桥墩包括50万m3抗冲刷的水下浇筑混凝土和18万m3的普通钢筋混凝土。水下混凝土用沉箱法施工：海床开挖后，将钢沉箱沉下，再用混凝土填充成基础。作为抗冲刷混凝土模板的钢沉箱为圆形、双层壁，直径80m，高65m。沉箱芯部直径56m，从海面下10m到60m，分14层浇筑混凝土。每层用24个浇筑管连续浇筑3d，浇筑量为m3。硬化后用无人水下处理机处理施工缝。双层壁部分的混凝土分成16段，用6个浇筑管从海面下5m到60m浇筑9000m3混凝土。在这样严酷的条件下浇筑这样大量的混凝土，欲得到预期的质量，就必须严格执行质量标准，包括限制温升以降低温度应力，控制凝结时间以减小对模板的侧压力，保持流动度至几小时以保证长距离输送浇筑。
二、1A锚基水下浇筑混凝土
1．混凝土性能要求1A锚基水下浇筑混凝土性能要求如表1所示。
表11A锚基水下浇筑混凝土性能要求
91d设计强度
91d配制强度
集料最大粒径
目标坍落度／mm
目标含气量
2．原材料选择
根据该工程的特点和要求，高和易性(高流动度和不离析)和低温升比强度更重要。
(1)胶凝材料
选用硅酸盐水泥、磨细矿渣和粉煤灰三组分的胶凝材料，以降低混凝土的温升。磨细矿渣的比表面积为418m2／kg，密度为2.92g／cm3，粉煤灰比表面积为326m2／kg，密度为2.31g／cm3，烧失量为0.9％。现场施工使用的胶凝材料配合比为：水泥：矿渣：粉煤灰：40：40：20。混合后的胶凝材料细度为342m2／kg，密度为2.85g／cm3，初凝为5hlOmin，终凝7h48min，S03含量为2.1％，MgO含量为3.9％。
考虑到混凝土的流动性要求和固体颗粒的填充性，选用最大粒径为20mm的碎石，饱和面干密度为2.62g／cm3；砂子用脱盐的海砂和破碎砂掺配。海砂饱和面干密度为2.54g／cm3，细度模量为2.65；破碎砂饱和面干密度为2.53g／cm3，细度模量为3.06。海砂与破碎砂的配合比约为1.86：1。试验表明，使用掺配的砂子，混凝土的泌水量比只用脱盐海砂时降低约一半，外加剂掺量也可减少。
选用高性能引气型减水剂，与以改性木质素和烷基丙烯基磺酸为基本组分的超塑化剂复合使用，再加入一定量的引气剂。为减少水下浇筑混凝土的离析和泌水，增加其稠度以提高其抗水下分散的能力，另加入适量纤维素类的增稠剂。
该混凝土配制的特点是，使用多组分水泥、多组分外加剂；坍落流动度为50～70cm，并长期保持；低水灰比，低水泥用量。
现场使用的混凝土配合比如表2所示。
表21A锚基水下浇筑混凝土的配合比
单方混凝土各材料用量／lqg
单方混凝土外加剂用量／kg
0.034~0.072
注：Al为高性能引气型减水剂，A2为超塑化剂，A3为引气剂。
4．搅拌工艺和施工方法
高性能混凝土由于掺人物的种类多，其中有的掺量很少，为了保证混凝土拌和物的均匀性，需延长搅拌时间。
普通混凝土的搅拌流程为
高性能混凝土搅拌流程则为：
现场设混凝土搅拌站，混凝土供应量为480m3／h。由两个制冰商供应冰屑，以降低混凝土初始温度。冰屑最大供应量为120t／d．混凝土采用直径为φ250mm的导管进行水下施工。在导管管口埋入所浇筑的混凝土中以前，连续浇筑混凝土很重要，因此每根导管备用两台搅拌车，以保证连续浇筑。为了控制在水中上升的混凝土质量郜下降，水下混凝土浇筑余量通常为50cm。从浇筑的混凝土顶部直摄取样进行标准养护，测定余量混凝土的质量。
5．混凝土质量
按设计要求用不同配合比的混凝土进行试配，最后优选出的配合比结果如表3和表4所示。
表3试配混凝土拌和物性质
坍落度(坍落流动度)／mm
含气量／％
凝结时间／h：min
表4试配硬化混凝土强度
抗压强度／MPa
弹性模量／GPa
