呼和浩特地區(qū)橋梁墩柱及蓋梁用高強自密實清水混凝土關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制要點*

盧霄，王琴，李凱，王子萌

（中建西部建設(shè)新疆有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

為滿足國家工程建設(shè)發(fā)展要求，自密實混凝土性能研究和應(yīng)用實踐已經(jīng)在世界范圍內(nèi)更為廣泛地展開，且在許多工程中應(yīng)用。目前，已研發(fā)成功的自密實混凝土種類有：建筑自密實混凝土、高強自密實混凝土、大體積自密實混凝土、預(yù)制輕質(zhì)自密實混凝土、補償收縮自密實混凝土、自密實鋼纖維混凝土、“三明治”自密實混凝土和再生骨料自密實混凝土等[1-3]。自 1993 年以來，我國的科研機構(gòu)越來越關(guān)注自密實混凝土方面的研究，許多研究機構(gòu)也針對自密實混凝土的配合比設(shè)計，如清華大學(xué)、中南大學(xué)、原重慶建筑大學(xué)和武漢理工大學(xué)等相續(xù)開展自密實混凝土的研制和性能等研究。

清水混凝土隨著混凝土的結(jié)構(gòu)發(fā)展而不斷被應(yīng)用。我國的許多學(xué)者對清水混凝土的配合比及施工工藝進行了探索。20 世紀(jì) 70 年代，清水混凝土在內(nèi)澆外掛體系的施工中取得了進展，主要應(yīng)用在預(yù)制混凝土外墻板反打施工中。1997 年，北京市設(shè)立了“結(jié)構(gòu)長城杯工程”獎，推廣清水混凝土施工，使清水混凝土重獲發(fā)展。近年來，少量高檔建筑工程如海南三亞機場、首都機場、上海浦東國際機場航站樓、東方明珠的大型斜筒體、西安商務(wù)中心等都采用了清水混凝土。隨著綠色建筑的客觀需求，人們環(huán)保意識的不斷提高，返樸歸真的自然思想的深入人心，我國清水混凝土工程的需求已不再局限于道路、橋梁、廠房、機場和體育館，在工業(yè)與民用建筑中也得到了一定的應(yīng)用。北京聯(lián)想研發(fā)基地被建設(shè)部列為“中國首座大面積清水混凝土建筑工程”，標(biāo)志著我國清水混凝土已發(fā)展到了一個新的階段，是我國清水混凝土發(fā)展歷史上的一座重要里程碑[4-6]。

自密實清水混凝土要求兼具自密實和清水的優(yōu)點，但實際應(yīng)用中充滿矛盾和問題。顯然自密實不利于清水，如自密實混凝土因要求大流動，因此膠凝材料用量大，同時較高的含氣量可以降低剪切力，增加流動速度；為了防止離析泌水，又要求砂漿漿體粘度大、砂率高，但這易使氣泡富集在混凝土表面難以排出，這與清水混凝土要求表面無孔洞形成矛盾；而清水混凝土則希望設(shè)計坍落度不宜過大、砂率較低，要控制漿體含量和含氣量，有利于清水混凝土的表觀質(zhì)量。[8-9]清水混凝土還應(yīng)通過振搗使混凝土提高填充性和排除混凝土中的氣泡，降低表面氣孔含量，而自密實混凝土采取振搗方式排除氣泡將增加其離析泌水的可能。

本項目通過高強自密實清水混凝土配合比設(shè)計及耐久性能研究、高強自密實清水混凝土預(yù)制構(gòu)件配制以及表觀質(zhì)量控制技術(shù)研究，設(shè)計一種自密實性能良好、耐久性能穩(wěn)定、清水效果優(yōu)異、保坍效果持久、表觀質(zhì)量優(yōu)異的高強自密實清水混凝土，解決自密實混凝土大流動性與清水混凝土小坍落度之間的矛盾，以及混凝土表觀質(zhì)量出現(xiàn)蜂窩、麻面、氣泡、裂縫等質(zhì)量通病。實現(xiàn)復(fù)雜施工條件及多季節(jié)條件下，高強自密實清水混凝土的施工應(yīng)用。

1 工程概況

呼和浩特市快速路項目為南北快速路。南北快速路工程起點為昭烏達路/南二環(huán)交叉口，終點為哲里木路/南二環(huán)交叉口。全長 9.2km。南北快速路設(shè)計速度60km/h，紅線寬度為 50～70m。

呼和浩特市三環(huán)路工程（A區(qū)域）施工（四標(biāo)段）位于玉泉區(qū)，是呼和浩特市規(guī)劃的“兩橫兩縱”快速路網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃重要組成部分。區(qū)段里程樁號為K48+000-K58+200，長度 10.2km。本工程道路規(guī)劃為城市主干路，道路紅線寬度為 80m，采用地面輔道+主線高架形式。橋梁采用雙向六車道，寬度 34m。

