C60高強(qiáng)泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制

吳海京

摘要：本文結(jié)合連霍高速洛三改擴(kuò)建工程，簡(jiǎn)要論述了許溝特大橋懸澆箱梁C60高強(qiáng)泵送混凝土設(shè)計(jì)方法、原材料的選擇及泵送施工過程質(zhì)量控制的要點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì) 泵送質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)： TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、前言

高強(qiáng)混凝土系指C60及其以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土, 高強(qiáng)混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)、水工大壩等土木結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。做好高強(qiáng)混凝土配合比就顯得尤為重要, 下文就許溝特大橋懸澆箱梁C60高強(qiáng)泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)、原材料的選用及泵送施工過程中控制要點(diǎn)進(jìn)行闡述,以供懸澆箱梁高強(qiáng)混凝土施工提供參考。

2、工程概況

我公司承建的許溝特大橋，是連霍高速公路洛陽至三門峽段改擴(kuò)建工程唯一一座連續(xù)剛構(gòu)橋梁。許溝特大橋主橋里程樁號(hào)為L(zhǎng)K49+473.84～LK49+796.16,主橋全長(zhǎng)322.32m，采用跨徑為（82.92+156+82.92）m，橋?qū)?0.5m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面聯(lián)系鋼構(gòu)+預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩/薄壁墩、樁基礎(chǔ)。許溝特大橋主墩墩柱及懸澆箱梁混凝土采用為C60泵送混凝土，由于主墩高68m，鋼筋綁扎密、間距小,混凝土坍落度控制在180-220mm，擴(kuò)展度不宜低于500mm。

3、配合比設(shè)計(jì)思路

C60高強(qiáng)泵送混凝土，混凝土強(qiáng)度高、粘度大，加之泵送高度大，造成泵送壓力過高，泵送效率較低，為保證泵送施工的順利實(shí)施，主要解決好在確?；炷翉?qiáng)度的前提下如何保證其可泵性，高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)思路應(yīng)從五個(gè)方面考慮：①首先要精選水泥、骨料等各項(xiàng)原材料；②必須要摻用高效減水劑，以降低用水量和水灰比；③要摻用優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料，以改善水泥石和界面區(qū)的微結(jié)構(gòu)，提高致密性和膠結(jié)強(qiáng)度；④要仔細(xì)選擇配合比，確定合理的砂率和水膠比，以降低水泥用量并提高混凝土的強(qiáng)度；⑤要滿足施工所要求的混凝土坍落度（工作度）、和易性要求，并能保持坍落度經(jīng)時(shí)1.5h損失小于30mm。

4、原材料的選擇

要確保高強(qiáng)泵送混凝土質(zhì)量，優(yōu)選原材料是關(guān)鍵，這是保證工程質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.1水泥：

配制高強(qiáng)混凝土應(yīng)選用標(biāo)號(hào)不低于52.5低堿普通硅酸鹽水泥。本工程選用的是洛陽黃河同力P.O52.5水泥，經(jīng)檢驗(yàn)3天抗壓強(qiáng)度32.8Mpa，3天抗折強(qiáng)度6.3Mpa，28天抗壓強(qiáng)度53.7MPa，28天抗折強(qiáng)度8.7MPa，初凝時(shí)間177min，終凝時(shí)間266min，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.5，安定性( 雷氏法) 符合要求。

4.2粉煤灰：

常用的礦物摻和料主要有粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰。在泵送混凝土中最常用的摻合料是粉煤灰，粉煤灰由于珠形玻璃體的作用，流動(dòng)性要好于礦粉，摻用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰有助于降低水化熱，可大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度，改善泵送性能和抗?jié)B性，從而防止離析和堵泵現(xiàn)象。故選用洛陽新安電力集團(tuán)Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度8.5%，需水量比要求94%。

4.3細(xì)集料：

宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的河砂，且細(xì)度模數(shù)宜為2.6～3.0。工程選用洛陽韓城砂場(chǎng)河砂，細(xì)度模數(shù)2.79, 屬于Ⅱ區(qū)中砂，含泥量1.4%，泥塊含量0.4%。

