高架橋清水混凝土結(jié)構(gòu)材料的配制及施工質(zhì)量控制*

楊 俊 繆曉軍

1.上海建工材料工程有限公司 上海 200086；2.昆山交通發(fā)展控股有限公司 昆山 215300

0 前言

昆山市中環(huán)快速化改造工程主線采用高架橋、地面道路形式。高架橋主柱、上部結(jié)構(gòu)、箱梁混凝土均采用現(xiàn)澆混凝土形式，外觀要求達(dá)到清水混凝土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此必須對(duì)混凝土的材料、生產(chǎn)、澆筑等過程進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，規(guī)范工藝，以達(dá)到清水混凝土的設(shè)計(jì)要求和飾面效果。

1 清水混凝土容易發(fā)生的缺陷

1）清水混凝土表面顏色不均勻，整體觀感差。

2）清水混凝土表面不光潔、起灰或起砂。

3）清水混凝土密實(shí)度不夠，表面有蜂窩或麻面。

4）清水混凝土表面接縫不飽滿、不平整、出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或漏漿。

5）拆模后保護(hù)與保養(yǎng)不到位，造成混凝土結(jié)構(gòu)損傷或二次污染[1]。

2 清水混凝土材料的配制及施工控制要點(diǎn)

2.1 混凝土生產(chǎn)過程控制

2.1.1 原材料質(zhì)量控制

為了達(dá)到清水混凝土飾面顏色均勻一致的效果，從材料本身選取上，我們考慮必須要做到以下幾點(diǎn)：

1）上部結(jié)構(gòu)混凝土所選用的膠凝材料必須是同一廠家、同一強(qiáng)度等級(jí)、同一生產(chǎn)線生產(chǎn)的，相同部位必須是同一批次進(jìn)場(chǎng)的膠凝材料，每批膠凝材料必須留樣進(jìn)行比對(duì)。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，普通硅酸鹽水泥配制的清水混凝土，較礦渣水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土和易性、勻質(zhì)性好， 混凝土硬化時(shí)間短， 混凝土外觀質(zhì)量好，便于拆模[2]。因此，水泥品種應(yīng)優(yōu)先選擇普通硅酸鹽水泥。當(dāng)選用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥時(shí)，應(yīng)了解水泥中的混合材摻量、質(zhì)量以及對(duì)強(qiáng)度發(fā)展與流變性能的影響。一般水泥用量為350～450 kg/m3。水泥用量超過500 kg/m3，將會(huì)增大混凝土的收縮，如低于350 kg/m3，則需摻加其他礦物摻合料如粉煤灰、磨細(xì)礦渣等來提高混凝土的和易性。

2）上部結(jié)構(gòu)混凝土所選用的砂石材料，我們所采用的黃砂固定為長(zhǎng)江流域九江段、洞庭湖或鄱陽湖的中砂，石子固定為湖州地域的5～25 mm的碎石，運(yùn)輸都采用水路運(yùn)輸至攪拌站碼頭，中途不得轉(zhuǎn)運(yùn)。所有砂石材料做好標(biāo)準(zhǔn)樣品的留樣比對(duì)。

清水混凝土的砂漿量大，如選用細(xì)砂，則混凝土的強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能將受影響，同時(shí)，細(xì)砂的比表面積較大將增大拌和物的需水量，也對(duì)拌和物的工作性產(chǎn)生不利影響，若選用粗砂則會(huì)降低混凝土的黏聚性，因而一般選用中砂或偏粗中砂，砂細(xì)度模數(shù)在2.5～2.8為宜。

3）外加劑的選取。我們選取巴斯夫公司生產(chǎn)的LN800及RH1100兩種外加劑用于生產(chǎn)C40及C50混凝土（表1）。

表1 C40、C50混凝土配合比 （單位：kg/m3）

本工程高架橋上部結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40和C50。由于交通工程混凝土拌和物膠凝材料用量比較大，立柱施工要求混凝土工作性好，斜腹式箱梁底板施工要求擴(kuò)展度小，故我們又選取2 種常用外加劑進(jìn)行常規(guī)適配比較。

綜合比較拌和物狀態(tài)和28 d強(qiáng)度，LN800型萘系泵送劑、RH1100型萘系高效減水劑摻量分別達(dá)到膠凝材料的1.3%、1.4%時(shí)，混凝土的和易性與強(qiáng)度均比較理想， 易于泵送施工振搗，減少蜂窩和麻面，可保證清水飾面的效果。

