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摘要：高性能混凝土是近期我国大型基础建设工程中使用较频繁的一种建筑材料，本文通过海南洋浦大桥已成功使用的C35超长深水桩（桩长110m）海工高性能混凝土为例，阐述了海南洋浦大桥工程海工高性能混凝土的配制、材料选择，为高性能混凝土的进一步推广应用提供指导和帮助。
关键词：海工高性能混凝土 配合比设计 性能 耐久性
Abstract: The recent high performance concrete in the large infrastructure projects are more frequent use of a kind of building materials, this paper through the hainan YangPu bridge has been successfully used C35 long deep pile (long 110 m) of Marine engineering high-performance concrete as an example, this paper expounds the hainan YangPu bridge engineering of Marine engineering high-performance concrete, the preparation of the material selection, to further promote the application of high performance concrete to provide guidance and help.
Keywords: of mixture proportins of high performance concrete durability design performance
中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：
一、概述
海南洋浦大桥连接海南省洋浦经济开发区和儋州市白马井镇，是海南省高速公路网规划中洋浦－儋州－万宁高速公路的起点工程，它的建成有利于优化海南省工业布局、落实区域总体规划，完善区域道路系统功能；同时洋浦大桥也是海南省重点工程1小时洋浦海湾通道工程中的关键性控制工程，对解决洋浦经济开发区对外交通瓶颈、拓展洋浦发展空间、促进洋浦－白马井城市一体化进程和促进儋州市城市发展等尤为重要。
海南洋浦大桥北起洋浦经济开发区开源大道与洋浦9路交叉口（起点里程K0+000），沿洋浦规划的开源大道南段跨越白马井峡口，经白马井角，至白马井镇（终点里程K3+300），全长3300m，主桥为跨海特大桥长820m，结构为双塔双索面混合式结合梁斜拉桥。桩为摩擦群桩，4#墩桩长86m，5#墩桩长110m。
主要技术指标和要求
海南洋浦大桥设计使用年限为100年，由于桥梁混凝土结构处于非常恶劣的海水环境，对混凝土耐久性要求很严，要求所有结构混凝土具备高度抗海水氯离子渗透能力，氯离子渗透用84d氯离子扩散系数来评价，试验方法采用RCM快速测定法。海南洋浦大桥桩基混凝土主要技术要求：
水胶比≤0.38，坍落度：（220±20）mm，混凝土2小时坍落度损失≤10%，强度：C35；
混凝土最低胶凝材料用量为400kg/m3,最高不超过500kg/m3；
84d氯离子扩散系数≤3.5×10-12m2/s(84d)
混凝土拌合物流动度好，黏度适宜，可泵性与施工性良好。
三、海工高性能混凝土配制的一般原则
1.选用低水化热和较低含碱量的水泥，并在满足各项指标要求的情况下适当减小水泥用量，避免使用早期强度高和高C3A含量的水泥。
2.在混凝土组成中掺入质量稳定的矿渣粉、粉煤灰等活性矿料以降低混凝土水化热造成的温升和提高混凝土抗氯离子渗透性。
3.选用质地坚硬、级配良好、经济合理的优质集料，并限制集料中的氯离子含量。
4.适当降低水胶比，并控制单方混凝土胶凝材料用量。
5.有针对性的掺加高性能外加剂。
四、海工高性能配合比设计
1.配制高性能海工混凝土路线