4.4粗集料：

宜選用質(zhì)地致密堅(jiān)硬、級(jí)配合理、粒徑形狀良好的潔凈骨料且，最大公稱粒徑不宜大于25.0mm。通過對(duì)當(dāng)?shù)貛讉€(gè)產(chǎn)地的石子進(jìn)行壓碎指標(biāo)、粒徑、粒形的對(duì)比，選用河南磬石石料場(chǎng)生產(chǎn)的5-10 mm、10-20mm兩種規(guī)格碎石，按5-10mm25%、10-20mm75%的比例摻配，級(jí)配良好。其壓碎指標(biāo)5.9%，含泥量0.4%，針片狀顆粒含量不應(yīng)大于2.4%；

4.5外加劑：

高強(qiáng)高性能混凝土，所選用的外加劑品質(zhì)質(zhì)量極為關(guān)鍵。選用時(shí)應(yīng)著重考慮外加劑與水泥的適應(yīng)性、保水性等，這樣可以有效地控制混凝土拌合物的坍落度損失，提高混凝土拌和物的保水性，減少混凝土拌和物的離析和泌水。經(jīng)對(duì)幾種外加劑按照配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行試配比較，本工程選用減水劑為山西格瑞特GRT- HPC聚羧酸鹽高性能減水劑, 摻量為膠凝材料重量的1.1%，減水率為30%，泌水率比48%，28天抗壓強(qiáng)度比143%。

5、混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)按原材料品質(zhì)、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、耐久性以及施工工藝對(duì)工作性能的要求，參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ/T F50-2011）的要求進(jìn)行。

5.1 試配強(qiáng)度的確定：

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）規(guī)定，混凝土的試配強(qiáng)度應(yīng)不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1.15倍，故該混凝土配制強(qiáng)度確定為69Mpa。

5.2 水膠比

水膠比是決定混凝土強(qiáng)度的主要參數(shù)，應(yīng)使用低的用水量和低的水膠比，這是高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則，水膠比宜控制在0.28～0.33范圍內(nèi)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，結(jié)合工程實(shí)踐與試驗(yàn)初步選擇水膠比為0.30～0.32 進(jìn)行混凝土性能試驗(yàn)。

5.3選擇膠凝材料用量

配制高強(qiáng)混凝土所用的硅酸鹽水泥量不宜超過500kg/m3，水泥與摻合料的膠結(jié)材料總量宜控制480～560kg／m3范圍內(nèi)。為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性和抗裂性能，宜適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，其最佳用量應(yīng)根據(jù)混凝土的性能通過試驗(yàn)確定。

5.4 計(jì)算用水量

根據(jù)初選的水膠比和膠凝材料用量計(jì)算用水量，當(dāng)流動(dòng)性不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，再通過調(diào)整減水劑品種或摻量加以調(diào)整。

5.5外加劑摻量確定

外加劑的最佳摻量應(yīng)通過混凝土試配結(jié)果確定的，根本的原則是在滿足混凝土性能要求的前提下，采用最低摻量。生產(chǎn)廠家提供的的摻量，須通過混凝土試配確定外加劑的合理摻量。本工程選用的是山西格瑞特GRT-HPC聚羧酸鹽高性能減水劑, 摻量為膠凝材料重量的1.1%。

5.6 確定砂率

砂率一般可根據(jù)膠凝材料總量、粗細(xì)骨料的顆粒級(jí)配及混凝土泵送要求等因素來確定，高強(qiáng)泵送混凝土的砂率宜控制在35～42% 范圍內(nèi)。本工程考慮到 C60 混凝土膠凝材料用量較大、用水量較少，砂率取中初步選用38%，并通過試驗(yàn)確定最優(yōu)砂率。

5.7計(jì)算砂石用量

在實(shí)際工程中，混凝土配合比設(shè)計(jì)通常采用質(zhì)量法，對(duì)于C60高強(qiáng)混凝土的計(jì)算濕表觀密度一般取2500kg/m3，根據(jù)上述所選膠凝材料用量、用水量及確定的砂率，計(jì)算砂、石用量。

