特大橋工程高墩泵送混凝土配合比控制要點(diǎn)分析

潘世蘭

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550000）

1 工程概況

赫六高速公路項(xiàng)目一標(biāo)殷家特大橋工程位于赫章縣境內(nèi)，該地屬于暖溫帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年均氣溫為13.3℃，極端最高氣溫為37.1℃，極端最低氣溫為-10.1℃。降水量在793.1～987.5mm 之間，年均降水851.6mm，年均日照數(shù)1380.7 小時(shí)，年平均相對濕度79%。歷史最大風(fēng)速28m/s，平均風(fēng)速2.1m/s，年無霜期207 天。災(zāi)害氣象主要為干旱、倒春寒、冰雹、凝凍等。其中3#、4#、5#等橋墩為高墩施工，采用C55混凝土，容重2450kg/m3，坍落度為180～220mm，硅灰摻量為8%。

2 特大橋工程高墩泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)概述

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)思路

以往在橋梁高墩施工中，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級大多較低，一般為C30～C40，混凝土流動性、黏聚性和泵送性能通過調(diào)試容易達(dá)到較好的效果，混凝土強(qiáng)度、開裂情況、耐久性能等也較容易滿足要求；混凝土結(jié)構(gòu)一般也不涉及預(yù)應(yīng)力張拉[1]。但在殷家特大橋工程高墩施工中，設(shè)計(jì)采用C55 混凝土，垂直距離142m，橫向水平距離90m，由于項(xiàng)目地勢坡度較大，處于山谷地段，接力輸送泵施工難度大、不安全，現(xiàn)場不具備可操作性，因此不采用接力輸送泵，而是一次泵送到高墩頂部；混凝土結(jié)構(gòu)還涉及縱橫向預(yù)應(yīng)力張拉施工，早期強(qiáng)度要求嚴(yán)格[2]。因此，為保證混凝土性能達(dá)到上述要求，需嚴(yán)格控制高墩泵送混凝土的配合比。

考慮混凝土的耐久性，從以下幾個(gè)方面提高配合比的合理性：第一，采用高性能減水劑，減少水的用量，將水膠比控制在0.38 以下。第二，摻加高質(zhì)量硅灰，以減少水化熱，控制混凝土的抗裂性。第三，采用優(yōu)質(zhì)的砂石料，控制含泥量、石粉含量、堿含量等[3]。

2.2 混凝土原材料技術(shù)要求

水泥：采用低熱P·O42.5 的普通硅酸鹽水泥。

細(xì)集料：采用0～4.75mm 的砂，細(xì)度模數(shù)2.8～3.2，石粉含量≤7%，吸水率≤2%，硬質(zhì)、潔凈、機(jī)制砂。

碎石：采用赫六一標(biāo)自建料場生產(chǎn)的5～26.5mm三檔合成級配碎石（5～10mm、10～20mm、16～26.5mm，三種碎石按20%、40%、40%比例混合而成)。

摻和料：采用硅灰，摻量為8%。一般摻硅灰主要是為了提高泵送性能，摻量一般為2%～3%，這種情況下沒有考慮混凝土的早期強(qiáng)度，而實(shí)際上5%～10%是硅灰的最佳摻量，因此結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮該項(xiàng)目抗裂、早期強(qiáng)度等方面的因素，最終確定硅灰摻量為8%[4]。

外加劑：采用聚羧酸系高性能減水劑，摻量為1.4%（一般要求聚羧酸高效減水劑的摻量為膠凝材料總重量的0.4%～2.5%，常用摻量為0.8%～1.5%），同時(shí)適度增加引氣劑，起到緩凝，降低坍落度損失，改善流動性和可塑性的作用。總之，要合理開展配合比試驗(yàn)，調(diào)整相關(guān)外加劑的摻量，以確?；炷列阅軡M足施工要求，將混凝土初終凝時(shí)間控制在合理范圍內(nèi)[5]。

水：采用野馬川山泉水。注意，不可采用含泥漿、雜物的水，且經(jīng)外委檢測相關(guān)指標(biāo)合格方可采用。

3 特大橋工程高墩泵送混凝土配合比控制要點(diǎn)

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1.1 計(jì)算試配強(qiáng)度（?cu,o）：

式（1）中：?cu,o為混凝土試配強(qiáng)度；?cu,k為設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

通過式（1）計(jì)算得出?cu,o=55+1.645×6.0=64.9（MPa）

3.1.2 水膠比（W/B）：從以往參與的100 年設(shè)計(jì)年限要求的預(yù)應(yīng)力混凝土梁C55 高性能混凝土的成功實(shí)踐來看，水膠比0.28～0.32 較適應(yīng)國內(nèi)預(yù)應(yīng)力C55 高性能混凝土施工?？紤]混凝土中硅灰摻量8%，影響系數(shù)yf取1，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)該項(xiàng)目高墩泵送C55 混凝土選擇0.31 的水膠比。

3.1.3 計(jì)算用水量（m′wo）：確定坍落度設(shè)計(jì)值為160～200mm，根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011）第5.2 節(jié)規(guī)定計(jì)算用水量，坍落度90mm，標(biāo)準(zhǔn)值取205kg/m3，增加坍落度90mm，按照每增加20mm 增加5kg 的水計(jì)算，90×5/20=22.5（kg），所以用水量取值為205+22.5=227.5（kg/m3）。