高性能海工混凝土，是指混凝土必须具备高耐久性(高致密、低渗透、在严酷的环境下抗各种化学物质腐蚀能力强等特性)、收缩徐变小(较好的体积稳定性、抗裂性)，良好的工作性(保水性好、不离析、高流动、塌落度经时损失小等)。根据国内外大量研究资料和工程实例研究结果表明，配制高性能海工混凝土的路线是：① 胶凝材料除使用水泥外，必须大量使用矿物掺合料(矿粉、粉煤灰、硅灰等)，多种胶凝材料按最佳比例搭配，使胶凝材料的粒度分布更合理，颗粒之间填充更加密实，同时由于掺合料自身的特性，充分发挥了火山灰效应等优势，提高了混凝土的强度、密实性、抗渗透性；② 是选用低水胶比，减少混凝土内部多余的水分，也即减少混凝土内部的毛细孔隙通道，从而提高混凝土的密实性、抗渗透性；③ 混凝土集料质地坚固、洁净、无碱活性、级配优良，粗集料最大粒径较小，一般不宜超过25mm，连续级配，因为较小粒径的粗集料在混凝土内部分布更为均匀，集料颗粒与胶凝材料浆体界面的应力差小，同时较小颗粒比大颗粒由于破碎引起的内部裂纹小，颗粒更为坚固、强度相对要高。
矿物掺合料
矿粉：为炼钢厂粒化高炉矿渣废料经干燥粉磨达到一定细度和活性的粉体。磨细矿粉作为胶凝材料组分，在欧美、日本等发达国家研究较多。大量资料表明：矿粉的水化活性和其对混凝土微孔结构改善的效应，大大提高了混凝土的密实度和抗渗性，尤其是对混凝土的抗氯离子渗透性能显著提高，对海工混凝土的耐久性贡献很大，其原因主要是：①磨细矿渣本身顆粒较小，具有微填充作用，且其与水泥水化生成的Ca(OH)2，起火山灰反应，生成的絮状胶凝产物，进一步填充混凝土的孔隙，使混凝土内部毛细孔隙变细小且更加曲折，从而使混凝土密实度大大提高；②磨细矿渣混凝土的水泥石能结合和吸附一定量的氯离子，使混凝土中对钢筋腐蚀起主要作用的游离氯离子量减少，氯离子浓度梯度降低，氯离子扩散速度减慢；③离子等量交换原理l为了维持混凝土孔隙液的电荷平衡，渗入多少氯离子，则混凝土中必须渗出等量的(OH)一，磨细矿渣混凝土孔隙液中能提供离子交换的(OH)一较少，因此氯离子渗入比不掺矿渣的混凝土要困难得多。
评价磨细矿渣质量的主要指标有：比表面积(细度)、活性指数、SO3含量、烧失量、氯离子等。一般来说比表面积越大，活性越高，不宜太大也不宜过小。太大活性过高，虽然对混凝土强度提高有利，但也有负面影响，使混凝土水化热增高， 自收缩变大，同时使混凝土粘度增加，给混凝土泵送带来一定难度；太小，则活性不够，对混凝土强度增长不利。所以，矿粉的比表面积一般控制在350～450m2/kg为宜。
粉煤灰：
为燃煤发电厂排放出的烟道灰，优质粉煤灰作为胶凝材料有其卓越的性能。天然粉煤灰其颗为球形玻璃体，其形态具有物理减水效应，细微颗粒具有填充微孔隙效应，和矿粉一样还具有火山灰活性效应。混凝土中掺入粉煤灰可以改善混凝土拌和物的工作性、降低水化热、改善体积稳定性、抑制碱骨料反应等。粉煤灰主要质量指标有：细度、需水量比、烧失量、SO3含量。一般海工高性能混凝土大多采用I级灰，掺量在胶凝材料总量的20～50%范围。
掺高性能减水剂降低混凝土水胶比
较小的水胶比能使混凝土变得密实，获得更高的强度和更好的抗渗透性。我们可以通过选择高效减水剂来既满足很好的混凝土工作性又获得较小的水胶比。高性能海工混凝土也必须依靠高效减水剂来实现，而且其还必须与胶凝材料有很好的相容性，即使新拌的混凝土具备保水性好(不泌水、不离析)，大塌落度、大扩展度、高流动性，混凝土塌落度经时损失小等优秀性能。高强高性能海工混凝土的水胶比一般控制0.30～0.35之间为宜．过小则较易产生自收缩，使混凝土内部结构受到损伤而产生微裂纹。目前使用较多的是减水率达28%以上的、与胶凝材料适应广的聚羧酸类高性能减水剂，其掺量一般为胶凝材料的1.0～2.0%范围，宜选用缓凝时间较长的，可以降低混凝土水化热的峰值，对减少温度裂缝有利。
五、使用的主要原材料
水泥：宜选用标准稠度低、强度不低于42.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，不宜采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，不采用的原因是对它们已有的掺量不易掌握，更重要的是外掺的各种掺和料与已掺入水泥的混合材料质量上的要求相差较大。除符合GB175-1999要求外，比表面积应≤350m2/kg，C3A≤10%，氯离子含量≤0.03%，碱含量≤0.60%。温度高于50℃的水泥不得直接拌和混凝土，需要冷却至50℃以下方可使用。本工程选用广西扶绥海螺42.5级普通硅酸盐水泥，各项指标均能足要求。