抗拉强度／MPa
现场浇筑混凝土性质及质量检验统计如表5、表6和表7所示。
表5现场混凝土拌和物性质
基准混凝土
流态混凝土
坍落度／mm
含气量／％
坍落度(坍落流动度)／mm
含气量／％
泌水量／％
表6钻芯部位硬化混凝土抗压强度
标准养护试件强度
芯样强度／MPa
抗压强度比／％
表7现场混凝土质量
混凝土拌和料
硬化混凝土(90d)
坍落流动度
最大泌水量
抗压强度／MPa
标准差／mm
二、主桥墩2P、3P水下浇筑抗冲刷混凝土
1．性能要求
明石大桥水下抗冲刷混凝土浇筑区域每浇筑一次的量约有1万m3。因此必须选用一种低热的高流动性的混凝土。主桥墩2P、3P水下浇筑混凝土性能要求见表8。其中混凝土的流动性用拌和望苎落后铸展的直径即坍落流动度进行测定。由于混凝土在水下最大流动距离为8m，从所有的浇筑管到汇集处需要8h以上的时间，故该流动度保持的时间必须不小于8h，以保证混凝土的质量均匀。初凝时间要求约30h，是因为从开始浇筑循环到芯部的时间太长，同为了防止作用于双层墙过大的侧压力。根据应力分析，当胶凝材用量为320kg／m3时，混凝土的绝热温升必须低于30℃。混凝土的计强度以91d抗压强度计。考虑到由于长距离流动而引起水下浇筑混凝土强度损失，混凝土配制强度系数采用1.35。混凝土强度损失系数用4个浇筑管的混凝土制作30m×30m的试块进行试验。司表明，混凝土芯样强度和试样强度的比值随水下混凝土流动距离彭加而下降，如图2所示。
图2混凝土强度和流动距离的关系
该混凝土性能要求见表8所示。
表6―82P、3P桥墩水下浇筑混凝土性能要求(20℃时)
91d设计强度
91d配制强度
坍落流动度
流动度保持时间
(1)胶凝材料
试验时对两个桥墩采用不同的水泥：2P的芯部采用普通硅水泥，双层墙部分采用中热水泥；3P采用低热水泥。
胶凝材料的性能如表9所示。
表9试验用胶凝材料的性能
抗压强度／MPa
为达到高流动性和低温升的要求，所用胶凝材料中掺人大量矿物细掺料。所用矿渣和粉煤灰主要性能见表10和表11所示。
表10桥墩混凝土用矿渣性能
玻璃质含量/%
/（g/cm3）
/（g/cm3）
活性指标/%
砂浆流动值比/%
表11桥墩混凝土用粉煤灰性能
/（g/cm3）
/（g/cm3）
抗压强度比/%
SiO2含量/%
粗集料选用5~20mm的碎石，细集料用脱盐的海砂。砂中不允许含有粉细颗粒和黏土。
在混凝土中使用粉状纤维素醚抗水冲刷；掺人一种超塑化剂(高浓缩三氮杂苯化合物)保证混凝土搅拌后的流动性；为保持混凝土的流动度至数小时，并调节凝结时间，还使用一种引气型减水剂(木质素磺酸的多元醇复合物)。
试验用配合比及实际达到的声100mm×200m圆柱体强度如衷12所示。
表12桥墩I玎陀的试验配合比和强度
材料用量／(kg／m3)
抗压强度佃a
注：*混和材中包括矿渣、粉煤灰、石灰石粉等；
**外加剂由超塑化剂、引气剂、增稠剂等复合。
实际施工用的混凝土因处于钢沉箱中，强度要求很低，孔隙率，不重要，重要的是低温升和高流动性，故采用高水灰比和高砂率。j配合比如表13所示。
表132P、3P水下浇筑混凝土配合比
材料用量／(kg／m3)
外加剂／(L／m3)
注：A1为水下抗冲刷外加剂，A2为超塑化剂，A3为引气减水剂。
4．混凝土施工的质量控制
明石大桥主桥墩――两个塔基水下的抗冲刷混凝土，用一年左右的时间浇筑了大约50万m3。为了保证所浇筑的混凝土符合严格的质量要求，重要的是首先检验混凝土的原材料质量。水泥、矿渣和粉煤灰以及集料都各自从单一厂家购入，并在使用前进行全套检验和严格的质量控制。除大量试配外，对保持流动性和初凝时间进行了大量试验。
