淺談 C50 箱梁混凝土的配制與應(yīng)用

耿加會(huì)，徐曉山，毛孝毅，董欣偉，周守慧

（1. 舞陽(yáng)縣惠達(dá)公路工程有限公司，河南 舞陽(yáng) 462400；2. 漯河信運(yùn)監(jiān)理咨詢有限公司，河南 漯河462000；3. 中鐵八局第七工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610300；4. 漯河市昊源新材料有限公司，河南 漯河 462000）

隨著環(huán)保力度的逐漸加大，相關(guān)部門對(duì)天然河砂的開(kāi)采限制也越來(lái)越嚴(yán)格，造成天然河砂供應(yīng)不足且質(zhì)量越來(lái)越不穩(wěn)定。目前。越來(lái)越多的機(jī)制砂混凝土被應(yīng)用到混凝土工程中，在充分了解機(jī)制砂性能的基礎(chǔ)上，配制滿足工程需要的機(jī)制砂混凝土是混凝土公司的要求也是技術(shù)人員追求的目標(biāo)。依據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和 JTG/TF 50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，C50 混凝土箱梁與普通機(jī)制砂混凝土相比，具有：（1）較高的早期強(qiáng)度，為滿足 7d 張拉要求，混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的 90%；（2）混凝土坍落度 180～220mm，1h 坍落度經(jīng)時(shí)損失不宜大于30mm；（3）混凝土入模含氣量 2.0%～4.0%；（4）混凝土膠凝材料用量不宜大于 500kg/m3，礦物摻合料摻量不宜＜25%。本文結(jié)合工程實(shí)踐情況，對(duì)使用機(jī)制砂配制、生產(chǎn) C50 箱梁混凝土進(jìn)行探討，以供行業(yè)同仁參考。

1 工程概況

漯河市新西環(huán)項(xiàng)目全長(zhǎng) 20.99km，跨越沙河、澧河、唐河、寧洛高速和漯舞鐵路共無(wú)座橋梁，本工程共有裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁 965 片，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板 120 片。橋梁左右分幅，單幅橋面寬 16m，單幅設(shè)置 5 片小箱梁（12 片空心板）。梁場(chǎng)設(shè) 35 個(gè)制梁臺(tái)座，月生產(chǎn)能力 90 片/月。設(shè) 15 個(gè)存梁臺(tái)座，最大存梁能力 140 片。

2 原材料

2.1 水泥

水泥性能對(duì)混凝土性能具有重要影響。本工程選用南陽(yáng)中聯(lián) P·O42.5 水泥，3d 水泥膠砂強(qiáng)度 30MPa 左右，28d 水泥膠砂強(qiáng)度 52MPa 左右。該水泥質(zhì)量穩(wěn)定性較好，且與外加劑適應(yīng)性良好，便于混凝土工作性的控制。

2.2 粉煤灰

粉煤灰選用姚孟電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度為 8%，需水量比為 94%，28d 活性指數(shù) 79%。粉煤灰中含有大量玻璃體微珠在混凝土中起到滾珠作用，增加混凝土流動(dòng)性。粉煤灰主要利用水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣進(jìn)行二次水化提高混凝土后期強(qiáng)度，實(shí)踐證明，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的降低。C50 預(yù)應(yīng)力混凝土 7d 張拉要求，混凝土強(qiáng)度不宜低于 90%，因此應(yīng)控制粉煤灰摻量不超過(guò) 25%。結(jié)合本地水泥等原材料質(zhì)量情況，本工程粉煤灰摻量選用 15%。

2.3 外加劑

C50 混凝土的強(qiáng)度要求高造成膠凝材料用量大，水膠比偏低，混凝土拌合物比較粘稠，為改善混凝土的工作性能，降低用水量，宜選用高性能減水劑。本工程選用漯河昊源新材料有限公司的聚羧酸減水劑，固含量15%，摻量 2.0%，減水率 30%，滿足混凝土配合比設(shè)計(jì)要求。結(jié)合工程實(shí)際對(duì)外加劑提出以下要求：（1）調(diào)整外加劑配方，使外加劑與混凝土原材料具有良好的相容性，且質(zhì)量穩(wěn)定；（2）根據(jù)環(huán)境溫度變化，及時(shí)調(diào)整外加劑配方，使混凝土凝結(jié)時(shí)間滿足施工要求，減少混凝土拌合物坍落度經(jīng)時(shí)損失；（3）采用“先消，后引”技術(shù)，改善混凝土氣泡大小，改善混凝土梁外觀質(zhì)量。

