混凝土三級泵送技術(shù)在公路特大橋高墩上的應用

(中鐵十二局集團 第二工程有限公司，山西 太原 030032)

引言

近年來，隨著我國高、大橋梁的建設發(fā)展，泵送混凝土已經(jīng)成為高、大橋梁和大體積混凝土工程施工的主要方法。在一些偏遠山區(qū)進行上等級道路或橋梁的建設時，由于地形條件的限制，往往需要在深溝、峽谷地段建造大量的高墩或大跨度橋梁。此時，很難將混凝土一次泵送至澆筑部位，需要考慮二級或多級泵送。因此，對影響混凝土二級或多級泵送的因素進行分析研究，找出預防對策，控制好混凝土的可泵性，對于防止二級或多級泵送過程中的堵管塞管，確保項目工期和工程質(zhì)量有著重要的意義。本文以湖南炎汝高速公路洣水河特大橋高墩工程為例，介紹了高墩工程采用三級泵送混凝土的原料選用、配合比設計、施工工藝和施工過程中的注意事項，供參考。

1 工程概況

洣水河特大橋是跨越深切溝谷和洣水河的1座特大橋梁，是炎汝高速公路能否順利通車的關(guān)鍵性工程。其主橋采用96 m+180 m+96 m變截面預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁；引橋采用預應力混凝土T梁，先簡支后連續(xù)剛構(gòu)；主橋最高墩143 m(3號墩)；左線橋全長541 m，右線橋全長518 m。全橋跨越?jīng)λ訊{谷，無施工作業(yè)場地，無施工便道，原材料進入施工現(xiàn)場難度大，給施工組織造成了很大困難。

2 混凝土泵送工藝的確定

洣水河特大橋3號、4號主墩橫跨洣水河，混凝土泵管架設在長192 m的吊橋上，最初混凝土工程施工計劃采用二級泵送，但由于途經(jīng)的紅星橋被定為二級危橋，軸重13 t以上的車輛不允許通行，因此只能在紅星橋橋頭增加一級泵送。紅星橋全長170 m，第一次泵送的輸送距離為200 m，混凝土被送到橋的另一頭后由罐車運至第二個地泵；第二次泵送需要跨過192 m的吊橋到達4號墩承臺邊的第三個地泵，輸送距離為240 m；再由第三個地泵將混凝土送至墩柱及箱梁，到達合龍段的最遠距離將達到200 m?？傮w來算，混凝土從開始泵送到澆筑地點要經(jīng)過640 m的運輸距離，這就要求混凝土的坍落度及損失、和易性、凝結(jié)時間等性能必須滿足施工要求，才能保證順利地完成混凝土澆筑。

3 原材料的選用

3.1 水泥

水泥漿體是保證混凝土具有可泵性的必要條件，它在泵送過程中形成潤滑層，在輸送管道內(nèi)起潤滑作用。由于橋梁墩柱和上部構(gòu)造分別為C40和C50混凝土，膠凝材料用量較大，應盡量選用水化熱低的非早強型硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。通過對幾個水泥廠家的比較，確定選用湖南金磊南方水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5和P·O 52.5水泥。

3.2 粗、細骨料

細骨料選用新開河砂，細度模數(shù)約為2.9，含泥量<3%。粗骨料選用梅崗石場5～25 mm連續(xù)級配碎石，其中4.75～9.50 mm的碎石占10%，9.50～26.50 mm的碎石占90%。

3.3 外加劑

選用外加劑時要重點關(guān)注其坍落度保留值，這對混凝土能否順利泵送具有決定性的作用。應優(yōu)先選用減水率高、引氣適量、堿含量低、坍落度損失小的聚羧酸系高效減水劑。通過對幾個外加劑廠家的綜合比較，確定選用湖南省春曉工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的TG-HR型高效減水劑。

4 混凝土的拌制

4.1 混凝土配合比的確定

配合比對于混凝土施工來講至關(guān)重要，合理的配合比不僅能為施工提供有力的保障，而且還能節(jié)約成本。配合比的優(yōu)選必須通過大量的試配來完成，對于不同產(chǎn)地、不同規(guī)格、不同廠家的材料，其試配效果是不相同的。

洣水河大橋墩柱和上部剛構(gòu)混凝土設計強度等級分別為C40和C50，總堿含量≤1.8 kg/m3，混凝土拌合物坍落度控制在180～220 mm。通過大量的試驗，最終確定C40、C50混凝土拌和時的水膠比分別為0.36和0.34，各材料用量見表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