现场在平底驳船上设置混凝土搅拌站，并设有10000m3储量的混凝土料库。如前所述，芯部混凝土分层浇筑。每层混凝土使用24个浇筑管连续浇筑。水平施工缝用橡胶进行处理。在每个浇筑管的端部装有电视监视器和浇筑情况的探视器进行监控，同时现场监测混凝土的温升。混凝土的强度由钻芯取样和浇筑前留样进行测定。在芯部混凝土水平施工缝处钻芯取样，检验其抗拉强度(粘结强度)为1.89～1.90MPa，有些比本体混凝土抗拉强度还高，表明该施工缝
5．现场混凝土性能
(1)拌和物的流动性及其保持时间拌和物的流动性及其保持时间如图3所示。
坍落度流动值/mm
搅拌后经过的时间/h
图3混凝土流动性及其经时变化
(2)强度各部位混凝土预留试样和钻芯取样的抗压、抗拉强度以及质量波动(标准差、水下浇筑混凝土强度损失)结果如表14所示c
表14水下浇筑大体积混凝土抗压强度试验结果
水下浇筑混凝土91
d抗压强度／~伊a
水下浇筑和水中91
d抗压强度比／％
抗压强度／MPa
抗拉强度／MPa
水下浇筑混凝土91
d抗压强度／MPa
水下浇筑和水中91
d抗压强度比／％
(3)绝热温升
不同部位混凝土的绝热温升如图4所示。
由图4可见，三种不同配合比的胶凝材料所配制的混热温升均低于30℃。其中用低热水泥时，温峰可延迟到5d2种的温峰均在3d时出现。
(4)初凝时间
图4混凝土的绝热温升
混凝土的初凝时间随混凝土温度的提高而提前，但当混凝土温度为30℃时，初凝时间也大于20h，如图5所示。
图5初凝时间与混凝土温度的关系武汉建长江大桥首用混凝土搅拌船_资讯频道_新浪湖北_新浪网
武汉建长江大桥首用混凝土搅拌船
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“海天3号”混凝土搅拌船正在往2号桥墩灌注水泥。&记者&&彭年 摄
　　本报讯(见习记者黄帅 记者杨捷 通讯员陈斌)武汉建长江大桥，首次用上了“水上移动式混凝土生产工厂”。昨日记者随大桥局副总工冯广胜登上停泊在江中心的这座白色工厂。
　　鹦鹉洲长江大桥是世界上最大跨度的三塔四跨悬索桥，它的1、2、3号墩从汉阳至武昌一顺排列。乘“施工摆渡船”到位于江中心的2号墩，只需两三分钟。登上“海天3号”，记者耳边传来隆隆轰鸣声。一艘载满砂料的运输船紧紧停靠在旁边，工人正操作着船舶吊机，不断地用大抓斗将细砂运至搅拌船上。
　　跟着混凝土工厂的负责人周船长从甲板上下去，里面竟“藏”着一条混凝土生产线。上面的漏斗将砂、石、水泥输进来，称重后通过楼梯一般的槽形皮带输入搅拌机中。船上共有两条生产线，周船长说：“这条船只需两个人控制，全部自动化。”
　　混凝土工厂的控制室在二楼，21岁的江西籍工人刘江鹏紧盯着电脑屏幕，混凝土的配料全部显示在此：有大石子、小石子、砂、添加剂、水等。电脑前只有两人，“后台”还有18号人。周船长说，“如比例不对，设施哪儿出小毛病，这些维护人员就出动了”。
　　大桥局介绍，“这是武汉桥梁史上首次使用水上移动式混凝土工厂。”建二七长江大桥时，是在江中“组合”一条混凝土生产线，远远没有“海天3号”自动化程度高，进度也不够快。
　　据悉，“海天3号”刚刚完成鹦鹉洲大桥最大量的混凝土浇筑，一次完成92000立方米，耗时5天多。浇筑的混凝土量如果以混凝土车计算，要装满5111车。周船长说，“我们用两班人马，三十几个人拿下。”
　　“海天3号”可以实现“不停顿生产”混凝土，当桥承台每减少一次混凝土“对接”，就能缩短至少半个月工期。2号墩是鹦鹉洲长江大桥的工期控制节点，“节省2号墩的工期，就是节省全桥工期。”冯广胜说。
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