高性能泵送混凝土設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制

馮濤 呂素巖

濟(jì)南市公路管理局 山東濟(jì)南 250013

摘要：大型橋梁建設(shè)，需要的混凝土數(shù)量巨大，混凝土的性能直接影響了橋梁的質(zhì)量。文章結(jié)合濟(jì)廣高速濟(jì)南連接線（濟(jì)南二環(huán)西路高架橋）工程的現(xiàn)澆箱梁混凝土施工，主要介紹了高性能泵送混凝土在配制、澆筑等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：高性能；泵送混凝土；設(shè)計(jì)；質(zhì)量；控制

1 高性能混凝土簡(jiǎn)述

目前大跨度、高層、海洋、軍事等工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展對(duì)混凝土提出了更高的要求，處在惡劣環(huán)境下的既有建筑不斷劣化、退化導(dǎo)致過(guò)早失效、退役甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失的嚴(yán)重后果。原材料生產(chǎn)、開(kāi)采造成生態(tài)環(huán)境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴(yán)重影響進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)。這就要求混凝土不斷提高耐久性為重點(diǎn)的各項(xiàng)性能，多使用天然材料及工業(yè)廢渣保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展的道路，高性能混凝土就是在這種背景下出現(xiàn)并逐步完善與發(fā)展的。

高性能混凝土是一種以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土，是一種環(huán)保型、集約型的綠色混凝土。高性能混凝土是具有高強(qiáng)度、高耐久、高流動(dòng)性等多方面優(yōu)越性能的新型混凝土。

2原材料的選擇

要保證混凝土具有良好的可泵性，要求混凝土拌合物既要有較好的流動(dòng)性，又要保持良好的粘聚性和保水性，以保證混凝土在施工過(guò)程中始終保持較好的和易性，而材料的質(zhì)量起著十分重要的作用。

（1）水泥：水泥的流變性比強(qiáng)度更重要，與減水劑相容性要好，不宜用立窯水泥、早強(qiáng)水泥或其他摻混合材料水泥。為避免混凝土因體積不穩(wěn)定而產(chǎn)生的變形，應(yīng)選擇堿、C3A、C3S含量低、質(zhì)量穩(wěn)定的水泥。一般采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或特種水泥（調(diào)粒水泥、球狀水泥等）。宜選用細(xì)度小、泌水性好和收縮率小的水泥。本工程選用山東水泥廠生產(chǎn)的東岳牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）碎石：宜采用質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石，母巖的立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)g≥1.2fcu以上；針、片狀含量≤5.0%，不得混入軟弱顆粒；含泥量≤1.0%；泥塊含量≤0.5%；吸水率≤1.0%；一般最大粒徑Dmax≤25mm，因?yàn)榱叫r(shí)界面周長(zhǎng)小，厚度也小，難以形成大缺陷，不僅有利于界面強(qiáng)度，也有利于抗?jié)B性；碎石的粒型、表面性質(zhì)、石粉含量也很重要，應(yīng)嚴(yán)格控制。本工程選用山東章丘石料廠的碎石，集料壓碎值為為9.6，規(guī)格采用連續(xù)級(jí)配5～10mm和10～20mm，其澶配比例為20%：80%；其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范技術(shù)要求。

（3）砂：宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的河砂或人工砂，細(xì)度模數(shù)宜為2.6～3.3，通過(guò)0.3mm篩孔的砂不應(yīng)少于15%；含泥量≤1.0%；泥塊含量1.0%；同時(shí)用不同粒徑的砂混合，調(diào)整砂的級(jí)配。本工程選用泰安大汶河粗砂，細(xì)度模數(shù)3.11，粒徑在0.3mm以下的顆粒比例為25%。

（4）外加劑：外加劑要有較好的分散減水效果，能減少用水量，降低水灰比，改善混凝土的工作性能，從而提高混凝土強(qiáng)度，且要與選用的水泥匹配適宜。宜選用減水率高、與水泥相容性好，含堿低，塌落度經(jīng)時(shí)損失小的品種，通過(guò)多次試驗(yàn)，針對(duì)外加劑的減水率、混凝土的初始塌落度、0.5h、1h、1.5h的塌落度損失、混凝土的和易性、凝結(jié)時(shí)間3天、7天、28天強(qiáng)度等指標(biāo)，確定選用山東省建科院生產(chǎn)的高效泵送減水劑，摻量為3%，初凝時(shí)間9.95h，終凝時(shí)間19.88h。

（1）外摻劑：常用的高活性摻合料品種主要有硅灰、細(xì)磨礦渣、細(xì)磨粉煤灰、細(xì)磨沸石以及細(xì)磨燒粘土等。礦物細(xì)摻料不僅有利于水化作用和強(qiáng)度、密實(shí)度和工作性，增加粒子的密集堆積，減低孔隙率，改善孔結(jié)構(gòu)，而且對(duì)抵抗侵蝕和延緩性能退化都有較大作用。粒化高爐礦渣通過(guò)水淬后可形成大量的玻璃體，另外還含有少量的CS或C2S結(jié)晶組分，具有輕微的自硬性，礦渣的活性與堿度、玻璃體含量及細(xì)度等因素有關(guān)。本工程產(chǎn)假了濟(jì)南鋼鐵廠磨細(xì)粒化高爐礦渣，采用內(nèi)摻發(fā)代替同質(zhì)量的水泥，摻量為水泥質(zhì)量的8%。

3 配合比設(shè)計(jì)

