C45大体积混凝土配合比设计及在港珠澳大桥拱北隧道中的应用

了混凝土裂缝的生成，保证了拱北隧道的施工质量。关键词：大体积混凝土；配合比设计;拱北隧道；温度监测；工程应用中图分类号：TU 528.31

文献标志码：B 文章编号:1009-7767(2019)03-0245-04Mix Design of C45 Mass Concrete and Its Application in

Gongbei Tunnel of HZMBZhang Yuchuan大体积混凝土早期主要应用于水工大坝结构中， 相关研究很多。近年来随着我国建筑事业的快速发展，

北隧道的贯通，标志着我国在这一领域的技术水平走

到了世界前列，同时也宣告我国首座采用“超大曲线 管幕+超大冻结法”施作的双层叠加公路隧道在施工

一系列大型结构不断涌现，而这些大型结构的很多部

位都是典型的大体积混凝土结构IT,这些建筑的大体 积混凝土的施工与水工大坝相比，在原材料、温度控 制措施及施工工艺的选择上具有很多的局限性，但对

技术上取得了重大突破。1原材料技术要求及选用C45高性能混凝土原材料在满足设计要求的条件 下，应该结合施工地的市场条件,选择质量稳定、来源 可靠的原材料，在有效保证混凝土质量的前提下，控制

混凝土强度、耐久性等方面有更高的要求。目前国内虽 对大体积混凝土原材料选择与配合比设计有一定的 研究但主要是针对个例，不具有普遍适用性。因

好混凝土的生产成本。此，如何在材料供应及温控措施有限的条件下，合理 地选择材料并设计最佳的混凝土配合比以满足工程

1.1水泥水泥应符合GB175—2007要求，强度等级＞42.5,

需要，是保证工程顺利实施的前提。港珠澳大桥拱北隧道位于珠海市香洲区，毗邻澳

品质稳定，标准稠度低，比表面积W300m2/kg,游离氧 化钙含量W1.5 %，碱含量W0.60%,C3AW8%,氯离

门，隧道由海域人工岛明挖段、口岸暗挖段以及陆域

子W0.06%。选用广州某公司生产的粤秀牌P- H42.5 水泥，各项指标均符合要求。明挖段3种不同结构的隧道连接而成。拱北隧道地处 类似泥潭的高富水地质结构区，同时下穿我国第1大

1.2细集料使用II类洁净天然河砂，U区级配，质地均匀坚 硬，吸水率低，空隙小，粒径V5 mm,氯离子V0.02 %。 表观密度＞2.5 g/cn?,松散堆积密度＞1.4 g/cn?,空隙

陆路出入境口岸，是当今世界上最复杂的公路隧道工 程之一。隧道采用了长距离“曲线管幕+冻结法”暗挖 施工，其管幕长度、管幕面积和冻结规模均刷新了世界 纪录，是国内第1座采用曲线管幕法施工的隧道，也是

率＜44%,无碱集料反应，细度模数2.6-2.9,2.36 mm 筛孔累计筛余量不大于15 %,300 mm筛孔累计筛余

世界上最长的超大断面曲线管幕隧道。港珠澳大桥拱

2019 年第 3#!(5R)第 37 卷 彳貳技* 245::工程材料与设备Enginearing Material & Equipment不大于85 %o选用广东阳江某砂场中砂，各项指标均

步配合比。按照设计要求以及对大体积混凝土的性能 要求，确定配合比中的核心参数和其他参数（设定混

符合要求。1.3粗集料使用II类洁净碎石，连续2级配或多级配，最大

凝土密度为2 410kg/m5）o表1是计算的混凝土初步配

合比。表1计算的混凝土初步配合比 kg/m3材料 水泥 砂 大石小石粉煤灰矿渣粉 水 减水剂粒径«26.5 mm,粒型良好，级配合理，质地均匀坚硬，

线胀系数小，压碎指标«18%,坚固性＜8 %,表观密

度〉2.6 g/cn?,松散堆积密度＞1 500kg/m3,紧密空隙 率V40%,吸水率＜2%,含泥量W1.0%,针片状颗粒W

用量 281 730 767 329 88 70 145 4.8297 %,无碱集料反应。选用某石场花岗岩碎石，粒径5〜 10 mm： 10〜25 mm=30 %：70 %，最大粒径 25 mm,各项 指标均符合要求。1.4外加剂使用聚竣酸高性能减水剂，减水率M25%,水泥净 浆流动度M240 mm,硫酸钠W5.0%,氯离子W0.02%,