5.8 混凝土試配與調(diào)整

5.8.1 試配。試配用的粗、細(xì)骨料稱量均以干燥狀態(tài)為基準(zhǔn),攪拌方法應(yīng)盡量與施工時(shí)相同,試配時(shí)每盤混凝土的用量不應(yīng)少于15L。

5.8.2和易性調(diào)整。當(dāng)實(shí)測(cè)混凝土坍落度小于或大于設(shè)計(jì)要求，可保持水灰比不變，增加或減少適量水泥漿；如出現(xiàn)粘聚性和保水性不良，可適當(dāng)提高砂率；直到滿足施工要求的和易性。同時(shí)測(cè)定混凝土拌合物的實(shí)際表觀密度，此滿足和易性的配比作為供檢驗(yàn)強(qiáng)度的基準(zhǔn)配合比。

5.8.3 強(qiáng)度檢驗(yàn)。采用三個(gè)不同配合比的水膠比，其中一個(gè)為基準(zhǔn)配合比，考慮到高強(qiáng)混凝土水膠比變化比一般強(qiáng)度等級(jí)混凝土敏感，另外兩個(gè)配合比的水膠比值，較基準(zhǔn)配合比分別增加及減少0.02，制作試件，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和彈性模量的試驗(yàn)。

5.9 確定試驗(yàn)室理論配合比

通過三個(gè)不同配合比對(duì)應(yīng)的混凝土拌合物的性能、抗壓強(qiáng)度以及彈性模量試驗(yàn)結(jié)果，選擇一個(gè)最佳的配合比作為試驗(yàn)室理論配合比。三組配合比材料用量及試驗(yàn)結(jié)果詳見下表1：

表1三組配合比材料用量及試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù) C60高強(qiáng)混凝土對(duì)工作性、抗壓強(qiáng)度、可泵性的要求，并結(jié)合表1的試驗(yàn)結(jié)果，最終選取編號(hào)02的配合比為最佳配合比。

6、C60高強(qiáng)混凝土配合比驗(yàn)證

最佳配合比確定后, 采用工程實(shí)際使用的原材料用該配合比拌合混凝土，進(jìn)行6次重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證拌合物的和易性、可泵性、表觀密度、坍落度及擴(kuò)展度損失檢測(cè)，并成型6組試件測(cè)試混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度。C60高強(qiáng)混凝土最佳配合比生產(chǎn)驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果如表2

表2 C60高強(qiáng)混凝土最佳配合比生產(chǎn)驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果

對(duì)配比編號(hào)02的C60泵送混凝土配合比的7次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯總分析表明,混凝土的坍落度均值為230mm, 60min后坍落度均值為225mm,擴(kuò)展度均值為640mm,容重均值為2430kg/ m3,凝結(jié)時(shí)間均值符合要求,可泵性良好,28天抗壓強(qiáng)度均值為7112MPa,28天強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)離差均值為2.3MPa,結(jié)果表明該配合比是穩(wěn)定可行的。因此選用02配合比用于C60泵送混凝土施工。

7、泵送混凝土施工過程質(zhì)量控制

7.1加強(qiáng)原材料控制

混凝土中的原材料的質(zhì)量直接影響混凝土的質(zhì)量,應(yīng)嚴(yán)格控制原材料的相關(guān)性能指標(biāo)，尤其是加強(qiáng)對(duì)砂石料的篩分檢測(cè)，根據(jù)砂子細(xì)度模數(shù)（或砂中礫石含量）和石子粒徑變化，及時(shí)調(diào)整砂率和石子比例，確?；炷梁鸵仔浴?/p>

