特大橋C55泵送混凝土配合比設(shè)計及應(yīng)用

何增榮

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710024）

1 工程概況

某橋梁主橋為雙塔雙索面矮塔斜拉橋，全橋采用雙塔斜向雙索面PC 矮塔斜拉橋+預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁組合結(jié)構(gòu)體系，共 7 聯(lián)，跨徑布置為：2×（3×40）m+（87+160+87）m+2×（3×40）m+（87+160+87）m+4×40m。主跨徑組合采用2×（87+160+87）m=668m，主跨結(jié)構(gòu)支撐體系采用塔梁固結(jié)方式、分聯(lián)墩處設(shè)置盆式滑動支座。主梁采用掛籃法施工，為C55 泵送混凝土。其余為C50T 梁。泵送設(shè)備選用SY5125THB 型超高壓車載泵，主要使用在主跨懸澆箱梁。

2 原材料

2.1 設(shè)計技術(shù)指標及要求

（1）設(shè)計強度等級C55。

（2）設(shè)計坍落度160～200mm。

（3）水膠比≤0.50，最小膠凝材料用量350kg。

2.2 配合比使用的材料

（1）水泥：采用臨汾威頓水泥集團P.O52.5 水泥，經(jīng)試驗各指標符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）規(guī)范要求。

（2）砂：采用洪洞沙場河砂，經(jīng)試驗各指標符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）要求。

（3）碎石：采用浮山碎石場（5～20mm）碎石，粗集料摻配比例為：1#∶2#=10%∶90%，經(jīng)試驗各指標符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）要求。

（4）粉煤灰：采用山西兆光發(fā)電有限公司I 級粉煤灰。經(jīng)試驗各指標符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）要求[1]。

（5）外加劑：采用北京建研共創(chuàng)科技有限公司聚羧酸高性能減水劑。經(jīng)試驗各指標符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）要求。

（6）水：飲用水。經(jīng)試驗各指標符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）要求。采用北京建研共創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維，經(jīng)試驗各指標符合《公路工程水泥混凝土用纖維》（JT/T 524—2019）規(guī)范要求。設(shè)計要求摻量為0.9kg/m3。

3 配合比設(shè)計

3.1 確定單位用水量

塑性混凝土的用水量見表1。

表1 塑性混凝土的用水量 單位：kg/m3

（1）本表用水量采用中砂時的平均取值。采用細砂時，每立方米混凝土用水量可增加510kg；采用粗砂時，則可減少510kg。

（2）摻用各種外加劑或摻合料時，用水量計算公式為：

式（1）中：mwa為摻外加劑時每立方米混凝土的用水量（kg）；mw0為未摻外加劑時每立方米混凝土的用水量（kg）；β為外加劑的減水率（%）。

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55—2011），以表2中坍落度90mm的用水量為基礎(chǔ)，按坍落度每增大20mm 用水量增加5kg，計算未摻外加劑時混凝土的用水量。根據(jù)設(shè)計坍落度160～200mm，選取用水量為227.5kg，本設(shè)計摻入膠凝材料1.0%的高效減水劑，根據(jù)廠家提供的檢驗報告單，高效減水劑摻量為1.0%時的減水率為26%，用水量為：227.5×（1-26%）=168.35（kg）；取168kg。

3.2 計算單位膠凝材料用量

單位膠凝材料用量mc計算公式為：

式（2）中：w/c為混凝土水灰比；mw為用水量。代入數(shù)據(jù)計算得：168/0.34=494kg。

設(shè)計要求最小水泥用量為350kg，本設(shè)計取膠凝材料用量為491kg。水泥取443kg。為改善混凝土的工作性能，采用內(nèi)摻法摻入水泥用量9.8%的粉煤灰，故粉煤灰用量mfo=491kg×9.8%=48.12kg，取48kg。