细集料：宜选用级配良好、质地均匀坚固、吸水率低、空隙小、细度模数2.6-2.9的洁净天然中砂，不得选用海砂、山砂及风化严重的多孔砂，氯离子含量<0.02%，含泥量≤2.0%，泥块含量≤0.5%。本工程选用海南海头砂场的中砂，各项指标均能足要求。
粗集料：宜选用质地坚硬、粒形良好、级配良好、针片状少、空隙率小的非活性碎石，堆积密度大于1500m3/kg，氯离子含量<0.02%，含泥量≤0.5%，泥块含量≤0.25%，最大粒径≤25mm，不得使用吸水率较高的砂岩和热膨胀系数大的石英岩。本工程选用海洋浦石场花岗岩5~25mm的碎石，各项指标均能足要求。
矿渣粉：除符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2008）中的有关规定外，磨细高炉粒化矿渣比表面积宜控制在350～450 m2/kg；需水量比≤100%，烧失量≤3%，28d活性指数≥95%，三氧化硫含量≤4%，含水量≤1.0%，氯离子含量≤0.02%。本工程选用张家港恒昌新型建材有限公司生产的S95矿粉。
粉煤灰：采用的粉煤灰应来自燃煤电厂，由无烟煤或者烟煤煅烧收集的F类且组分均匀、各项性能指标稳定的低钙灰，质量除符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）的规定外，细度（45μm方孔筛筛余）应≤12%，含水量≤1%，烧失量≤5%，需水量比≤95%。本工程选用海南蓝岛环保建材有限公司Ⅱ级粉煤灰。
聚羧酸减水剂：满足GB8076-2008标准要求，减水率≥25%。本工程选用浙江五龙化工股份有限公司生产的ZWL-A-IX高效减水剂型聚羧酸减水剂。
水：当采用地表水、地下水或其它类型的水时，水中的氯离子含量应不大于200mg/L，硫酸盐含量（按SO42-计）不大于500mg/L，且不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质及油脂、糖类、游离酸类、碱、盐、有机物或其它有害物质。本工程采用饮用自来水。
六、海工高性能混凝土配制过程
海工高性能混凝土的试配与普通混凝土配制没有太大的区别，在试拌调整时，除采用常规方法进行调整外，还可以通过调整各胶凝材料的比例来改变混凝土的状态，但此种高性能混凝土配合比的配制需要有一定的配合比设计经验。以下为C35桩基配合比设计过程：
1、混凝土试配强度：
fcu,o=fcu,k+1.645σ=40+1.645×5=43.2MPa。
式中——混凝土施工配制强度（MPa）；
——设计要求的混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；
0——工地实际统计的混凝土立方体抗压强度标准差（MPa）。
各单位如有近期混凝土强度统计资料时，0可按下式计算。
（5.2.6）
式中——第组混凝土立方体抗压强度（MPa）；
——N组混凝土立方体抗压强度的平均值（MPa）；
N ——统计批内的试件组数，N≥25。
2、水胶比（水灰比）：
由于用普通计算方法计算的水胶比较大，与海工混凝土配合比的设计原则有出入，故根据经验最终确定水胶比为W/B=0.34。水胶比=（用水量+减水剂用量）/胶凝材料用量。
3、单位用水量及砂率：
根据施工现场情况及工程需要，设计坍落度为200-240mm（，选取的碎石公称最大粒径为25mm，根据JGJ55-2000规定，并通过试拌调整，最终确定单位用水量为160kg;由于高性能混凝土胶凝材料相对较多，拌和后较粘稠，不易泵送，为保证足够的流动度、和易性及经100m泵送后能达到水下灌注桩的工作性，最终确定混凝土砂率为0.45；根据厂家推荐并经试拌调整，掺加1.6%聚羧酸减水剂。
4、单位胶凝材料用量：
根据海工高性能混凝土的特点，取胶凝材料总量为470kg/m3,水泥、矿粉和粉煤灰的掺配比例为55∶25∶20，则各种材料用量分别为水泥mco=470×0.55=258.5kg/m3，矿粉mko=470×0.25=117.5kg/m3，粉煤灰mfo=470×0.20=94kg/m3。
5、按体积法计算每立方米混凝土中各种材料用量：
式中：——混凝土拌和物中的空氣含量，以占混凝土体积的百分数表示，对于引气混凝土通过实测确定；
——每立方混凝土中的水泥用量（kg）；
——水泥密度（kg/L）；
——每立方混凝土中的粉煤灰用量（kg）；
——粉煤灰密度（kg/L）；
——每立方混凝土中的磨细粒化高炉矿渣用量（kg）；
——磨细粒化高炉矿渣密度（kg/L）；
——每立方混凝土中砂的质量（kg）；
