某高速特大斜拉橋主梁C55 高性能混凝土應(yīng)用研究

屈愛萍

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)， 山西 太原 030619）

0 引言

某高速特大斜拉橋主梁標(biāo)準(zhǔn)段梁高3.5m，壓重段梁高3.61m，全寬28.5m。標(biāo)準(zhǔn)橫斷面頂板厚為28cm、水平底板厚為25cm、斜底板厚為25cm、索塔處梁段水平頂板板厚為115cm、水平底板厚為85cm。梁端頂板厚145cm，底板厚85cm，強(qiáng)度采用C55MPa 混凝土。

1 箱梁混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1 箱梁混凝土性能要求

（1）強(qiáng)度：≥55MPa；

（2）坍落度：20±2cm；

（3）泌水性：不泌水；

（4）具備良好的耐久性；

（5）具備良好的抗裂性能；

（6）滿足泵送要求；（7）混凝土的彈性模量大于3.55×104MPa。

1.2 C55 配合比設(shè)計(jì)原則及高性能混凝土材料的要求

（1）混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)需滿足混凝土配置強(qiáng)度及其他力學(xué)性能、工作性能、耐久性能、長(zhǎng)期性能、體積穩(wěn)定性的要求，其中水泥選用標(biāo)號(hào)不低于52.5 普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽水泥[1]，且水泥的實(shí)際強(qiáng)度f(wàn)ce(28d 膠砂抗壓強(qiáng)度（MPa）)不宜低于58MPa；砂的級(jí)配采用級(jí)配良好的Ⅱ區(qū)中砂，宜選用顆粒級(jí)配為5mm，累計(jì)篩余量0～5%；0.63mm 累計(jì)篩余量為40%～70%；0.16mm 累計(jì)篩余量95%～100%；含泥量≤2%，泥塊含量≤1%，且細(xì)度模數(shù)不宜小于2.6；碎石采用石灰?guī)r，碎石的針片狀含量控制在5%以下，碎石的最大粒徑不宜大于26.5mm。

（2）C55 混凝土設(shè)計(jì)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在保證工藝性能的前提下，水膠比盡可能低，本項(xiàng)目基本控制在0.28～0.31 之間，且偏低值。

（3）在保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，混凝土體積中膠結(jié)材料的體積不宜超過35%，宜在28%～32%之間。水泥中鋁酸三鈣（C3A）含量控制在6%～12%，Cl-含量應(yīng)低于0.03%，堿含量≤0.6%。

（4）減水劑采用聚羧酸高效減水劑，具有減水率高、坍落度損失小，同時(shí)可以摻入不超2%的引氣劑，以改善和提高混凝土的綜合性能。

（5）細(xì)骨料品質(zhì)指標(biāo)：細(xì)骨料采用級(jí)配良好的天然砂，不宜使用機(jī)制砂和山砂，嚴(yán)禁使用海砂。

（6）拌合水的品質(zhì)指標(biāo)：采用飲用水。

（7）高性能混凝土必須具有高強(qiáng)度：諸如良好的工作性(施工性)，體積穩(wěn)定性、耐久性、物理力學(xué)性能等等，高強(qiáng)高性能混凝土不能單純的用坍落度來(lái)衡量拌合物的性能[2]。

1.3 礦物摻合料

在混凝土中摻入礦物外摻料，特別是多元復(fù)合摻入，可以大大改善混凝土的工作性能，降低混凝土的溫升速度，改善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)性，促進(jìn)混凝土的后期強(qiáng)度發(fā)展，并且可以抑制堿-集料反應(yīng)的發(fā)生，從而提高混凝土的安全性和耐久性。選用適應(yīng)的外摻劑，如：粉煤灰、礦粉、硅粉等，可起到改善混凝土的技術(shù)性能，節(jié)約水泥、降低成本的良好作用，本項(xiàng)目因受工期制約因素等限制，未添加礦粉拌合物。