聚羧酸高性能減水劑用量計算公式為：

式（3）中：β為外加劑減水率；mco為粉煤灰用量；mjo為減水劑用量。

代入數(shù)據(jù)計算得：（443+48）×1.2%=5.89kg ，取5.89kg。

3.3 試配和調(diào)整

采用水膠比分別為W/C=0.33、W/C=0.34、W/C=0.36拌制三組混凝土拌和物，其配合比見表2。

表2 三組混凝土拌和物用量 單位：kg/m3

3.4 檢驗強度

三組配合比經(jīng)試拌成型，分別在標準條件下養(yǎng)護7d, 28d, 56d 后，按規(guī)定方法測定其立方體抗壓強度值如表3所示。

表3 立方體抗壓強度

根據(jù)28d,56d強度值對比，取②組為選定配合比。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 高壓泵設(shè)備的合理選型

選擇SY5125THB 型超高壓車載泵，此設(shè)備最大出口壓力125×106Pa，理論最大排量為80m3/h。參數(shù)控制中，混凝土泵最低輸出量（Qmin）屬于重點控制內(nèi)容，即Qmin＜混凝土泵的實際平均輸出量Q1。結(jié)合類似工程經(jīng)驗展開分析，混凝土澆筑量通常為20～25m3/h，進而結(jié)合下式展開計算：

式（4）中：a為泵送配管系數(shù)；η為泵送作業(yè)效率，泵送能力達到要求。代入數(shù)據(jù)計算得：Q1=32m3/h。

4.2 混凝土拌和期間的管理措施

切實提高泵送混凝土的性能對于推動澆筑作業(yè)、保證工程質(zhì)量而言均有重要的意義，其中拌和則是重要的環(huán)節(jié)，合理的拌和方式有助于提高泵送混凝土的性能。為此，相關(guān)試驗人員需嚴格依據(jù)設(shè)計配合比稱量原材料，保證各原料用量的準確性，并需充分拌和，得到均勻性較好的混凝土。而各原材料的質(zhì)量也必須達標，為此需加強材料進場時的質(zhì)量檢驗，任何不滿足要求的材料均不予入場。出場前，先檢驗黏聚性、保水性、坍落度，確?；炷恋母黜椥阅芫鶡o誤后，方可投入使用，以免因某方面不合理而影響正常的混凝土澆筑施工[2]。

坍落度是重點控制指標，隨著該值的增加，泵送效率有所提高，同時也能夠減小泵送壓力。實際施工中，若施工高度增加，則需要視實際情況適當加大混凝土的坍落度。當然，不可無限制地增加坍落度，其上限為23cm，但通常該值以不超過20cm 為宜，否則將加大混凝土離析的可能性。料斗底部聚集大量的石子，不利于攪拌軸的正常運轉(zhuǎn)，壓力在短時間內(nèi)大幅提高。在輸送距離、現(xiàn)場氣溫等多重因素的共同作用下，坍落度會有一定程度的損失。為盡可能緩解此問題，可向其中摻入SW1 緩凝型減水劑，同時混凝土在拌筒內(nèi)需以相對緩慢的速度轉(zhuǎn)動，最大限度減小坍落度損失。還需考慮到水泥用量與坍落度存在矛盾的情況，此時需要在合理范圍內(nèi)增加坍落度，有效調(diào)整水泥用量?；炷寥氡脵C前，需再次檢測坍落度，為了順利完成泵送作業(yè)，該值以（180±20）mm較為合適。

4.3 加強泵送過程的協(xié)調(diào)管理工作，完善應(yīng)急措施

為了保證混凝土順利輸送，避免發(fā)生堵管，在混凝土泵送過程中，要加強協(xié)調(diào)管理工作，保證滿足泵送要求的混凝土能連續(xù)不斷地進入泵機。重點做好如下協(xié)調(diào)管理工作：

（1）加強混凝土拌制和輸送過程中調(diào)度的統(tǒng)一管理，保證泵機因等待混凝土而發(fā)生堵管，同時避免混凝土到達現(xiàn)場等待澆筑時間過長，造成混凝土坍落度損失過大；

（2）在首次混凝土運輸至現(xiàn)場時，根據(jù)混凝土的坍落度，及時聯(lián)系混凝土拌和站，對混凝土的用水量進行調(diào)整，提高混凝土拌和質(zhì)量的同時，加強混凝土質(zhì)量的控制，保證混凝土不離析、不堵管，黏聚性好、摩阻力小。