——砂的表观密度（kg/L）；
——每立方混凝土中碎石的质量（kg）；
——碎石的表观密度（kg/L）；
——每立方混凝土的用水量（kg）；
——水密度（kg/L）；
——砂率（按体积计）；
——每立方混凝土中砂石料的绝对体积（L）。
根据实测各种原材料的密度，按照体积法计算公式得
碎石质量mgo=982kg/m3,砂质量mso=804kg/m3
即得基准配合比为:（单位kg）
水泥：矿粉 ：粉煤灰：砂 ：碎石 ：水：减水剂
=258.5：117.5 ：94： 804∶982∶ 160 ：7.52
6、在基准配合比基础上，保持单位用水量不变，水胶比上下浮动0.03，得到水胶比分别为0.31、0.37的配合比，分别为
水泥：矿粉 ：粉煤灰：砂 ：碎石 ：水：减水剂
w/c=0.37237.6：108： 86.4： 821： 1004：160： 6.91
w/c=0.31283.8：129： 103.2：783：974：160： 8.26
对以上三个配合比分别进行试拌，检测数据见下表：
水胶比 水泥(kg/m3) 矿粉(kg/m3) 粉煤灰(kg/m3) 砂(kg/m3) 碎石(kg/m3) 水(kg/m3) 减水剂(kg/m3) 坍落度(mm) 容重(kg/m3) 强度(MPa)
7d 28d
0.34 258.5 117.5 94 804 982 160 7.52 220 2390 35.8 50.1
0.37 237.6 108 86.4 821 1004 160 6.91 220 2380 32.4 47.1
0.31 283.8 129 103.2 783 957 160 8.26 200 2410 39.2 53.6
根据以上结果，水胶比0.34的配合比工作性能和强度均满足设计要求，且相对较经济，故选定水胶比为0.34的配合比。
7、试验结果
水胶比 坍落度(mm) 扩展度(mm) 砂率 (%) 抗压强度(MPa)
初始 2小时后 初始 2小时后 7d 28d
0.34 220 210 635 580 45 35.8 50.1
每m3混凝土材料有量(kg)
水泥 掺合料 细集料 粗集料
水
外加剂(kg)
矿粉 粉煤灰
高效高性能 （缓凝型）减水剂
比例 258.5 117.5 94 804 982 160
7.52
1 0.455 0.364 3.110 3.799 0.619
0.029
性能指标
密度kg/m3 凝结时间 2小时后坍落度损失＜20mm 混凝土的总碱含量≤3.0(kg/m3) 混凝土的氯离子总含量 ≤0.282 (kg/m3)
初凝 终凝
2390 30h — 10 1.9930 0.1432
从以上指标可以清楚的看到，此基准配比的耐久性、强度、氯离子扩散系数等各项指标均满足配合比设计要求。
8、在试验室拌和海工高性能混凝土时，应注意：
①试验室环境温度应满足20±5℃的要求。
②拌和每一盘料应不少于25升，如果太少则容易出现操作误差，从而误导以后的混凝土调试。
③投料顺序应遵循先加入砂石料再加胶凝材料，拌和30秒后再将外加剂掺入水中搅匀倒入拌和机，此过程应预留少量净水冲洗外加剂和水的混合物的容器，以求准确。
④攪拌时间不得小于180秒。
七、海工高性能混凝土批量生产控制要点
1、保证批量进场的原材料与配合比试配时的原材料一致。
2、砂子的质量好坏与是否稳定，特别是含泥量的大小直接关系到配合比的工作性，若难以控制在2%以内，可采取淡水冲洗的办法降低砂的含泥量，如还不能满足要求，可采用适当提高减水剂用量的办法，但要根据配合比提前进行对比试验。
3、聚羧酸高效减水剂对水较敏感，应对拌和站的水称和减水剂称特别注意，保证在1%的质量误差以内，并定期标定其他材料称。
八、结束语
此配合比是采用常规材料、常规工艺、在常温下配制出的，并已经成功的应用到海南洋浦大桥的桩基工程施工中。总之，海工高性能混凝土的配制和应用虽然我们在海南洋浦大桥上取得了一定的经验，但其作用机理从微观上我们有待进一步研究和开发。
主要参考文献：
[1] 《普通混凝土配合比设计规程》中国建筑工业出版社 2003 北京.
[2] 《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 人民交通出版社 2006 北京.
[3] 《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 人民交通出版社 2001 北京 .