2.1.2 清水混凝土配合比的確立及試驗(yàn)結(jié)果

本工程混凝土依據(jù)設(shè)計(jì)要求，C40不采用外摻料，用純水泥配置，以保證混凝土早期強(qiáng)度，增加早期表面密實(shí)度。C50混凝土由于施工方量較大且單方水泥用量高，為延長(zhǎng)其凝結(jié)時(shí)間并方便施工，故摻少量礦粉，以調(diào)節(jié)混凝土拌和物流變特性，提高流動(dòng)性和抗分離性，同時(shí)增加活性，改善耐久性。經(jīng)過10組試驗(yàn)，其結(jié)果如表2～表5所示。

表2 C40混凝土7 d強(qiáng)度 （單位：MPa）

表3 C40混凝土28 d強(qiáng)度 （單位：MPa）

表4 C50混凝土7 d強(qiáng)度 （單位：MPa）

表5 C50混凝土28 d強(qiáng)度 （單位：MPa）

通過試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析，我們確定的級(jí)配設(shè)計(jì)能滿足中環(huán)高架工程強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求和工地施工需要，故驗(yàn)證有效。

2.1.3 攪拌工藝的控制

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為自行制造的單臥軸3 m3混凝土攪拌機(jī)，為了達(dá)到清水混凝土表面顏色均勻一致的效果，混凝土必須攪拌均勻，在工藝控制上我們有別于普通混凝土。

1）攪拌時(shí)間的確定。由于在歷次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)普通混凝土原有的拌機(jī)投料順序無法達(dá)到清水混凝土要求的勻質(zhì)型，因此，我們通過攪拌時(shí)間與電機(jī)電流的變化關(guān)系來確定最佳的攪拌時(shí)間并進(jìn)行多次試驗(yàn)。

在綜合比較了不同攪拌時(shí)間下混凝土的狀態(tài)與電機(jī)電流、擴(kuò)展度的變化后，最終確定攪拌時(shí)間為90 s。

2）投料方式的確定。為進(jìn)一步改善混凝土膠凝材料結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，有效降低攪拌機(jī)負(fù)荷，控制電機(jī)電流，我們又對(duì)投料順序進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)（圖1、圖2）。

圖1 第1種投料攪拌方式工藝流程

上述攪拌時(shí)間不包括骨料及膠凝材料的下料時(shí)間，即粗骨料和70%細(xì)骨料投入后攪拌10 s，然后投入膠凝材料，將外加劑投入水中，在第10秒后開始加60%水。攪拌20 s后，30%細(xì)骨料投入，攪拌30 s再投入40%水和外加劑，攪拌40 s，總共攪拌70 s出料。

圖2 第2種投料攪拌方式工藝流程

第2種投料攪拌方式，即先投60%黃砂和碎石攪拌，20 s后再投另外40%黃砂，將外加劑投入水中，加70%的水投入膠凝材料攪拌，40 s后再投另外30%的水。整個(gè)過程用時(shí)90 s。經(jīng)比較，這種投料方式可以比較有效地降低電機(jī)電流，減少膠凝材料的結(jié)團(tuán)。

3）原材料的計(jì)量。攪拌一盤的方量不宜大于2.5 m3；計(jì)量必須精確，混凝土原材料（按質(zhì)量計(jì)）允許偏差不得超過表6的規(guī)定。

表6 混凝土原材料計(jì)量允許偏差

2.2 施工模板工藝控制

清水混凝土模板須按照清水混凝土技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，須滿足清水混凝土的質(zhì)量要求和表面裝飾效果[3]。

1）制作模板時(shí)，應(yīng)保證模板的幾何尺寸精確，拼縫嚴(yán)密，材質(zhì)一致，并保持較好的強(qiáng)度。剛度及整體拼裝后的穩(wěn)定性好的模板，可以有效防止漏漿、蜂窩、麻面現(xiàn)象。同時(shí)能滿足便于組裝和拆除、確保周轉(zhuǎn)使用次數(shù)要求。

2）露天環(huán)境下存放模板時(shí)，應(yīng)用帆布等其他物品覆蓋，避免鋼模板出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，影響鋼模板的使用。

3）使用清水混凝土專用脫模劑不僅能保護(hù)模板置于室外或陰雨天而不生銹，還有利于提高混凝土外觀質(zhì)量，盡顯混凝土本色，達(dá)到清水混凝土效果。

4）對(duì)于反復(fù)使用的模板，在每次拆除后必須對(duì)模板進(jìn)行打磨拋光，以清除上次留在模板上的泥漿、油污及其他雜物，保證表面充分潔凈后再涂上脫模劑。

