采用普通硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰为胶凝材料,制备了C25、C30、C40普通水泥混凝土试件,研究了该混凝土的劈裂抗拉强度、抗压强度、弹性模量、碳化深度以及氯离子扩散系数,并与以海工水泥为胶凝材料制备的海工混凝土相关性能进行了对比。结果表明:当胶凝材料用量相同时,所制备的普通水泥混凝土基本达到海工混凝土的相关性能要求,可用于海洋围垦环境下相关混凝土工程。

配制两种水胶比的海工高性能混凝土试件,开展了氯盐-碳化干湿循环试验以及拉应力-氯盐-碳化干湿循环试验,通过测试分析混凝土抗压强度和碳化深度,研究了应力和氯盐环境下海工混凝土的碳化性能。试验结果表明:氯盐-碳化干湿循环条件下,混凝土抗压强度呈现先增大后降低的现象,长期的碳化作用会引起抗压强度的降低;存在一个与抗压强度有关的临界碳化深度,碳化作用在达到临界碳化深度之前可以提高抗压强度,达到临界碳化深度之后则会降低抗压强度。在拉应力-氯盐-碳化干湿循环条件下,拉应力和氯离子侵蚀均会增大混凝土的碳化速度,两者同时作用时,对碳化速度的增大作用会相互叠加。

系统研究了不同引气剂掺量及类型对机制砂海工混凝土抗冻性能的影响,并通过气孔间距试验、电镜扫描等试验方法,分析了冻融环境下不同引气剂对机制砂海工混凝土的作用机理。试验结果表明,当ML类引气剂掺量为0.4%时,机制砂海工混凝土有较好的抗冻性能;醚类引气剂可进一步改善混凝土的工作性,其引入的微小气泡可以改善混凝土的包裹性,同时不影响混凝土的抗压强度;混凝土气泡间距系数、平均气孔弦长越小,其抗冻性能越好。

依托曹妃甸北环立交工程,以偏高岭土为基础制备偏高岭土基改性剂,针对其对混凝土工作性、强度和耐久性的影响进行研究,并通过孔结构分析探讨其机理。结果表明,偏高岭土基改性剂可在不影响混凝土工作性能的基础上,显著增强混凝土的强度和抗氯离子渗透性能,并改善其微观结构。

合理浆体比的确定需要考虑工程的类别及混凝土各项性能的设计要求,高速铁路、预拌混凝土和海工工程等所使用的混凝土都应对浆体比做出较为明确的规定。研究表明,由于海工混凝土需要严格控制收缩开裂,应在满足混凝土其他性能要求的前提下,尽量选择最小的浆体比。

基于北方寒冷地区海洋环境混凝土结构工程的技术要求,利用大掺量矿物掺合料(40%、50%)来改善混凝土内部的微观结构,提高其密实度,其中,硅灰的掺量为3%。分别制备了不同强度等级的海工混凝土,并研究了其抗Cl^-渗透性能、抗冻性指标及微观结构。结果表明,C45~C60海工混凝土的抗Cl^-渗透等级均在RCM-Ⅲ级及以上,性能优良;经300次冻融循环后,各系列海工混凝土的质量损失率最高为3.4%,相对动弹性模量最低为73%,完全满足了F300的海工混凝土抗冻性能要求。

针对南海区域高温高湿环境,采用大粒径粗骨料、小坍落度的配合比设计方法,预埋冷却水管及创新施工养护方式,制备方块大体积海工混凝土。对其收缩性能、热学性能、水化产物、抗裂性能等方面进行分析,并结合工程应用,得出方块大体积海工混凝土抗裂设计及施工的相关措施。研究表明,采用5~31.5mm(占比40%~50%)与31.5~63mm两种连续级配碎石拥有很好的紧密堆积效果,260h收缩率为4.03×10-4,低于5~31.5mm连续级配碎石的260h收缩率4.74×10-4;方块仿真模型和工程实体温度分析检测得出中心最高温度出现在浇筑后40h,接近70℃,中心温度和表层温度最大差值接近25℃;高温高湿环境下采用预埋冷却水管及养护剂+土工布+薄膜+土工布四层体系的养护方式对方块抗裂效果明显。

为了研究纤维种类对混凝土力学性能的影响,以C40海工混凝土为研究对象,考察了玄武岩纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、仿钢纤维对混凝土抗压强度、抗拉强度、极限拉伸应变的影响规律,同时与不掺纤维的基准混凝土对比。结果表明,玄武岩纤维、聚丙烯纤维、碳纤维对混凝土的抗压强度以及抗拉强度影响不大,仿钢纤维的掺入均会造成抗拉强度以及抗压强度的明显下降;碳纤维对混凝土极限拉伸应变提高最大,其次是玄武岩纤维、聚丙烯纤维,仿钢纤维最差。

新建福厦高铁泉州湾跨海大桥为时速350 km的高速铁路桥,海上主桥为主跨400 m的双塔双索面半飘浮体系斜拉桥。主桥2座桥塔为高160.254 m(不含塔座)的仿贝壳造型的曲线H形桥塔,塔身采用C50海工高性能混凝土。塔柱起步节段采用翻模法施工,其余节段采用液压爬模法施工,标准节段单节浇筑高度为6 m。塔身设置上、下2道横梁,横梁与塔柱混凝土采用同步浇筑施工方案;上、下横梁分别采用附塔三角牛腿支架法和落地钢管支架法施工。通过合理选型与布置关键施工设备,保障了现场施工工效和施工安全;钢锚梁采用工厂预拼组装,现场整体吊装方案,提高了安装精度和效率;通过对塔柱海工混凝土配合比进行专项设计,并采取多重防开裂措施,有效降低了塔柱混凝土开裂风险;塔柱高程采用全站仪三维坐标法和悬高测量传递法控制精度,有效控制了塔柱线形和偏位。