2.4 粗骨料

配制 C50 以上混凝土選擇粗骨料十分重要，粗骨料的強(qiáng)度、級(jí)配粒形以及泥土等有害物質(zhì)含量對(duì)混凝土強(qiáng)度都產(chǎn)生影響，質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配和粒形良好的骨料才能配制出高強(qiáng)度的混凝土。粗骨料對(duì)強(qiáng)度等級(jí)大于 C50的混凝土強(qiáng)度影響主要集中在骨料自身強(qiáng)度、水泥石強(qiáng)度以及水泥石與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度。對(duì)于質(zhì)地堅(jiān)硬的粗骨料配制的高強(qiáng)混凝土，其混凝土強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)主要集中在水泥石與骨料的粘結(jié)面，因此，選用表面粗糙、粒形適中的碎石更利于提高混凝土抗壓強(qiáng)度。C50以上強(qiáng)度的混凝土膠凝材料用量偏多，漿體富余，選用小粒徑的粗骨料更容易提高水泥與粗骨料的粘結(jié)面積，增加粘結(jié)力，克服粒徑較大帶來(lái)的缺陷，改善混凝土勻質(zhì)性。粗骨料的級(jí)配和粒形是骨料的重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響粗骨料的空隙率，進(jìn)而影響混凝土的工作性。本工程選用連續(xù)級(jí)配的舞鋼碎石，其粒徑 5～20mm，壓碎值小于 10%，針片狀含量不超過(guò) 8%，空隙率 41%。

2.5 細(xì)骨料

配制 C50 混凝土重點(diǎn)控制機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)、石粉含量，以獲得滿意的混凝土工作性及強(qiáng)度。機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)不宜過(guò)小，當(dāng)細(xì)度模數(shù)小于 2.3 時(shí)，機(jī)制砂中細(xì)顆粒含量過(guò)多，配制的混凝土粘稠，吸附外加劑較多，且細(xì)顆粒過(guò)多對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性不利。相反機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)超過(guò) 3.2，機(jī)制砂中粗顆粒偏多，需要提高砂率來(lái)改善混凝土的工作性，較高的砂率使?jié){體填充骨料間的空隙后包裹骨料顆粒表面的漿體變薄，使混凝土拌合物有離析、泌水的趨勢(shì)。選擇細(xì)度模數(shù)為 2.6～2.8 的機(jī)制砂，既可以有足夠的粗顆粒形成骨架結(jié)構(gòu)減少混凝土后期收縮，有具有足夠的細(xì)顆粒填充骨料間空隙，提高混凝土密實(shí)度。試驗(yàn)表明：機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)對(duì) C50混凝土早期強(qiáng)度（3d、7d）影響較小，28d 后的強(qiáng)度則隨著細(xì)度模數(shù)的增加先變大后降低，存在一個(gè)最佳細(xì)度模數(shù)區(qū)間。

機(jī)制砂中粒徑小于 0.0075mm 的石粉顆?？梢蕴畛涞焦橇峡障吨?，降低其空隙率，改善機(jī)制砂表面粗糙、多棱角顆粒間摩擦力大的缺點(diǎn)。適量的石粉可以增加混凝土拌合物中的漿體量，改善混凝土工作性，但 C50混凝土的膠凝材料用量大，過(guò)多的石粉容易造成混凝土拌合物粘稠，且不利于混凝土的硬化后體積穩(wěn)定性。因此本工程選用細(xì)度模數(shù) 2.6～2.8，石粉含量不超過(guò)10%，且質(zhì)地堅(jiān)硬的機(jī)制砂。