中建三局呼和浩特道路改造提升工程預(yù)制構(gòu)件廠位于賽罕區(qū)金橋鎮(zhèn)格爾圖村，預(yù)制廠用地面積 498 畝，主要負(fù)責(zé)呼和浩特道路改造提升工程南北共 2290 片小箱梁，呼和浩特市三環(huán)高架橋工程 3150 片小箱梁、381片蓋梁及 704 根墩柱的預(yù)制任務(wù)。具體工程量見表 1、表 2。

2 混凝土原材料質(zhì)量與配合比設(shè)計要求

2.1 原材料

水泥：清水河縣蒙西水泥有限公司廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥 P·O42.5R，標(biāo)稠用水量 25.0%，安定性良，3d抗折強度 6.3MPa，3d 抗壓強度 37.5MPa，28d 抗壓強度 55.0MPa；P·O52.5R 水泥，標(biāo)稠用水量 26.6%，安定性良，3d 抗壓強度 45.8MPa，28d 抗壓強度 69.0MPa；粉煤灰：卓資縣金達環(huán)保制品有限公司生產(chǎn)的 F·II 級，細(xì)度 20%，需水比 95% 以上；礦粉：呼和浩特市秦豐冶金渣微粉有限公司生產(chǎn)的 S75 級?；郀t礦渣粉；骨料：呼和浩特土默特左旗益圣工貿(mào)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的中砂，含泥量 2.2%，細(xì)度模數(shù) 2.8；5～20mm 卵石，壓碎指標(biāo) 5.5%；減水劑：江蘇蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑，減水率 29%。

表1 混凝土概況表

表2 高架橋主要工程量

2.2 混凝土配合比設(shè)計要求

2.2.1 產(chǎn)品技術(shù)要求

C50 和 C60 清水自密實混凝土技術(shù)要求見表 3。

表3 清水自密實混凝土技術(shù)要求

2.2.2 配合比設(shè)計

基于大流態(tài)高勻質(zhì)自密實清水混凝土的配制要求，以骨料致密堆積理論配合比設(shè)計出發(fā)點，根據(jù)自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程中配合比設(shè)計要求，獲得 C50、C60自密實清水混凝土初步配合比[10]?？刂谱兞恳曰炷涟韬衔锾涠取U展度 T500、倒坍時間等為測試依據(jù)，分別研究膠凝材料總量、膠凝材料種類、細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)、砂率對混凝土自密實性能的影響，最終得到優(yōu)化后的配比，具體見表 4。

表4 自密實清水混凝土配比 kg/m3

3 混凝土施工技術(shù)關(guān)鍵點

本項目通過合理的混凝土模板規(guī)劃、改善模板處理及安裝工藝、配制專用脫模劑、配制自密實清水混凝土、提高混凝土拌和及振搗質(zhì)量、加強混凝土脫模后養(yǎng)護及防護等手段，消除普通混凝土的質(zhì)量通病，提高橋梁墩柱混凝土整體觀感質(zhì)量，實現(xiàn)自密實清水混凝土預(yù)制橋墩、蓋梁的全季節(jié)施工，主要施工技術(shù)關(guān)鍵點如下：

3.1 復(fù)雜施工條件下高強清水自密實混凝土配制技術(shù)

基于骨料致密堆積理論配制高強自密實清水混凝土，通過外加劑、膠結(jié)材料和粗細(xì)骨料的選擇與搭配進行配合比設(shè)計，減小混凝土的屈服應(yīng)力使混凝土流動性增大，同時又具有足夠的塑性粘度，令骨料懸浮于水泥漿中，不出現(xiàn)離析和泌水問題，保證混凝土在異型結(jié)構(gòu)、密集筋分布預(yù)制模版中的填充效果，形成密實且均勻的膠凝結(jié)構(gòu)新拌混凝土。

3.2 模板

清水混凝土使用的模板必須具有足夠的剛度，在混凝土的側(cè)壓力下，不得有任何變形，以保證墩身結(jié)構(gòu)尺寸均勻、斷面一致和防止混凝土漿液流失。模板表面要平整光潔、板面方正、接縫嚴(yán)密、鋼模板周邊加工應(yīng)采用銑邊工藝，面板經(jīng)拋光處理。

3.3 全季節(jié)施工清水自密實混凝土模板脫模劑配制技術(shù)

本項目施工的周期較長，歷經(jīng)春夏秋冬四季，施工地區(qū)氣候環(huán)境復(fù)雜多變，單一的脫模劑無法滿足全季節(jié)施工要求。并且考慮到經(jīng)濟性，本項目采用復(fù)合型脫模劑進行施工，經(jīng)過試驗與工程應(yīng)用情況對比，油性脫模劑與工程實際用鋼模適應(yīng)性更好且受環(huán)境影響作用小，故采用油性脫模劑。冬季和春季脫模劑采用色拉油與液壓油一定比例復(fù)配的方式進行施工應(yīng)用，夏季和秋季采用色拉油與機油一定比例復(fù)配的方式進行施工。