5）模板使用前，應(yīng)檢查模板是否有變形并加以調(diào)整，變形超標(biāo)的應(yīng)廢棄使用。

6）拆模時(shí)，不得硬撬鑿?fù)?，以免挖傷模板和混凝土的表面及棱角，模板要輕拿輕放，如有損傷處，應(yīng)修整清理后再均勻涂刷脫模劑，集中堆放。

2.3 施工過程控制

1）混凝土澆筑前應(yīng)先選定合理的運(yùn)輸路線、澆筑時(shí)間（最好避免早晚高峰），控制發(fā)料速度，減少運(yùn)輸途中的坍落度損失。攪拌車在等待泵送過程中不應(yīng)熄火，應(yīng)保持全程勻速攪拌，避免漿石分離沉降現(xiàn)象。一般攪拌車大多為16 m3攪拌筒，如滿載混凝土，則運(yùn)達(dá)工地后易產(chǎn)生混凝土砂石拌和不均現(xiàn)象。為避免這一現(xiàn)象發(fā)生，我們硬性規(guī)定每輛攪拌車最多裝14 m3混凝土，且在上泵澆筑前再快速攪拌1 次，使筒內(nèi)混凝土進(jìn)行2 次拌和，以增加其勻質(zhì)性。

2）嚴(yán)格控制混凝土水灰比，每天按批次對(duì)砂石含水率進(jìn)行檢測(cè)，尤其是雨天，應(yīng)根據(jù)砂石實(shí)際含水率對(duì)用水量進(jìn)行調(diào)整，以保證正確的混凝土水灰比。

3）重視現(xiàn)場(chǎng)與拌站之間橫向聯(lián)系，由拌站安排外場(chǎng)技術(shù)人員駐守工地，對(duì)到場(chǎng)混凝土坍落度、和易性等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。工地上常常遇到的問題是混凝土坍落度損失過快，這與澆筑現(xiàn)場(chǎng)人員是否合理安排工序、機(jī)械設(shè)備性能和數(shù)量、當(dāng)天氣溫變化、運(yùn)輸路線遠(yuǎn)近、原材料波動(dòng)有關(guān)。因此，內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn)員應(yīng)及時(shí)溝通，具體問題具體分析，及時(shí)采取措施對(duì)配合比進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。例如小范圍調(diào)整砂率；在保持水灰比不變情況下，適當(dāng)增加水泥漿用量，適當(dāng)放大出廠坍落度；根據(jù)當(dāng)天氣溫適當(dāng)提高或降低外加劑或者礦粉摻量，改善混凝土凝結(jié)時(shí)間等[4]。

4）混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)時(shí)，需要注意以下細(xì)節(jié)。

（1）在澆筑混凝土前，應(yīng)先計(jì)算結(jié)構(gòu)混凝土總量和每層混凝土用量，并控制每層下料的混凝土數(shù)量。如果混凝土下落高度超過2 m，要使用串筒，防止下落混凝土離析。

（2）混凝土布料要均勻，分層進(jìn)行，控制好每層厚度，并認(rèn)真做好混凝土的振搗，防止欠振、漏振，避免過振。操作時(shí)必須嚴(yán)格做到快插慢拔，振搗至混凝土表面不再沉降，無氣泡，表面泛漿即可。

（3）混凝土澆筑過程中，為避免混凝土濺到上層模板，以致脫模后，由于濺點(diǎn)而形成麻面現(xiàn)象，為此要求施工人員隨著澆筑高度上升位置的變化，不斷用干凈毛巾抹去濺點(diǎn)，保持模板清潔。

（4）混凝土澆筑完畢后應(yīng)經(jīng)過多次反復(fù)抹光壓面，在12 h內(nèi)用土工織物或塑料薄膜對(duì)混凝土表面加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)（夏季時(shí)，在8～10 h內(nèi)即可）。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7 d[5]。

3 結(jié)語

目前昆山市中環(huán)快速化改造工程的主體施工已順利完竣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和觀測(cè)，橋體外觀平整、梁底線性流暢、實(shí)體強(qiáng)度合格，施工取得成功。說明通過對(duì)混凝土質(zhì)量的全程控制，高架橋主體混凝土結(jié)構(gòu)從外觀到質(zhì)量均滿足清水混凝土設(shè)計(jì)要求，同時(shí)技術(shù)人員也積累了寶貴的施工管控經(jīng)驗(yàn)[6]。