[4] 《公路桥涵施工技术规范》 人民交通出版社2000 北京
[5] 《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》 人民交通出版社2005 北京
[6]《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（2005年修订版） 中国建筑工业出版社 2005 北京
[7] 《高性能混凝土应用技术规程》 中国计划出版社 2006 北京
[8] 《港口工程灌注桩设计与施工规程》 人民交通出版社 2002 北京
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：海工高性能混凝土 配合比设计 性能 耐久性
Abstract: The recent high performance concrete in the large infrastructure projects are more frequent use of a kind of building materials, this paper through the hainan YangPu bridge has been successfully used C35 long deep pile (long 110 m) of Marine engineering high-performance concrete as an example, this paper expounds the hainan YangPu bridge engineering of Marine engineering high-performance concrete, the preparation of the material selection, to further promote the application of high performance concrete to provide guidance and help.
Keywords: of mixture proportins of high performance concrete durability design performance
中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：
一、概述
海南洋浦大桥连接海南省洋浦经济开发区和儋州市白马井镇，是海南省高速公路网规划中洋浦－儋州－万宁高速公路的起点工程，它的建成有利于优化海南省工业布局、落实区域总体规划，完善区域道路系统功能；同时洋浦大桥也是海南省重点工程1小时洋浦海湾通道工程中的关键性控制工程，对解决洋浦经济开发区对外交通瓶颈、拓展洋浦发展空间、促进洋浦－白马井城市一体化进程和促进儋州市城市发展等尤为重要。
海南洋浦大桥北起洋浦经济开发区开源大道与洋浦9路交叉口（起点里程K0+000），沿洋浦规划的开源大道南段跨越白马井峡口，经白马井角，至白马井镇（终点里程K3+300），全长3300m，主桥为跨海特大桥长820m，结构为双塔双索面混合式结合梁斜拉桥。桩为摩擦群桩，4#墩桩长86m，5#墩桩长110m。
主要技术指标和要求
海南洋浦大桥设计使用年限为100年，由于桥梁混凝土结构处于非常恶劣的海水环境，对混凝土耐久性要求很严，要求所有结构混凝土具备高度抗海水氯离子渗透能力，氯离子渗透用84d氯离子扩散系数来评价，试验方法采用RCM快速测定法。海南洋浦大桥桩基混凝土主要技术要求：
水胶比≤0.38，坍落度：（220±20）mm，混凝土2小时坍落度损失≤10%，强度：C35；
混凝土最低胶凝材料用量为400kg/m3,最高不超过500kg/m3；
84d氯离子扩散系数≤3.5×10-12m2/s(84d)
混凝土拌合物流动度好，黏度适宜，可泵性与施工性良好。
三、海工高性能混凝土配制的一般原则
1.选用低水化热和较低含碱量的水泥，并在满足各项指标要求的情况下适当减小水泥用量，避免使用早期强度高和高C3A含量的水泥。
2.在混凝土组成中掺入质量稳定的矿渣粉、粉煤灰等活性矿料以降低混凝土水化热造成的温升和提高混凝土抗氯离子渗透性。
3.选用质地坚硬、级配良好、经济合理的优质集料，并限制集料中的氯离子含量。
4.适当降低水胶比，并控制单方混凝土胶凝材料用量。
5.有针对性的掺加高性能外加剂。
四、海工高性能配合比设计
1.配制高性能海工混凝土路线