1.4 C55 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)高性能混凝土配合比，應(yīng)根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)、混凝土耐久性以及侵蝕環(huán)境類別，施工工藝對(duì)工作性能的要求，原材料品質(zhì)、施工管理水平的要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)；通過科學(xué)試配、調(diào)整、檢測(cè)、分析、總結(jié)等步驟確定配合比；配制的混凝土拌合物性能滿足施工和驗(yàn)收要求以及混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和耐久性能的技術(shù)要求。

1.5 施工配合比

配合比經(jīng)過試配最終確定施工配合比為：水泥∶砂∶大石∶小石∶水∶減水劑=485:689:788:338:141:5.82。

2 C55 混凝土砂率對(duì)混凝土工作性能的影響

（1）不同砂率情況下，C55 混凝土所表現(xiàn)的工作性能（見表1）。

表1 不同砂率情況下混凝土工作性能試驗(yàn)結(jié)果

（2）砂率偏大時(shí)，骨料的比表面積大，所需要的漿體量就大，這個(gè)可以保證足夠的包裹來(lái)確保需要的工作性能，但勢(shì)必會(huì)增加水泥用量或者用水量，這樣無(wú)形中也會(huì)增加結(jié)構(gòu)早期的水化熱效應(yīng)，不利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（3）砂率偏小，混凝土拌合物的工作性能就會(huì)降低，這樣就會(huì)降低混凝土的流動(dòng)性，不利于大體積混凝土的施工需求。

（4）在相同水泥漿的情況下，砂率對(duì)混凝土的體積無(wú)影響，但對(duì)工作性能影響較大。

（5）砂率過大或過小，均會(huì)造成混凝土流動(dòng)性降低，一方面使混凝土不易拌合均勻，均質(zhì)性差；另一方面使混凝土在澆筑過程中，不易被振搗密實(shí)，澆筑后在其內(nèi)部和模板的內(nèi)側(cè)容易形成蜂窩和空洞，表面也會(huì)形成麻面。從我國(guó)多年建造橋梁的情況來(lái)看，大流動(dòng)性混凝土中的砂率一直保持在38%～43%之間[3]。

此外，砂率過低使混凝土保水性下降，泌水通道增加，增大混凝土內(nèi)部連通孔隙的數(shù)量，降低混凝土的抗?jié)B性能。

3 C55 高性能混凝土配合比性能測(cè)試

（1）采用不同劑量外加劑進(jìn)行配合比性能測(cè)試見表3。

表3 不同劑量外加劑混凝土配合比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（2）C55 高性能混凝土不同外加劑劑量，所表現(xiàn)的物理性能和工作性能見表4。

表4 不同外加劑劑量下混凝土物理性能和工作性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（3）C55 高性能混凝土拌合物力學(xué)性能見表5。

表5 C55 高性能混凝土拌合物力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)MPa

通過以上數(shù)據(jù)分析得出，編號(hào)HY-002 C55 高性能混凝土在合理使用配制添加高效減水劑的情況下，混凝土的物理力學(xué)性能、工作性能既可以滿足施工需要也可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

4 混凝土施工

主箱梁采用C55 混凝土，箱梁各部分的混凝土必須采用同一料場(chǎng)的石料、砂料、外加劑、水泥，這樣最大程度保障混凝土質(zhì)量均衡。

4.1 混凝土生產(chǎn)及運(yùn)輸

箱梁混凝土由攪拌站集中供料，整個(gè)過程確保避免混凝土發(fā)生離析、泌水或坍落度損失過大，以免影響混凝土澆筑工作性能。采用攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送混凝土，當(dāng)坍落度損失較大時(shí)不能滿足施工要求時(shí)，可以在運(yùn)輸車罐內(nèi)加入適量的與原配合比相同成分的減水劑。減水劑加入量要由試驗(yàn)確定。加入減水劑后，混凝土罐車應(yīng)快速旋轉(zhuǎn)攪拌均勻，并應(yīng)達(dá)到要求的工作性能后再組織施工。