2.6 水

地下水。

3 C50 混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

3.1 確立 C50 混凝土試驗(yàn)配合比

C50 箱梁混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土試驗(yàn)、生產(chǎn)、澆筑及后期耐久性的前提，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及工程特點(diǎn)做好混凝土配合比設(shè)計(jì)。箱梁要求 7d 張拉，應(yīng)控制 7d混凝土強(qiáng)度不低于 90%，28d 混凝土抗壓強(qiáng)度不低于60MPa，以此為混凝土配制強(qiáng)度的依據(jù)。水膠比是混凝土強(qiáng)度的主要影響因素，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》確立基準(zhǔn)水膠比為0.34，粉煤灰摻量為 15%。在 C50 混凝土配合比中應(yīng)控制膠凝材料用量不高于 500kg/m3，在滿足混凝土工作性的前提下降低用水量，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合機(jī)制砂的特點(diǎn)初步設(shè)定基本用水量 170kg/m3，外加劑摻量為 2.0%。外加劑的固含量為 15%，則 10kg/m3中含有水 8.5kg/m3，該水應(yīng)在配合比中扣除，則用水量約為 162kg/m3。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)砂率取 38%，假定 C50 混凝土容重 2450kg/m3，綜上可得基本試驗(yàn)配合比如表1。

表1 C50 試驗(yàn)基本配合比 kg/m3

3.2 C50 混凝土配合比試驗(yàn)

水膠比的大小對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性具有重要影響。根據(jù)前文確定的水膠比 0.34，為保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性，在配合比試驗(yàn)過(guò)程中，采用砂率、膠凝材料用量以及外加劑用量不變，水膠比從 0.30 以 0.02 逐步增大至 0.38。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，坍落度隨著水膠比的增加而增大，隨水膠比的降低而降低，雖然在各個(gè)水膠比下試驗(yàn)通過(guò)微調(diào)外加劑用量都可以獲得滿意的工作性，但混凝土強(qiáng)度在水膠比低于 0.32 時(shí)明顯偏高，水膠比高于 0.36 時(shí)，混凝土強(qiáng)度不能滿足 C50 混凝土 7d 張拉要求（如表2）。因此，在水膠比 0.32～0.36 的范圍內(nèi)可以獲得滿意的工作性和強(qiáng)度，水膠比取 0.34，也便于混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制。

表2 不同水膠比下的混凝土強(qiáng)度值

試驗(yàn)確定砂率時(shí)，采用膠凝材料用量、水膠比及外加劑摻量不變，砂率從 36% 依次增加 2% 至 42%，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C50 混凝土坍落度隨著砂率的增加呈現(xiàn)先增加后降低的現(xiàn)象，且砂率為 38% 時(shí)達(dá)到最大值。因此，砂率在 36%～42% 之間變化時(shí)，存在一個(gè)最佳砂率（為 38%），在最佳砂率情況下既有利于混凝土流動(dòng)性的提高，也可以使混凝土粘聚性良好。

C50 箱梁不同于其他普通混凝土，有些因素對(duì)強(qiáng)度等級(jí) C40 以下的混凝土性能影響不大，但對(duì) C50 及C50 以上混凝土的性能卻有顯著的影響。在確定水膠比0.34，砂率 38% 的基礎(chǔ)上，為保證一些不確定因素對(duì)混凝土工作性及強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，再進(jìn)行 5～10 次的重復(fù)試驗(yàn)，檢測(cè)其平均強(qiáng)度值不應(yīng)低于配制的強(qiáng)度值，且觀察混凝土拌合物工作性的穩(wěn)定性。每次混凝土試驗(yàn)均應(yīng)認(rèn)真測(cè)試混凝土工作性和強(qiáng)度，并測(cè)試實(shí)際容重，當(dāng)混凝土拌合物實(shí)測(cè)容重與假定之差的絕對(duì)值不超過(guò)假定容重的 2% 時(shí)，可不調(diào)整。通過(guò)試驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的配合比假定容重與實(shí)測(cè)容重的差值在允許范圍之內(nèi)，不作調(diào)整。

4 混凝土生產(chǎn)、澆筑及后期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制

4.1 混凝土生產(chǎn)

C50 混凝土的質(zhì)量要求高于普通混凝土，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)，具體做到以下幾點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)過(guò)程中，增加砂石含水率檢測(cè)頻率，控制混凝土生產(chǎn)用水量，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水膠比波動(dòng)±0.02，混凝土質(zhì)量基本在可控范圍內(nèi)。