高性能海工混凝土，是指混凝土必须具备高耐久性(高致密、低渗透、在严酷的环境下抗各种化学物质腐蚀能力强等特性)、收缩徐变小(较好的体积稳定性、抗裂性)，良好的工作性(保水性好、不离析、高流动、塌落度经时损失小等)。根据国内外大量研究资料和工程实例研究结果表明，配制高性能海工混凝土的路线是：① 胶凝材料除使用水泥外，必须大量使用矿物掺合料(矿粉、粉煤灰、硅灰等)，多种胶凝材料按最佳比例搭配，使胶凝材料的粒度分布更合理，颗粒之间填充更加密实，同时由于掺合料自身的特性，充分发挥了火山灰效应等优势，提高了混凝土的强度、密实性、抗渗透性；② 是选用低水胶比，减少混凝土内部多余的水分，也即减少混凝土内部的毛细孔隙通道，从而提高混凝土的密实性、抗渗透性；③ 混凝土集料质地坚固、洁净、无碱活性、级配优良，粗集料最大粒径较小，一般不宜超过25mm，连续级配，因为较小粒径的粗集料在混凝土内部分布更为均匀，集料颗粒与胶凝材料浆体界面的应力差小，同时较小颗粒比大颗粒由于破碎引起的内部裂纹小，颗粒更为坚固、强度相对要高。
矿物掺合料
矿粉：为炼钢厂粒化高炉矿渣废料经干燥粉磨达到一定细度和活性的粉体。磨细矿粉作为胶凝材料组分，在欧美、日本等发达国家研究较多。大量资料表明：矿粉的水化活性和其对混凝土微孔结构改善的效应，大大提高了混凝土的密实度和抗渗性，尤其是对混凝土的抗氯离子渗透性能显著提高，对海工混凝土的耐久性贡献很大，其原因主要是：①磨细矿渣本身顆粒较小，具有微填充作用，且其与水泥水化生成的Ca(OH)2，起火山灰反应，生成的絮状胶凝产物，进一步填充混凝土的孔隙，使混凝土内部毛细孔隙变细小且更加曲折，从而使混凝土密实度大大提高；②磨细矿渣混凝土的水泥石能结合和吸附一定量的氯离子，使混凝土中对钢筋腐蚀起主要作用的游离氯离子量减少，氯离子浓度梯度降低，氯离子扩散速度减慢；③离子等量交换原理l为了维持混凝土孔隙液的电荷平衡，渗入多少氯离子，则混凝土中必须渗出等量的(OH)一，磨细矿渣混凝土孔隙液中能提供离子交换的(OH)一较少，因此氯离子渗入比不掺矿渣的混凝土要困难得多。
评价磨细矿渣质量的主要指标有：比表面积(细度)、活性指数、SO3含量、烧失量、氯离子等。一般来说比表面积越大，活性越高，不宜太大也不宜过小。太大活性过高，虽然对混凝土强度提高有利，但也有负面影响，使混凝土水化热增高， 自收缩变大，同时使混凝土粘度增加，给混凝土泵送带来一定难度；太小，则活性不够，对混凝土强度增长不利。所以，矿粉的比表面积一般控制在350～450m2/kg为宜。
粉煤灰：
为燃煤发电厂排放出的烟道灰，优质粉煤灰作为胶凝材料有其卓越的性能。天然粉煤灰其颗为球形玻璃体，其形态具有物理减水效应，细微颗粒具有填充微孔隙效应，和矿粉一样还具有火山灰活性效应。混凝土中掺入粉煤灰可以改善混凝土拌和物的工作性、降低水化热、改善体积稳定性、抑制碱骨料反应等。粉煤灰主要质量指标有：细度、需水量比、烧失量、SO3含量。一般海工高性能混凝土大多采用I级灰，掺量在胶凝材料总量的20～50%范围。
掺高性能减水剂降低混凝土水胶比
较小的水胶比能使混凝土变得密实，获得更高的强度和更好的抗渗透性。我们可以通过选择高效减水剂来既满足很好的混凝土工作性又获得较小的水胶比。高性能海工混凝土也必须依靠高效减水剂来实现，而且其还必须与胶凝材料有很好的相容性，即使新拌的混凝土具备保水性好(不泌水、不离析)，大塌落度、大扩展度、高流动性，混凝土塌落度经时损失小等优秀性能。高强高性能海工混凝土的水胶比一般控制0.30～0.35之间为宜．过小则较易产生自收缩，使混凝土内部结构受到损伤而产生微裂纹。目前使用较多的是减水率达28%以上的、与胶凝材料适应广的聚羧酸类高性能减水剂，其掺量一般为胶凝材料的1.0～2.0%范围，宜选用缓凝时间较长的，可以降低混凝土水化热的峰值，对减少温度裂缝有利。
五、使用的主要原材料
水泥：宜选用标准稠度低、强度不低于42.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，不宜采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，不采用的原因是对它们已有的掺量不易掌握，更重要的是外掺的各种掺和料与已掺入水泥的混合材料质量上的要求相差较大。除符合GB175-1999要求外，比表面积应≤350m2/kg，C3A≤10%，氯离子含量≤0.03%，碱含量≤0.60%。温度高于50℃的水泥不得直接拌和混凝土，需要冷却至50℃以下方可使用。本工程选用广西扶绥海螺42.5级普通硅酸盐水泥，各项指标均能足要求。
细集料：宜选用级配良好、质地均匀坚固、吸水率低、空隙小、细度模数2.6-2.9的洁净天然中砂，不得选用海砂、山砂及风化严重的多孔砂，氯离子含量<0.02%，含泥量≤2.0%，泥块含量≤0.5%。本工程选用海南海头砂场的中砂，各项指标均能足要求。