4.2 外加劑摻量的確定

所用聚羧酸系高性能減水劑是含有減水組分、消泡組分、引氣組分、防凍組分的復配產(chǎn)品，具有摻量低、減水率高、保坍能力強等優(yōu)點，但是其與各種材料的適應性較敏感，與溫度、濕度、攪拌情況、施工情況等因素也有很大關(guān)系，尤其是與水泥的適應性問題最值得關(guān)注。由于水泥顆粒對外加劑分子有較強的吸附性，顆粒越細，對外加劑分子的吸附量越大；同時，水泥顆粒本身具有絮凝作用，顆粒越細，絮凝作用越明顯，破壞這種絮凝作用所需要的減水劑分子就越多，導致塑化效果變差，因此，一定要控制水泥的細度和比表面積。一些水泥生產(chǎn)廠家為了追求水泥早期強度，一味地提高水泥粉磨細度，在拌制混凝土時必然需要提高減水劑摻量。所以，在確定配合比時，一定要經(jīng)過多次適應性試驗，調(diào)整外加劑配方，選擇外加劑的最佳摻量。

聚羧酸減水劑對用水量也十分敏感，有時用水量僅增加1～3 kg/m3，混凝土拌合物便立刻嚴重泌水，嚴重時甚至出現(xiàn)露石起堆、發(fā)散、扒底等現(xiàn)象，影響泵送作業(yè)的正常進行。如果采用這種拌合物施工，無法保證澆筑體的均勻性，易導致結(jié)構(gòu)物表面出現(xiàn)麻面、起砂、孔洞等缺陷，同時，結(jié)構(gòu)體的強度和耐久性嚴重下降。

4.3 混凝土拌合物性能試驗

兩種強度等級混凝土的性能測定結(jié)果見表2。

表2 混凝土的性能

對新拌混凝土除了進行坍落度試驗外，還可以同時測定其擴展度。測定方法為：測量展開圓形的最大直徑以及與最大直徑呈垂直方向的直徑，取該兩個直徑的平均值為混凝土擴展度。擴展后的混凝土越接近圓形，表明其越接近均質(zhì)。另外，也可同時測定倒坍落度筒流動時間。測定方法為：將新拌混凝土裝入坍落度筒內(nèi)，倒置坍落度筒，測定混凝土從坍落度筒中留空的時間即為倒坍落度筒流動時間，以≯15 s為宜。

5 施工過程中的控制要點

5.1 混凝土的拌制

(1)拌和前，要嚴格測定粗、細骨料的含水率，以便及時對施工配合比進行調(diào)整。含水率一般每工作班抽測2次，含水率發(fā)生變化時要隨時抽測，并及時調(diào)整配合比。

(2)攪拌機必須經(jīng)計量局檢定合格方可使用，投料順序要與試配時的順序一致，一般是細骨料、粗骨料、水泥、摻合料攪拌均勻后，再加入水和外加劑，攪拌時間≮2 min，同時宜≯3 min。攪拌站全部采用自動計量(包括水、減水劑)，定期進行標定，每工作班應進行計量復秤，做好計量復秤記錄，計量誤差必須符合規(guī)范要求(水泥、摻合料、水、外加劑為1%，粗細骨料為2%)。

(3)在夏季攪拌混凝土時，骨料宜采用遮陽棚存放，拌和水盡量采用低溫水，盡可能避開高溫施工，一般在17∶00以后或晚上開盤，以保證混凝土入模溫度。

(4)坍落度的控制對于高橋墩混凝土來講至關(guān)重要，坍落度損失不能過大。在設計坍落度范圍內(nèi)，根據(jù)運輸距離、氣溫、施工快慢與現(xiàn)場及時溝通，隨時掌控好混凝土的最佳狀態(tài)，盡量避免不必要的浪費，同時還要嚴格控制混凝土的出機坍落度。由于選用的水膠比較低，混凝土黏性較大，為使混凝土拌和均勻，攪拌時間較常規(guī)混凝土延長15 s，以避免混凝土離析。

5.2 混凝土的運輸

(1)必須保證運輸?shù)缆返臅惩?、平整，確?；炷猎谶\輸過程中不離析、分層、漏漿，保證混凝土到達現(xiàn)場后的工作性能。

(2)如果混凝土運輸?shù)浆F(xiàn)場因為停留時間太長而使坍落度損失過大時，堅決不能加水，而是加一定量的減水劑。

(3)選用泵送能力強的泵送設備，可以減小混凝土的坍落度損失，提高混凝土質(zhì)量。該項目所用混凝土輸送泵為HBT80C泵，其最大理論輸送距離(垂直/水平)為：350 mm/1 200 mm，最大理論輸送量(低壓/高壓)為：48.8(m3/h)/80(m3/h)。