混凝土順利輸送至澆筑部位，但在澆筑現(xiàn)場仍會出現(xiàn)不順暢的情況，因此，要做好各項應(yīng)急措施：

（1）混凝土輸送車要隨車配有減水劑，混凝土到現(xiàn)場一經(jīng)檢測坍落度不合格，可立即加入減水劑，進行現(xiàn)場攪拌，避免泵機等待混凝土；

（2）當泵機等待混凝土?xí)r間過長，混凝土坍落度損失過大無法泵送時，應(yīng)及時清除料斗內(nèi)的混凝土，不可在料斗中加水攪拌；

（3）在泵管發(fā)生堵管時，通過反復(fù)正泵和反泵作用，逐步吸出堵塞處的混凝土，并在料斗中重新加以攪拌正常輸送，或清除料斗后重新倒入合格混合料；

（4）若發(fā)生堵管后，通過正泵和反泵作用不可疏通，要立即查明堵塞部位，對堵塞部位進行拆管清洗，防止時間過長，產(chǎn)生更多的堵管情況。

4.4 泵送期間的控制措施

（1）合理規(guī)劃配管的布設(shè)位置，水平管按1.5m 的間隔依次設(shè)置鋼管支架，目的在于給后續(xù)的堵管清理、裝拆作業(yè)提供便捷的條件。此外，配管不可直接支承在鋼筋、模板及預(yù)埋件上。

（2）注重泵送裝置的日常保養(yǎng)，做到及時發(fā)現(xiàn)故障、妥善處理故障。在實際操作中，設(shè)備啟動后先泵送適量水，待泵管和泵機均被有效潤濕后，方可繼續(xù)泵送砂漿。

（3）泵送的速度遵循階段性變化的原則，即先慢后快，循序漸進地增加泵送速度。工作人員密切觀察各儀表顯示的數(shù)據(jù)，若有異常則及時查明原因，及時處理，不可強行泵送混凝土[3]。

（4）隨著混凝土泵使用時間的延長，其呈現(xiàn)出一定程度的老化現(xiàn)象，泵送性能有所降低。為了順利完成泵送作業(yè)，需適當增加泵送壓力，同時在原有基礎(chǔ)上加大坍落度（增幅以1～2cm 較為合適）。若由于混入空氣而影響混凝土的正常泵送，需以反泵的方式將混凝土吸入料斗，繼續(xù)做充分的攪拌處理，有效地將空氣排出。

（5）混凝土泵送時若堵管，需明確具體的堵塞管段，將其疏通。

5 應(yīng)用效果分析

本工程現(xiàn)澆箱梁混凝土標號為C55，采用汽車泵進行泵送，一次性澆筑混凝土280m3左右。施工方對混凝土技術(shù)要求：含氣量應(yīng)控制在2%～4%，混凝土出機坍落度大于220mm，放置1h 后坍落度要大于200mm，擴展度50mm 以上，初凝時間控制在5h 左右，并且具備良好的和易性。表4 為工程應(yīng)用中混凝土性能測試指標。

表4 工程應(yīng)用中混凝土性能測試指標

嚴格依據(jù)配合比拌和C55泵送混凝土，遵循隨拌隨用的原則，將其用于混凝土澆筑中，可以發(fā)現(xiàn)此時的混凝土坍落度、擴展度等各項性能均滿足要求。實際泵送施工中，未發(fā)生堵管問題，澆筑后的混凝土有足夠的平整性，表面未見蜂窩麻面、裂紋等質(zhì)量缺陷，28d抗壓強度及實測回彈也均能滿足要求。

6 結(jié)語

綜上所述，在橋梁工程建設(shè)中，泵送混凝土屬于重要材料，其應(yīng)用較為廣泛。為充分發(fā)揮出該材料的優(yōu)勢，需注重精細化的設(shè)計和合理的應(yīng)用。本文結(jié)合工程實例，提出泵送混凝土的設(shè)計及應(yīng)用要點，可為同類施工提供參考。