粗集料：宜选用质地坚硬、粒形良好、级配良好、针片状少、空隙率小的非活性碎石，堆积密度大于1500m3/kg，氯离子含量<0.02%，含泥量≤0.5%，泥块含量≤0.25%，最大粒径≤25mm，不得使用吸水率较高的砂岩和热膨胀系数大的石英岩。本工程选用海洋浦石场花岗岩5~25mm的碎石，各项指标均能足要求。
矿渣粉：除符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2008）中的有关规定外，磨细高炉粒化矿渣比表面积宜控制在350～450 m2/kg；需水量比≤100%，烧失量≤3%，28d活性指数≥95%，三氧化硫含量≤4%，含水量≤1.0%，氯离子含量≤0.02%。本工程选用张家港恒昌新型建材有限公司生产的S95矿粉。
粉煤灰：采用的粉煤灰应来自燃煤电厂，由无烟煤或者烟煤煅烧收集的F类且组分均匀、各项性能指标稳定的低钙灰，质量除符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）的规定外，细度（45μm方孔筛筛余）应≤12%，含水量≤1%，烧失量≤5%，需水量比≤95%。本工程选用海南蓝岛环保建材有限公司Ⅱ级粉煤灰。
聚羧酸减水剂：满足GB8076-2008标准要求，减水率≥25%。本工程选用浙江五龙化工股份有限公司生产的ZWL-A-IX高效减水剂型聚羧酸减水剂。
水：当采用地表水、地下水或其它类型的水时，水中的氯离子含量应不大于200mg/L，硫酸盐含量（按SO42-计）不大于500mg/L，且不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质及油脂、糖类、游离酸类、碱、盐、有机物或其它有害物质。本工程采用饮用自来水。
六、海工高性能混凝土配制过程
海工高性能混凝土的试配与普通混凝土配制没有太大的区别，在试拌调整时，除采用常规方法进行调整外，还可以通过调整各胶凝材料的比例来改变混凝土的状态，但此种高性能混凝土配合比的配制需要有一定的配合比设计经验。以下为C35桩基配合比设计过程：
1、混凝土试配强度：
fcu,o=fcu,k+1.645σ=40+1.645×5=43.2MPa。
式中——混凝土施工配制强度（MPa）；
——设计要求的混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；
0——工地实际统计的混凝土立方体抗压强度标准差（MPa）。
各单位如有近期混凝土强度统计资料时，0可按下式计算。
（5.2.6）
式中——第组混凝土立方体抗压强度（MPa）；
——N组混凝土立方体抗压强度的平均值（MPa）；
N ——统计批内的试件组数，N≥25。
2、水胶比（水灰比）：
由于用普通计算方法计算的水胶比较大，与海工混凝土配合比的设计原则有出入，故根据经验最终确定水胶比为W/B=0.34。水胶比=（用水量+减水剂用量）/胶凝材料用量。
3、单位用水量及砂率：
根据施工现场情况及工程需要，设计坍落度为200-240mm（，选取的碎石公称最大粒径为25mm，根据JGJ55-2000规定，并通过试拌调整，最终确定单位用水量为160kg;由于高性能混凝土胶凝材料相对较多，拌和后较粘稠，不易泵送，为保证足够的流动度、和易性及经100m泵送后能达到水下灌注桩的工作性，最终确定混凝土砂率为0.45；根据厂家推荐并经试拌调整，掺加1.6%聚羧酸减水剂。
4、单位胶凝材料用量：
根据海工高性能混凝土的特点，取胶凝材料总量为470kg/m3,水泥、矿粉和粉煤灰的掺配比例为55∶25∶20，则各种材料用量分别为水泥mco=470×0.55=258.5kg/m3，矿粉mko=470×0.25=117.5kg/m3，粉煤灰mfo=470×0.20=94kg/m3。
5、按体积法计算每立方米混凝土中各种材料用量：
式中：——混凝土拌和物中的空氣含量，以占混凝土体积的百分数表示，对于引气混凝土通过实测确定；
——每立方混凝土中的水泥用量（kg）；
——水泥密度（kg/L）；
——每立方混凝土中的粉煤灰用量（kg）；
——粉煤灰密度（kg/L）；
——每立方混凝土中的磨细粒化高炉矿渣用量（kg）；
——磨细粒化高炉矿渣密度（kg/L）；
——每立方混凝土中砂的质量（kg）；
——砂的表观密度（kg/L）；
——每立方混凝土中碎石的质量（kg）；
——碎石的表观密度（kg/L）；
——每立方混凝土的用水量（kg）；
——水密度（kg/L）；
——砂率（按体积计）；
——每立方混凝土中砂石料的绝对体积（L）。
根据实测各种原材料的密度，按照体积法计算公式得
碎石质量mgo=982kg/m3,砂质量mso=804kg/m3
即得基准配合比为:（单位kg）
水泥：矿粉 ：粉煤灰：砂 ：碎石 ：水：减水剂