（2）每月定時(shí)校檢混凝土生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)，控制生產(chǎn)實(shí)際重量與電腦采集數(shù)據(jù)的吻合度。

（3）檢測(cè)外加劑與水泥等原材料的相容性，根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整外加劑復(fù)配配方或調(diào)整其用量，確保混凝土拌合物工作性。

（4）混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，較普通混凝土生產(chǎn)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，確保混凝土拌合物攪拌均勻。

（5）混凝土公司調(diào)度員應(yīng)時(shí)刻保持與工地聯(lián)系，掌握施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土的澆筑情況，根據(jù)施工速度合理調(diào)度車輛，確保施工現(xiàn)場(chǎng)不積車、不斷料。

4.2 C50 箱梁施工

C50 箱梁質(zhì)量要求嚴(yán)格，為保證混凝土工程質(zhì)量，在施工工程中需做好以下工作：

（1）混凝土運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)檢測(cè)、澆筑，避免因等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成混凝土工作性降低，不便于施工。

（2）箱梁澆筑時(shí)，先澆筑底板，從低到高、整體分層分段澆筑，然后再澆筑頂板和肋板。

（3）箱梁混凝土振搗采用插入式振搗棒和平板振動(dòng)器振動(dòng)，底板采用插入式振搗棒，局部可采用木槌敲打。平板振動(dòng)器安裝位置統(tǒng)一，且功率相同，統(tǒng)一開(kāi)啟振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間控制在 15～25s。使用振搗棒進(jìn)行插入式振搗時(shí)，應(yīng)插入混凝土深度 50～100mm 之間和模板距離不少于 50mm，防止破壞模板，振動(dòng)棒移動(dòng)距離為振搗棒作用半徑的 1.5 倍，即不大于 45～60cm。

（4）混凝土澆筑振搗完畢，頂板拉毛后及時(shí)進(jìn)行覆蓋保濕，梁拆模后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行不間的斷噴淋保濕，且不低于 7d，養(yǎng)護(hù)水溫與混凝土表面溫差不得大于15℃。圖1 為現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)照片。

圖1 養(yǎng)護(hù)

5 箱梁容易出現(xiàn)的問(wèn)題及預(yù)防措施

5.1 箱梁表面色差問(wèn)題

箱梁在澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，容易出現(xiàn)色差問(wèn)題，色差雖然對(duì)安全影響不大，但影響梁外觀美感。只要施工過(guò)程中加以預(yù)防還是可以避免的，針對(duì)色差形成的原因，筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面加以預(yù)防：

（1）發(fā)現(xiàn)露天堆放的模板表面出現(xiàn)銹斑時(shí)，應(yīng)采用鋼絲刷進(jìn)行除銹并清除表面銹粉，如果不清理或清理后未清理表面銹粉，容易導(dǎo)致靠近銹斑位置的混凝土表面發(fā)黃。

（2）涂刷脫模劑時(shí)應(yīng)使用滾刷對(duì)模板進(jìn)行均勻涂抹，保證表面有光感（如圖2），并及時(shí)澆筑混凝土，防止模板污染影響混凝土外觀質(zhì)量。如遇到特殊天氣不能及時(shí)澆筑，應(yīng)對(duì)模板進(jìn)行覆蓋，防止模板污染。

圖2 模板涂脫模劑后的表面

（3）采用吊罐澆筑混凝土?xí)r，因下料時(shí)開(kāi)口較大，下料口高度過(guò)高，導(dǎo)致混凝土散落在箱梁翼緣板模板上而早凝，會(huì)使翼緣板表面混凝土表面出現(xiàn)白斑。

（4）控制混凝土拌合物坍落度穩(wěn)定，防止泌水、離析引起箱梁澆筑后產(chǎn)生的色差。

（5）避免混凝土供應(yīng)中斷，混凝土澆筑間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，箱梁表面出現(xiàn)色差。

在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)上述措施，澆筑的混凝土箱梁表面顏色均勻一致，無(wú)較大色差出現(xiàn)（如圖3）。

圖3 混凝土箱梁表面顏色均勻

5.2 箱梁表面氣泡、氣孔預(yù)防

箱梁側(cè)面面積較大，施工過(guò)程中如稍不注意，有可能出現(xiàn)氣泡，有時(shí)氣泡直徑 1～4mm，深度 1～3mm，氣泡較多時(shí)每平方米氣泡面積超過(guò) 35～50cm2。