鋼模板除銹刨光后應(yīng)盡快進行脫模劑涂刷。作業(yè)場所應(yīng)進行臨時圍護、具備防雨、防塵條件。為保證涂刷前模板表面干燥，應(yīng)選在天氣晴朗的下午進行，涂刷前用干抹布將模板表面灰塵、浮銹擦拭干凈。[11]

脫模劑采用羊毛刷進行涂刷，要求涂刷均勻、無流墜、一遍即可，模板第一次涂刷厚度可稍厚一些。

3.4 養(yǎng)護

（1）根據(jù)不同氣候條件，不同季節(jié)情況，制定專門的養(yǎng)護措施，保證自密實清水混凝土產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）可采取潮濕養(yǎng)護，并可采取蒸汽、澆水、噴啉灑水或覆蓋保濕等方式。

（3）對于蓋梁夏季養(yǎng)護應(yīng)不宜直接采用噴淋養(yǎng)護，應(yīng)采用送風(fēng)冷卻法降低混凝土內(nèi)部溫度。

（4）在風(fēng)速較大的環(huán)境下養(yǎng)護時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆里L(fēng)措施。

（5）當(dāng)冬期施工時，應(yīng)延緩拆模時間。模板和保濕層應(yīng)在混凝土冷卻到 5℃ 以下再拆除，或在混凝土表面溫度與外界溫度相關(guān)不大于 20℃ 時再拆除，拆模后的混凝土應(yīng)及時覆蓋并采用蒸汽養(yǎng)護。養(yǎng)護時間不得少于 14d。

4 質(zhì)量控制重點

（1）模板使用前應(yīng)進行驗收并進行除銹處理，保證模板光滑平整，拼接誤差在要求范圍內(nèi)，冬季施工應(yīng)對模板進行加熱。

（2）脫模劑應(yīng)根據(jù)季節(jié)選擇，按比例復(fù)配保證勻質(zhì)性。

（3）混凝土應(yīng)保證原材料符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，并保證批次的一致性。

（4）應(yīng)保證混凝土生產(chǎn)過程中計量的準(zhǔn)確性，并做好出機、入泵時混凝土性能測試記錄。

（5）做好澆筑混凝土的養(yǎng)護工作，根據(jù)不同季節(jié)選擇不同的養(yǎng)護方案。

（6）拆模前應(yīng)保證混凝土達到規(guī)定齡期，保證對構(gòu)件外觀無損壞。

5 施工效果及結(jié)論

5.1 混凝土施工效果

本項目混凝土經(jīng)呼和浩特市南北快速路項目實際施工檢驗，自密實性能優(yōu)異，能夠很好地解決預(yù)制構(gòu)件尺寸大、密集鋼筋分布、結(jié)構(gòu)異型帶來的難以澆筑，振搗等問題，且未出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象。該混凝土生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件表觀性能優(yōu)異，整體色澤均勻，無蜂窩麻面現(xiàn)象，無明顯大氣派，清水效果滿足設(shè)計施工要求，該混凝土早期強度良好，7d 抗壓強度達到標(biāo)準(zhǔn)值 90%，28d 強度達到標(biāo)準(zhǔn)值的 120%～135%。在大幅度縮短施工周期的同時能夠很好地滿足本項目工程所處復(fù)雜環(huán)境及多季節(jié)施工的性能要求，保證了工程質(zhì)量。圖 1 為施工現(xiàn)場照片。

5.2 結(jié)論

（1）對于高強自密實清水混凝土，原材料的質(zhì)量把控尤為重要，在符合高強混凝土對原材料，例如砂石含泥量、壓碎指標(biāo)、細(xì)度模數(shù)、針片狀等工作性能、力學(xué)性能要求的同時，也要滿足清水混凝土表觀性能對原材料，例如砂石粒徑大小及分布，粉料顏色、燒失量及吸水率等性能的嚴(yán)格要求。

（2）為滿足混凝土清水特性，需對成型模具及脫模劑的選擇進行試驗研究調(diào)整，不同的施工工藝對于清水混凝土表觀性能影響也需要重視，應(yīng)在混凝土攪拌、成型及養(yǎng)護等環(huán)節(jié)進行精準(zhǔn)控制。

（3）本項目通過克服解決混凝土高強自密實與清水特性的矛盾點，采用合理科學(xué)的生產(chǎn)方式，制備出高強自密實清水混凝土，在實際橋梁工程中得到成功應(yīng)用，效果良好，市場前景廣闊。

圖1 混凝土施工現(xiàn)場照片