(4)混凝土的供應必須保證輸送泵能連續(xù)工作，輸送管線宜直，轉(zhuǎn)彎宜緩，接頭應嚴密，防止混入空氣而造成阻塞。

5.3 混凝土的泵送

(1)泵送前，先往料斗內(nèi)倒入幾桶清水，以洗潤料斗及管道(用18 L的水桶，倒3～5次)。

(2)先投入大約0.5 m3的水泥砂漿作為泵送混凝土的前導，以潤滑輸送管道。水泥砂漿要根據(jù)管道長度的不同而采用不同的水灰比。配管實際長度<100 m時，采用水灰比為1∶2的水泥砂漿；配管實際長度>150 m時，可采用水灰比為1∶1的水泥砂漿。

(3)先泵送富配合比混凝土3～6 m3，此后正常泵送。泵送時，要注意觀察泵送的壓力表和各部機件的工作狀態(tài)。開始運轉(zhuǎn)時油泵轉(zhuǎn)速要慢，并處于隨時可以采取逆運轉(zhuǎn)等措施的預備狀態(tài)。當確認泵送可以正常進行后，方可以常速運轉(zhuǎn)。

5.4 混凝土的澆筑、振搗

(1)按照一定的厚度、順序和方向分層澆筑，在下層混凝土初凝或重塑前完成上層混凝土的澆筑。箱梁地板混凝土澆筑時，由低處開始逐層擴展升高，保持水平分層。施工中要注意箱梁兩端質(zhì)量的平衡。

(2)混凝土入模前，按規(guī)定測其溫度、坍落度等性能，并做好記錄。

(3)對于錨墊板等受力集中的部位要格外注意，首先要保證混凝土質(zhì)量均勻，其次是不能漏振或過振，防止出現(xiàn)空洞和蜂窩現(xiàn)象，避免張拉時混凝土被拉崩。

(4)混凝土的振搗應嚴格按照操作規(guī)程進行。混凝土密實的標志是混凝土停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、泛漿。

(5)澆筑混凝土期間，應設專人檢查支架、模板、鋼筋、預埋件等部件的穩(wěn)固情況，當發(fā)現(xiàn)有松動、變形、移位、漏漿時，要及時處理。

(6)嚴格控制混凝土的入模溫度在32 ℃以下。夏季施工時，宜選擇一天內(nèi)溫度最低的時間進行澆筑，及時檢測并記錄混凝土的溫度、坍落度、含氣量等性能。在澆筑地點取樣，制作試件，留取足夠數(shù)量的混凝土試件，按規(guī)定進行同條件養(yǎng)護或標準養(yǎng)護。

5.5 混凝土的養(yǎng)護

(1)該項目中高橋墩的養(yǎng)護采取水管滴水的措施，在墩柱頂部布設PVC水管，沿著墩柱橫向在管上打眼，墩頂水箱抽水，淋于混凝土面上。

(2)在連續(xù)箱梁內(nèi)部采取覆蓋保溫措施?？蓪⑾淞憾瞬坑门癫紦踝?，在箱內(nèi)進行蒸汽養(yǎng)護。

6 施工控制過程中應注意的問題

6.1 原材料選用應注意的問題

(1)控制細骨料進場含水率。該項目選用的細骨料為水洗河砂，進場時含水率不均勻，易導致混凝土攪拌時用水量難以控制，因此必須隨時檢測砂的含水率，以保證混凝土配合比的準確性。

(2)控制細骨料級配。由于當?shù)氐奶厥馇闆r，使用的河砂中粒徑>5 mm的顆粒占到10%～15%，這就需要根據(jù)實際情況對配合比進行合理的調(diào)整，對進場的砂加大篩分檢測頻率。

(3)加強混凝土拌和站的管理。對拌和過程的控制，尤其是對外加劑摻量的控制，直接關(guān)系到混凝土的和易性。對聚羧酸減水劑的計量必須準確，如果摻量大，拌合物會離析，摻量不夠則結(jié)構(gòu)體強度降低。所用外加劑必須每批進行抽檢，嚴把質(zhì)量關(guān)。

6.2 施工中需要注意的問題

(1)在施工過程中，各崗位間一定要加強溝通。按照泵送混凝土規(guī)范的要求，混凝土要不間斷地輸送，如遇到換管、振搗或跑模需要暫停時，應及時與拌和站聯(lián)系，做好協(xié)調(diào)工作，不要急于拌和混凝土，盡量避免混凝土在輸送泵前滯留時間過長而導致坍落度損失過大。

(2)如果遇到上述情況，坍落度損失過大時不能加水，要配以一定量的減水劑攪拌數(shù)分鐘，以達到泵送要求。