根据计算所得的混凝土初步配合比，对混凝土进 行了试拌，试拌材料用量情况和试拌结果见表2、3。表2试拌材料用量

试拌用量 5.62 14.6015.34 6.58

kg材料 水泥 砂 大石小石粉煤灰矿渣粉 水 减水亦

1.76 1.40 2.90 0.097压力泌水率比«90 %,7 d抗压强度比M 140 %,28 d

抗压强度比＞130%,收缩率比«110%,初凝凝结时间

表3试拌结果坍落度/含气量/差〉90 min。选用深圳某公司生产的PCA聚竣酸高性 能减水剂（缓凝型），掺量为胶凝材料质量的0.8 %~mm拌合物情况黏聚性良好含砂保水性%s10压力

泌水率1.2 %,各项指标均符合要求。220棍度中少量3.20初凝时间密度/1.5粉煤灰粉煤灰应满足F类I级，细度W12%,需水量比W

1 h坍落度/mm210情况中(kg/m3)2 45011 h：05 min95 %,含水率W1.0%，烧失量W5.0%,三氧化硫W3%, 游离氧化钙«1.0%,M离子W0.02%。根据实际情况， 选用某电厂F类I级粉煤灰，各项指标均符合要求。

试拌结果满足设计要求，拌合物计算密度2410k咖3,

（2 450-2 410）/2 410=1.7 %＜2 %，该配合比中各项材

料用量不用调整，基准配合比确定（编号为1号）。1.6 矿渣粉矿渣粉应满足密度M2.8 g/cn?,比表面积350〜

根据计算的混凝土初步配合比及按照该配合比对

600 m2/kg,7d活性指数＞75 %,28 d活性指数＞95%,

流动度比＞95 %,含水率W1.0%,三氧化硫W4.0%,

混凝土的试拌结果，将计算的混凝土初步配合比确定 为基准配合比,基准配合比混凝土的水胶比r/B=0.33,

氯离子W0.02%,烧失量W3.0%。选用S95级矿渣粉， 各项指标均符合要求。砂率0^=40%。在基准配合比基础上，通过调整水胶比 和砂率改变混凝土配合比，具体的配合比方案为：2号 混凝土，在基准配合比的基础上，水胶比减少0.02,砂

2混凝土配合比设计混凝土配合比设计遵循经济性、耐久性原则，即控 制凝胶材料的总量，采用降低水泥用量的方法来降低

率减少1 %；3号混凝土，在基准配合比的基础上，水胶

比增加0.02,砂率增加1 %。3种混凝土配合比见表4, 分别为1号（基准配比）、2号和3号混凝土。混凝土的绝对温升值，可以使混凝土浇筑后的内外温 差和降温速度控制难度降低。该设计根据材料调研与

材料特性，根据浇筑对象所处环境、混凝土基本情况及 施工情况，确定设计的混凝土各项指标。结合规范

表4 3种水胶比和砂率的混凝土配比kg/m3配合比编号水泥砂大石小石粉煤灰矿渣粉水减水剂以及项目对大体积混凝土配比设计的相关要求，通过 初步计算和试拌调整，得到基准配合比。在基准配合比 的基础上，在可调整的参数范围和用量范围内，通过

12281299265

730767767764329329887075661451454.8295.148701759948333281454.554改变水胶比和砂率，优化大体积混凝土配合比设计。根据选定的材料，严格按照规范计算混凝土的初

1、2、3号混凝土的力学性能见图1。对混凝土性246 彳貳技* 2019No.3(May) Vol.37工程材料与设备!：Engineering Material & Equipment能的测定结果表明，3种混凝土均满足设计要求。在满