（1）嚴(yán)格控制混凝土坍落度，按照設(shè)計(jì)坍落度要求滿足 180～220mm。

（2）控制粗骨料質(zhì)量，尤其控制石子中針片狀含量，防止超標(biāo)，嚴(yán)格控制其含量低于 8%，防止針片狀過(guò)量造成粗骨料局部堆積。

（3）箱梁腹板澆筑過(guò)程中采用分層澆筑，平板振動(dòng)器配合振動(dòng)棒振搗，避免單層澆筑厚度超過(guò)500mm，防止?jié)仓^(guò)厚不利于氣泡排除。

在生產(chǎn)實(shí)踐中反復(fù)試驗(yàn)，箱梁表面基本無(wú)較大氣孔，箱梁表面質(zhì)量較好（如圖4）。

圖4 箱梁表面無(wú)大氣孔

5.3 箱梁的腹板存在水波紋

預(yù)防箱梁腹板出現(xiàn)水紋，重點(diǎn)是避免混凝土離析、泌水。造成混凝土離析泌水主要有三方面的原因：

（1）砂石含水率變大，生產(chǎn)操作人員調(diào)整不及時(shí)，混凝土出現(xiàn)離析、泌水。

（2）混凝土攪拌時(shí)間短，拌合物存在局部攪拌不均，外加劑效能沒(méi)有充分發(fā)揮，混凝土澆筑后外加劑繼續(xù)作用產(chǎn)生混凝土泌水。

（3）過(guò)度振搗，造成混凝土離析分層。

經(jīng)過(guò)調(diào)整，腹板位置的水波紋情況基本消除。

5.4 箱梁混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢影響張拉

后張法箱梁混凝土要求 7d 強(qiáng)度不低于 90%，若箱梁混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢則影響張拉的進(jìn)行。造成混凝土強(qiáng)度低主要有以下幾點(diǎn)：

（1）混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，質(zhì)量控制差，混凝土配合比嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)配合比，造成水膠比過(guò)大，或砂石原材料質(zhì)量偏離配合比試驗(yàn)原材料質(zhì)量。

（2）混凝土拆模后，未進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，造成表面水泥水化停止，表面硬度低，回彈強(qiáng)度低。

在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量和施工單位規(guī)范養(yǎng)護(hù)，基本未出現(xiàn)早期強(qiáng)度不足，影響張拉工序現(xiàn)象。C50 箱梁混凝土的回彈強(qiáng)度見(jiàn)表3。

表3 C50 箱梁不同齡期回彈強(qiáng)度值 MPa

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)上述環(huán)節(jié)嚴(yán)格、有效控制，結(jié)合工程實(shí)踐驗(yàn)證使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量可控，外觀良好，取得良好的社會(huì)效益。

（1）針對(duì) C50 混凝土特點(diǎn)，選擇水泥強(qiáng)度穩(wěn)定的水泥，優(yōu)選質(zhì)地堅(jiān)硬、粒形和級(jí)配良好的骨料，這是保證混凝土質(zhì)量的前提。

（2）針對(duì) C50 箱梁混凝土 7d 張拉的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)混凝土配合比，選擇粉煤灰摻量 15%，以滿足 7d 強(qiáng)度不低于 90% 的強(qiáng)度要求。

（3）依照計(jì)算配合比為基礎(chǔ)，通過(guò)固定水膠比，對(duì) 36%、38%、40% 和 42% 幾個(gè)砂率進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)工作性和強(qiáng)度試驗(yàn)確定混凝土生產(chǎn)配合比砂率為 38%。使用 0.30、0.32、0.34、0.36、0.38 等水膠比進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確定水膠比在 0.32～0.36 范圍內(nèi)，均可以滿足混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，為混凝土中確立水膠比 0.34、以±0.02 為生產(chǎn)控制范圍提供依據(jù)。

（4）針對(duì) C50 混凝土及箱梁的特點(diǎn)，提出生產(chǎn)、澆筑過(guò)程的一些具體措施，以便控制混凝土質(zhì)量。

（5）結(jié)合以往箱梁生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，分析原因，提出預(yù)防措施。