=258.5：117.5 ：94： 804∶982∶ 160 ：7.52
6、在基准配合比基础上，保持单位用水量不变，水胶比上下浮动0.03，得到水胶比分别为0.31、0.37的配合比，分别为
水泥：矿粉 ：粉煤灰：砂 ：碎石 ：水：减水剂
w/c=0.37237.6：108： 86.4： 821： 1004：160： 6.91
w/c=0.31283.8：129： 103.2：783：974：160： 8.26
对以上三个配合比分别进行试拌，检测数据见下表：
水胶比 水泥(kg/m3) 矿粉(kg/m3) 粉煤灰(kg/m3) 砂(kg/m3) 碎石(kg/m3) 水(kg/m3) 减水剂(kg/m3) 坍落度(mm) 容重(kg/m3) 强度(MPa)
7d 28d
0.34 258.5 117.5 94 804 982 160 7.52 220 2390 35.8 50.1
0.37 237.6 108 86.4 821 1004 160 6.91 220 2380 32.4 47.1
0.31 283.8 129 103.2 783 957 160 8.26 200 2410 39.2 53.6
根据以上结果，水胶比0.34的配合比工作性能和强度均满足设计要求，且相对较经济，故选定水胶比为0.34的配合比。
7、试验结果
水胶比 坍落度(mm) 扩展度(mm) 砂率 (%) 抗压强度(MPa)
初始 2小时后 初始 2小时后 7d 28d
0.34 220 210 635 580 45 35.8 50.1
每m3混凝土材料有量(kg)
水泥 掺合料 细集料 粗集料
水
外加剂(kg)
矿粉 粉煤灰
高效高性能 （缓凝型）减水剂
比例 258.5 117.5 94 804 982 160
7.52
1 0.455 0.364 3.110 3.799 0.619
0.029
性能指标
密度kg/m3 凝结时间 2小时后坍落度损失＜20mm 混凝土的总碱含量≤3.0(kg/m3) 混凝土的氯离子总含量 ≤0.282 (kg/m3)
初凝 终凝
2390 30h — 10 1.9930 0.1432
从以上指标可以清楚的看到，此基准配比的耐久性、强度、氯离子扩散系数等各项指标均满足配合比设计要求。
8、在试验室拌和海工高性能混凝土时，应注意：
①试验室环境温度应满足20±5℃的要求。
②拌和每一盘料应不少于25升，如果太少则容易出现操作误差，从而误导以后的混凝土调试。
③投料顺序应遵循先加入砂石料再加胶凝材料，拌和30秒后再将外加剂掺入水中搅匀倒入拌和机，此过程应预留少量净水冲洗外加剂和水的混合物的容器，以求准确。
④攪拌时间不得小于180秒。
七、海工高性能混凝土批量生产控制要点
1、保证批量进场的原材料与配合比试配时的原材料一致。
2、砂子的质量好坏与是否稳定，特别是含泥量的大小直接关系到配合比的工作性，若难以控制在2%以内，可采取淡水冲洗的办法降低砂的含泥量，如还不能满足要求，可采用适当提高减水剂用量的办法，但要根据配合比提前进行对比试验。
3、聚羧酸高效减水剂对水较敏感，应对拌和站的水称和减水剂称特别注意，保证在1%的质量误差以内，并定期标定其他材料称。
八、结束语
此配合比是采用常规材料、常规工艺、在常温下配制出的，并已经成功的应用到海南洋浦大桥的桩基工程施工中。总之，海工高性能混凝土的配制和应用虽然我们在海南洋浦大桥上取得了一定的经验，但其作用机理从微观上我们有待进一步研究和开发。
主要参考文献：
[1] 《普通混凝土配合比设计规程》中国建筑工业出版社 2003 北京.
[2] 《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 人民交通出版社 2006 北京.
[3] 《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 人民交通出版社 2001 北京 .
[4] 《公路桥涵施工技术规范》 人民交通出版社2000 北京
[5] 《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》 人民交通出版社2005 北京
[6]《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（2005年修订版） 中国建筑工业出版社 2005 北京
[7] 《高性能混凝土应用技术规程》 中国计划出版社 2006 北京
[8] 《港口工程灌注桩设计与施工规程》 人民交通出版社 2002 北京
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。