等方式降低混凝土的入模温度。大体积混凝土结构，由于水泥化热引起混凝土内

足混凝土强度的基础上，考虑混凝土的经济性、拌合 物的和易性及混凝土的耐久性，采用3号混凝土配合

部温度及温度应力急剧变化，导致产生温度裂缝。因

比作为最终使用的配合比，其早期强度低，有利于控 此，施工中应对混凝土温度进行监测，以采取相应措 施控制混凝土内部的温升、内外温差及降温速度，避免

制混凝土温升和消除裂缝。裂缝的产生。图2为港珠澳大桥拱北隧道某大体积混

凝土结构施工时监测到的温度变化情况。图2a）为混 凝土内部温度及环境温度监测结果，图2b）为冷却水 进水口和出水口温度监测结果。从图2可以看出，混凝

土中心温度、底层温度和表层温度均在48〜72 h内达 到最高温度，然后逐渐下降,168h后混凝土温度下降 变缓，表层温度逐渐降低到环境温度。混凝土编号图1混凝土力学性能对于海洋等环境，钢筋腐蚀是导致混凝土发生破

坏的主要因素，而混凝土中的碱含量对钢筋的腐蚀起 到很大的作用，因此要保证混凝土配合比中的总碱含 量符合公路桥涵施工技术规范要求。3号配合比混凝土

碱的来源主要是水泥、粉煤灰、矿渣粉、外加剂和水o 3号 混凝土配合比中水泥用量为265 kg,其碱含量0.54 %；

a）混凝土内部温度及环境温度变化情况矿渣粉用量66kg,其碱含量为0.51 %；粉煤灰用量83 kg, 其碱含量为0.49 %；外加剂用量4.554 kg,其碱含量为

0.48 %；饮用水用量145 kg,其碱含量为247.97 mg/L。 因拌合用水为饮用水，砂、碎石碱集料检测符合标准

要求，故混凝土总碱含量为1.72 kg/r\依据公路桥涵

施工技术规范要求E（混凝土的总碱含量对一般桥涵不 宜大于3.0 kg/n?,对特大桥、大桥和重要桥梁不宜大于1.8 kg/m3）,3号混凝土配合比满足规范要求。3混凝土生产及施工质量保证措施为保证施工质量符合设计要求，必须保证混凝土

生产及施工质量。对大体积混凝土的生产，主要从严格

b）冷却水温度变化情况图2某大体积混擬土结构施工时温度监测情况保证原材料质量检测与控制、严格遵循设计的混凝土 温度监测过程中，要严格控制混凝土内部与表面 温差，混凝土温度监测持续时间为12 d,每6 h记录一

配合比及降低混凝土入模温度这3个方面实行。首先， 要确保混凝土拌合站使用设计配合比中选定的原材

次数据。实际监测过程中混凝土表面温度和大气最大

料，加强对原材料的抽检，通过定期检验和随机抽检 方式，防止不合格原材料进入拌合站。其次，严格把控 配合比，加强对拌合站设备的巡检，加强对拌合站生 产的混凝土的抽检，确保混凝土质量。为了降低混凝土

温差为18.9 符合混凝土表面温度与大气温差不超 过20七的要求；冷却水冷却过程中出水口与进水口最 大温差为15.9七，符合冷却水出水口与进水口温差不

超过25七的要求；施工中测得混凝土内部最高温度为

的入模温度，拌合站的原材料不宜露天存放，应在砂

64.9七、混凝土内外最大温差为17覽，符合混凝土内（下转第251页）石料上搭建遮阳棚或通过使用保温材料覆盖砂石料

2019异第3期（5闪）第37卷彳苯技柔247管理论坛::Management Forum管理模式借助于计算机技术落实在管理系统中去。工 没有市场，没有质量就没有任何竞争力可言。质量管理 是企业经营的生命线，是企业长远发展的基石和保障。工程设计企业全面质量管理的筹划与实施是一项 系统工程，这里既离不开领导的重视与支持，也离不