（1）計(jì)算試配強(qiáng)度：fcuo≥50+1.645×6=59.9MPa。

（2）計(jì)算水灰比

W/C=（0.46×42.5×1.0）/（59.9+0.46×0.07×42.5×1.0）=0.32

（3）用水量：根據(jù)骨料的最大粒徑及混凝土塌落度要求初步確定每立方米混凝土用水量為224kg，摻加減水劑為膠凝材料用量的3%，減水率為24%，則每立方米混凝土用水量為：Wa=Wo（1-β）=224×（1-24%）=170kg。

（4）計(jì)算水泥用量：C=170/0.32=531kg。

（5）確定砂率：40%

（6）骨料用量：假定混凝土濕容重為2450kg/m3，

計(jì)算骨料用量：2450-531-170=1749kg。

（7）計(jì)算每立方米混凝土用砂量：S=1749×40%=700kg

（8）計(jì)算碎石用量：G=1749-700=1049kg

（9）根據(jù)以上結(jié)果得出基準(zhǔn)配合比如表1所示。

表1 基準(zhǔn)配合比

水泥+礦粉/kg 砂/kg 5～20mm碎石/kg 水/kg 外加劑/kg

489+42 700 1049 170 15.93

（10）以基準(zhǔn)配合比的水灰比為基準(zhǔn)，上下浮動(dòng)0.02，砂率不變，又得出兩個(gè)配合比，如表2所示。

表2 配合比

水灰比 水泥+礦粉/kg 砂/kg 5～20mm碎石/kg 水/kg 外加劑/kg

0.34 460+40 712 1068 170 15.00

0.30 522+45 685 1028 170 17.01

（11）經(jīng)過(guò)試拌合三個(gè)配合比工作性能均滿足施工要求。分別制取試件，由標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28天抗壓強(qiáng)度結(jié)果確定出配合比位表一配合比。

4 混凝土施工控制

加強(qiáng)過(guò)程控制對(duì)保證泵送混凝土的質(zhì)量十分關(guān)鍵，主要抓好試驗(yàn)跟蹤和工藝操作兩個(gè)方面。

（1）除了在施工準(zhǔn)備階段對(duì)泵送混凝土所使用的材料進(jìn)行必要檢查和可泵性試驗(yàn)外，施工重點(diǎn)進(jìn)行以下幾項(xiàng)試驗(yàn)：

①對(duì)混凝土骨料的粒徑、級(jí)配、含泥量、含水量等，每一工作臺(tái)班進(jìn)行1～2次試驗(yàn)。

②試驗(yàn)人員與拌合操作人員密切配合，確保施工配合比的有效換算及實(shí)施。

③對(duì)混凝土塌落度，在拌合地點(diǎn)、混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)等部位每一工作臺(tái)班檢測(cè)2次，并根據(jù)施工時(shí)間和溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)用于指導(dǎo)施工。

④除按照規(guī)范要求制取試件外，另應(yīng)認(rèn)真觀測(cè)各階段混凝土的性能是否適宜施工要求，并檢測(cè)澆筑完成后混凝土的外觀質(zhì)量。

（2）混凝土澆筑中，現(xiàn)場(chǎng)與拌合站應(yīng)由指揮人員統(tǒng)一調(diào)度，保障混凝土運(yùn)輸車輛的調(diào)配，做到等待時(shí)間最短，且混凝土供應(yīng)不間斷。

（3）混凝土運(yùn)輸車在裝料前應(yīng)排凈滾筒中的洗潤(rùn)水，并且在運(yùn)輸中不得隨意加水，在卸料前應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)20～30s，然后才能轉(zhuǎn)卸料，以保證混凝土的均勻性。

（4）混凝土澆筑盡量避開(kāi)日間高溫時(shí)段，以預(yù)防因失水過(guò)多出現(xiàn)干縮裂縫。如果在日間施工時(shí)，可灑水至混凝土接觸部位，使之保持濕潤(rùn)狀態(tài)。

（5）因意外事故造成等待時(shí)間較長(zhǎng)，塌落度損失較大時(shí)，我們經(jīng)過(guò)檢測(cè)，采用后加適量外加劑，并快速攪拌2～3min，以回升混凝土的塌落度，根據(jù)實(shí)施情況證明該方法行之有效。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)混凝土3天、7天、28天強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表3。

表3 抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

設(shè)計(jì)強(qiáng)度/MPa 3天強(qiáng)度/MPa 7天強(qiáng)度/MPa 28天強(qiáng)度/MPa

50 46.6 57.3 63.3

證明配合比設(shè)計(jì)合理、施工質(zhì)量控制有效。結(jié)合施工中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和情況分析，對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土泵送施工有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

（1）高標(biāo)號(hào)混凝土的配置，選擇良好的外加劑是關(guān)鍵，其減水效果及與水泥的親和性，對(duì)混凝土的和易性極其重要。

（2）在滿足施工要求的情況下，宜盡量降低水泥、外加劑的用量。

（3）施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查機(jī)械情況，優(yōu)選性能好的泵車。施工中盡量降低塌落度以減少干縮裂縫。

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ55-2011，普通砼配合比設(shè)計(jì)規(guī)程

[2] JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程

[3] JTG/TF50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范

作者簡(jiǎn)介：

馮 濤，工作單位：濟(jì)南市公路管理局，山東濟(jì)南解放東路1號(hào)，郵編：250013。

呂素巖，工作單位：濟(jì)南市公路管理局，山東濟(jì)南解放東路1號(hào)，郵編：250013。