7.2加強(qiáng)計(jì)量和攪拌時(shí)間控制

高強(qiáng)混凝土的計(jì)量控制比普通混凝土的計(jì)量控制更為嚴(yán)格,在生產(chǎn)時(shí),砂石的計(jì)量誤差控制在±2%以內(nèi),水泥、外加劑、摻合料、水的計(jì)量誤差控制在±1%以內(nèi)。攪拌時(shí)應(yīng)注意外加劑的投入時(shí)間, 應(yīng)在細(xì)骨料與膠凝材料充分拌和后再加入, 而不能使其與水泥接觸, 否則將嚴(yán)重影響混凝土的質(zhì)量并導(dǎo)致離析。攪拌時(shí)間不低于 3min,以保證攪拌物均勻。

7.3嚴(yán)格控制混凝土坍落度

施工過程中應(yīng)經(jīng)常實(shí)測(cè)攪拌機(jī)和泵管出口混凝土坍落度, 做到每車混凝土出廠前必須檢查坍落度及和易性,坍落度及和易性不合格的混凝土不準(zhǔn)出站。

7.4把好混凝土的運(yùn)輸關(guān)

從攪拌站到施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸主要應(yīng)解決好坍落度損失問題。這就需要攪拌站和施工現(xiàn)場(chǎng)之間密切配合。在運(yùn)送過程中,混凝土車滾筒必須慢速轉(zhuǎn)動(dòng),以免混凝土發(fā)生離析；到達(dá)工地施工現(xiàn)場(chǎng)后,在泵送前,快速轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)輸車的滾筒,使混凝土攪拌均勻后再卸料入泵；如果現(xiàn)場(chǎng)坍落度小于180mm,可加入少量的高效減水劑,快速轉(zhuǎn)動(dòng)2min后再卸料,嚴(yán)禁工地施工人員隨意加水。

7.5施工澆筑、振搗控制

根據(jù)工程特點(diǎn)、施工環(huán)境與施工條件設(shè)計(jì)澆筑方案，并做好技術(shù)交底工作。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)混凝土振搗工作，防止過振、欠振和漏振，振搗時(shí)應(yīng)快插慢拔, 每點(diǎn)振搗時(shí)間以混凝土表面呈現(xiàn)浮漿和不再沉落、不再冒氣泡為止, 振搗應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，確保不出現(xiàn)蜂窩麻面。

7.6 強(qiáng)度性能檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

澆筑混凝土的同時(shí)，應(yīng)制作同條件養(yǎng)護(hù)試塊和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊，供拆模和結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的驗(yàn)收。混凝土試件成型應(yīng)具有代表性、真實(shí)性；

7.7 混凝土養(yǎng)護(hù)控制

混凝土澆筑完畢后，立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，泵送混凝土比普通混凝土更應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，因其膠凝用量大，坍落大等易出現(xiàn)干縮裂縫，必須加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，并建立養(yǎng)護(hù)制度，保證養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

8、應(yīng)用效果

C60高強(qiáng)泵送混凝土在生產(chǎn)應(yīng)用過程中,坍落度穩(wěn)定,1h內(nèi)坍落度損失很小只有30mm,流動(dòng)性、粘聚性、可泵性良好,泵送壓力正常,抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。在泵送過程中未出現(xiàn)堵管等不良現(xiàn)象,混凝土表面平整,未出現(xiàn)裂紋、蜂窩麻面等不良缺陷。按《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50107-2010,混凝土強(qiáng)度評(píng)定合格。

9、結(jié)語

通過采用摻聚羧酸鹽高性能減水劑、粉煤灰及優(yōu)化配合比等措施,使高強(qiáng)混凝土的坍落度損失減少、提高其可泵性,減少其水化熱,確保了泵送混凝土質(zhì)量。在生產(chǎn)應(yīng)用過程中,通過對(duì)原材料、計(jì)量和攪拌時(shí)間、出廠坍落度、運(yùn)輸、澆筑泵送過程、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)采取了有效措施，實(shí)踐證明該工程懸澆箱梁C60高強(qiáng)泵送混凝土能滿足設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量要求。

參考文獻(xiàn)

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》 JTJ/T F50-2011

《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 10-2011

《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》 JGJ55-2011