程设计企业信息化建设是以实现企业信息资源共享

为基础，以提高设计项目管理水平为中心，以提高管

理能力、生产效率、知识积累为根本目标，最终实现企 业决策支持管理，建设基于企业行政办公、生产、经营 等所有业务的一体化工作平台。通过一体化工作平台，

开相关部室的协作与配合，更离不开全体员工的共同

参与。可以优化生产流程，完善经营管理，提高综合管理水 平和决策管理效率，全面实现数字化、规范化、标准

工程设计企业的全面质量管理永远是一个动态 管理的过程，要用发展的眼光和态度来对待质量管理。

化、流程化。工程设计企业通过建立项目管理平台，可以将工 程设计企业最核心的项目设计控制程序进行业务流 程的优化，促使设计工作的规范化与标准化，利用技

质量管理从来都不是一蹴而就的事，需要全员共同参

与，需要从细节入手，需要锲而不舍地坚持，更需要追 求卓越的信念和破釜沉舟的行动力。陌i参考文献：[1] 田晓雅，刘少权.现代城市道路设计新理念[C]//中国土木工程

学会.第十一次全国城市道路交通学术会议论文集.北京： 《特种结构》编辑部，2011:122-124.术手段将设计的各个环节及各关键节点的质量控制 最大限度地固化，改变以往的实际工作开展与控制程

序规定相脱节现象。PC端和移动端的同步上线，为审批、校验提供的 技术上的可能性，从而避免了因为人为因素引起的违 规放行。在设计质量控制方面实现了“管理制度化，制

[2] 李首才.2015版质量管理体系认证对企业运营管理的积极

作用[JJ.企业改革与管理,2017(11):9.度流程化，流程信息化”，大大提升了工程设计企业的

⑶陈玉林.全面质量管理在IS09001认证中的实践与应用[J].

中国认证认可,2017(7);18.全面质量管理水平。4结论质量是一个企业生存和发展的根本，没有质量就(上接第247页)收稿日期：2018-10-28作者简介：杨玲，女，经济师，学士，主要从事丁•程项目设计管理工作。结构达到设计要求、避免裂缝的产生、保证混凝土工

部最高温度不超过70 °C、混凝土内外温差小于25七的 要求。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节，其 主要作用是降低大体积混凝土的内外温度差以降低

程的质量，具有重要的意义。晒8参考文献：[1] 谭昱，陈儒发.谭逸波，等.港珠澳大桥低温升抗裂C45承台

大体积混凝土研究与应用[J].公路,2016,61(5):282-28&混凝土块体的自约束应力，充分利用混凝土的抗拉强 度，以提高混凝土的抗裂能力，实现控制混凝土温度 和消除裂缝。施工过程中，对浇筑完的混凝土及时洒水

[2] 刘冠国，马爱斌，秦鸿根，等.崇启大桥C45墩身混凝土配合

比设计与优化[J].混凝土与水泥制2014(11)：11-16.养护，使混凝土始终处于湿润状态。工程实践表明，由于 采取了合理的混凝土配合比设计和适宜的施工措施，

[3] 张永建，李欧.洞庭湖大桥承台大体积混凝土温控试验研究

[J].桥梁建设,2016,46(4) :45-50.该大体积混凝土结构有效避免了温度等裂缝的产生， 取得了良好的效果。[4] 秦宇，张秋信，余毅.平塘特大桥中塔承载台大体积混凝土

温控技术[J].世界桥梁,2018,46(2):30-34.4结语大体积混凝土的配合比设计，应该在满足工程需

求的前提下，从控制混凝土温度差、提高经济效益的 角度出发，选用复合胶凝材料体系、降低水泥用量，合 理掺加煤灰，掺加缓凝型外加剂。大体积混凝土的施工

[5] 中冶建筑研究总院有限公司.大体积混凝土施工规范：GB

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2011[S].北京冲国建筑工业出版社,2011.[7] 中交第一公路工程局有限公司.公路桥涵施工技术规范：

JTG/T F50-2011 [S],北京：人民交通出版社,2011.应严格控制原材料的质量，严格执行混凝土设计配合 比，通过提高检验频率等手段确保混凝土的质量。工程实践证明，混凝土配合比设计、混凝土浇筑施

收稿日期:2018-10-28作者简介：张豫川.男，工程师，学士，主要从事混凝土检査测试工作。工组织、混凝土温度监测和维护保养，对保证混凝土

2019年第3期(5肿第37卷彳苯技水 251