3.1.4 摻外加劑時(shí)的混凝土用水量：

式（2）中：mwo為摻外加劑的混凝土用水量；m′wo為未摻外加劑的混凝土用水量；β 為外加劑的減水率，取β=27%（高性能減水劑減水率不少于25%）。

通過式（2）得出 mwo=227.5×(1 -27%)=166(kg/m3)。

同時(shí)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，以及耐久性、和易性要求，故最終取用水量為154kg/m3。

3.1.5 計(jì)算膠凝材料用量（mb0）：

式（3）中：mb0為混凝土膠凝材料用量；mw0為混凝土用水量；W/B 為水膠比。

通過式（3）得出mb0=154/0.31=497（kg/m3）。

3.1.6 計(jì)算外加劑用量（ma0）：

式（4）中：ma0為混凝土外加劑用量；mba為混凝土膠凝材料用量；βa為外加劑摻量，取βa=1.4%。

通過式（4）得出ma0=497×1.4%=7.00（kg/m3）。

3.1.7 計(jì)算粉煤灰用量（mf0）：

式（5）中：mf0為混凝土粉煤灰用量；mb0為混凝土膠凝材料用量；βf為選用硅灰取代水泥用量，根據(jù)摻和料的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，取βf=8%。

通過式（5）得出ma0=497×8%=40（kg/m3）。

3.1.8 計(jì)算水泥用量（mc0）：

式（6）中：mc0為混凝土水泥用量；mb0為混凝土膠凝材料用量；mf0為混凝土粉煤灰用量。

通過式（6）得出mc0=497-40=457（kg/m3）。

3.1.9 選取砂率（βs）：

取βs=42%，依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)5.4.2 條規(guī)定，可在其中表5.4.2 的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20mm 砂率增大1% 的幅度予以調(diào)整[6]。

3.1.10 計(jì)算砂、石用量（mso，mgo）：

采用質(zhì)量法計(jì)算，粗、細(xì)骨料用量按下列公式計(jì)算[7]：

式（7）～式（8）中：mC0為混凝土水泥用量；mf0為混凝土粉煤灰用量；mso為混凝土砂用量；mgo為混凝土碎石用量；mcp為混凝土假定質(zhì)量，取mcp=2450kg/m3；βs為砂率。

通過式（7）、式（8）計(jì)算得出：ms0=756（kg/m3），mg0=1043（kg/m3）。

3.1.11 計(jì)算初步配合比：

設(shè)計(jì)每立方米混凝土的質(zhì)量為2450kg（不計(jì)算外加劑自身水分），初步配合比詳見表1。

表1 混凝土初步配合比指標(biāo)表

3.2 試拌調(diào)整工作性、提出混凝土試拌配合比

按初步配合比試拌0.037m3混凝土拌和物，經(jīng)機(jī)械拌和后測得混凝土拌和物坍落度為210mm，表觀密度為2470kg/m3，混凝土黏聚性和保水性良好，無泌水、離析現(xiàn)象。砂率、用水量無須調(diào)整。

3.3 計(jì)算混凝土調(diào)整配合比

用水量不變，水膠比增減0.05，砂率相應(yīng)調(diào)整1%，經(jīng)調(diào)整后的配合比詳見表2。

表2 混凝土調(diào)整配合比指標(biāo)表

3.4 混凝土強(qiáng)度和耐久性驗(yàn)證

按照上述三種水膠比各拌制0.037m3混凝土拌和物，混凝土配合比表觀密度實(shí)測值與設(shè)計(jì)值之差的絕對值不超過設(shè)計(jì)值的2%[8]，故不再調(diào)整。其各項(xiàng)性能指標(biāo)，7d、28d 強(qiáng)度，以及抗?jié)B等級詳見表3。

表3 混凝土強(qiáng)度和耐久性驗(yàn)證指標(biāo)表

3.5 混凝土配合比選擇

根據(jù)試拌及抗壓強(qiáng)度結(jié)果，選用A 組水膠比0.31的配合比為設(shè)計(jì)配合比，詳見表4。

表4 最終確定的混凝土配合比指標(biāo)表

4 結(jié)語

綜上所述，在赫六高速公路項(xiàng)目一標(biāo)殷家特大橋工程中，在考慮強(qiáng)度、耐久性的前提下，為滿足C55 高墩泵送高性能混凝土有良好的工作性能和可泵送性能（即滿足流動性、黏聚性，不離析、不堵管），采用“低熱P·O42.5 的普通硅酸鹽水泥，摻優(yōu)質(zhì)硅灰+高性能減水劑”，圓滿地完成了C55 高墩泵送高性能混凝土的配制，只需采用一臺輸送泵，可直接將混凝土泵送到高墩頂端，施工快捷、方便、安全，適應(yīng)項(xiàng)目所處山谷地段的復(fù)雜環(huán)境，滿足施工進(jìn)度要求。在殷家特大橋3#、4#、5#墩及箱梁連接段等施工中表現(xiàn)優(yōu)異，施工性能、外觀、強(qiáng)度滿足要求，混凝土表面未發(fā)現(xiàn)開裂情況，取得了良好的效果。