4.2 混凝土澆筑

混凝土的澆筑順序是橫、順橋向均應(yīng)由外向內(nèi)澆筑，遵循先底板、再腹板、最后頂板的施工順序，主梁均勻、對(duì)稱澆筑,采用插入式（50、30）振搗器振搗。

4.2.1 箱梁混凝土布料

布料應(yīng)先由鄰側(cè)腹板對(duì)稱放料，使底板混凝土由箱梁兩側(cè)向橫斷面中部流動(dòng)，然后再中腹板放料。

4.2.2 混凝土澆筑質(zhì)量控制原則

（1）混凝土澆筑根據(jù)工程對(duì)象、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合具體條件，指定專項(xiàng)方案，并經(jīng)監(jiān)理工程師同意后方可組織施工。

（2）混凝土施工時(shí)嚴(yán)格注意施工天氣變化情況，避免在雷雨及大風(fēng)天氣施工，確保構(gòu)件施工質(zhì)量安全。對(duì)于混凝土拌合物，要求其出機(jī)溫度不能低于10℃，入模溫度則不能低于5℃。對(duì)于混凝土澆筑振搗施工后的養(yǎng)護(hù)處理，則應(yīng)當(dāng)要求其養(yǎng)護(hù)氣溫高于5℃[4]。

（3）混凝土澆筑嚴(yán)格按照規(guī)范分層澆筑，上下層分層時(shí)，上層混凝土振搗器應(yīng)插入下層混凝土不得小于5cm,以確?；炷翗?gòu)件質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，振搗時(shí)注意振搗器碰觸模板，影響混凝土的外觀質(zhì)量。

4.3 混凝土檢測(cè)

為更好地控制混凝土的施工質(zhì)量，提高混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)具有更好的混凝土耐久性能，本項(xiàng)目對(duì)C55 混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測(cè)。采用混凝土回彈法與混凝土強(qiáng)度抗壓法進(jìn)行了對(duì)比檢測(cè)，同時(shí)對(duì)28d 混凝土抗壓回彈模量進(jìn)行了檢測(cè)，具體檢測(cè)值統(tǒng)計(jì)如下（見表6）。

表6 C55 混凝土回彈強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比 MPa

通過數(shù)據(jù)分析得出，某特大斜拉橋C55 混凝土配合比設(shè)計(jì)合理，且具有很高的施工性、和易性等特點(diǎn)。且混凝土7d 強(qiáng)度在25℃時(shí)達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的87.8%，如外界溫度大于30℃時(shí)混凝土強(qiáng)度的保證系數(shù)會(huì)更高，混凝土28d 抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的117.5%。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）某特大橋C55 混凝土采用聚羧酸高效減水劑是可行的；特別是添加引氣劑更好地改善了混凝土的可泵性，增加了混凝土的流動(dòng)性能，大大減少了混凝土施工的堵管危險(xiǎn)；

（2）本項(xiàng)目對(duì)混凝土的抗壓彈性模量有較高的要求，所以在施工時(shí)對(duì)細(xì)集料的含泥量項(xiàng)目進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。為保證工程總體進(jìn)度，因摻加粉煤灰會(huì)使混凝土構(gòu)件早期強(qiáng)度偏低，所以項(xiàng)目對(duì)粉煤灰進(jìn)行了控制，這樣既保證了施工質(zhì)量也保證了施工進(jìn)度；

（3）砂率對(duì)混凝土的彈模影響較大，在滿足施工性能的要求下，易采用低值；

（4）C55 混凝土工作性能的檢測(cè)除進(jìn)行坍落度的檢測(cè)外，還需檢測(cè)擴(kuò)展度及粘度，當(dāng)坍落度損失快時(shí)，可以適當(dāng)增加粉煤灰對(duì)水泥的替代率[5]；

（5）通過本項(xiàng)目C55 高性能混凝土的施工，對(duì)混凝土砂率及礦物材料的控制，以及高效減水劑合理的應(yīng)用，施工質(zhì)量是可靠的，在今后的施工中會(huì)更加廣泛。