高架橋箱梁C50高性能混凝土配制與工程應用研究

殷玉珍 冒玉兵

(1.常州市建設工程質量監督站，江蘇 常州 213017;2.常州大正恒固建材有限公司，江蘇 常州 213022)

常州市高架道路二期工程范圍為:龍城大道、青洋路和長虹路，全線總長度約27.9 km，其中環線方向長度為21.8 km。跨新運河、老運河大橋各1座，跨滬寧城際鐵路橋梁1座，全線設置匝道21對，設計使用年限為100年。主線高架標準段采用雙向六車道、橋寬25 m，梁高2.208 m，上部采用現澆預應力混凝土連續梁，標準橋墩采用Y形分叉立柱，基礎采用鉆孔灌注樁。其中立柱、箱梁、防撞墻混凝土部分為清水混凝土。外觀要求如下:混凝土表面平整光滑、棱角分明、色澤均勻、無碰損和污染，具有裝飾效果。混凝土滿足抗滲防裂、抗凍、抗碳化、耐腐蝕等耐久性要求。

基于圖紙提出的耐久性要求，本工程箱梁C50混凝土必須按高性能混凝土(HPC)配制。［1］中國工程院院士吳中偉［2］教授認為:高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土，它以耐久性作為設計的主要指標。本文主要闡述箱梁C50高性能混凝土的配合比設計和泵送施工過程中的注意事項。

1 C50高性能混凝土的配合比設計

箱梁C50高性能混凝土的主要技術指標［3－6］:

①混凝土7 d強度達到設計強度的90%以上。

②混凝土初凝時間在10 h左右。

③施工現場入泵坍落度控制在140±20 mm，坍落度1 h內無損失。

④混凝土和易性好，滿足可泵性及施工性能。

1.1 配合比設計

基于抗裂和耐久性要求，加入礦物摻合料和高性能減水劑是配制高性能混凝土的主要措施。另外在配合比設計時應遵循低水膠比、低砂率、高骨灰比的原則。

1.2 原材料要求

箱梁C50高性能混凝土澆筑前，工程項目部組織監理方、施工方、混凝土攪拌站、水泥外加劑供應商對原材料提出如下要求:

1.2.1 膠凝材料

①水泥。金壇盤固水泥有限公司生產的普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5，標準稠度不大于28%，28 d膠砂強度不小于49 MPa。

②粉煤灰。F類 I級粉煤灰，燒失量≤3.0%，需水量比≤100%。

1.2.2 骨料

①粗骨料。青石子，5～25 mm連續級配，硬質潔凈，母巖強度大于配制強度的20%以上，粒形好，空隙率≤40%，壓碎值≤10%，針片狀≤5%，非堿活性。

②細骨料。細度模數宜為2.6～3.0，級配良好，硬質潔凈，非堿活性。

1.2.3 外加劑

江蘇博特新材料有限公司生產的PCA聚羧酸系減水劑，水泥凈漿流動度≥200 mm，1 h后≥200 mm，砂漿減水率≥20%，水泥與外加劑適應性好。

1.2.4 水

符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》(附條文說明)［7］的生活用水，對混凝土強度、凝結時間等無明顯影響。

1.2.5 原材料的取樣

取樣頻次、取樣過程的見證封樣，包含取樣車號、日期、見證人等均需詳細填寫取樣記錄。

1.3 配合比參數選擇

1.3.1 水膠比

從100年設計年限要求的上海東海大橋和杭州灣跨海大橋預應力混凝土箱梁C50高性能混凝土的成功實踐來看，膠凝材料總量控制在460～500 kg/m3，水膠比通常選擇0.31～0.33，以此作為經驗參考值。單位用水量控制在145～160 kg/m3之間，可按聚羧酸系外加劑廠家推薦的摻量范圍進行調整，一般在1.0% ～1.2%。

1.3.2 礦物摻合料

由于常州高架二期箱梁部分混凝土澆筑正值冬季，考慮到工期緊，混凝土的早期強度要求高，7 d強度必須達到設計強度的90%以上方可張拉，原計劃采用雙摻礦粉和粉煤灰配制混凝土，現采用單摻粉煤灰配制。摻量為13%，超量系數取1.2。

1.3.3 漿集比

根據經驗參考值的水膠比和膠凝材料用量，水泥漿和集料的比例即漿集比就能反映出來。有資料表明:HPC中水泥漿與集料的體積比宜為(0.33～0.37):(0.67～0.63)，可以解決強度、工作性和尺寸穩定性之間的矛盾。

1.3.4 砂率

砂率應視砂的細度模數、顆粒級配、粗骨料緊密堆積狀態下的空隙率幾個方面而定，細顆粒含量較多時應適當降低砂率，以防止過多的漿體黏度大，導致泵管內摩擦阻力增加;細顆粒含量較少時，則應適當提高砂率，增強保水性，避免出現分層離析;而粗骨料空隙率大，相應填充的細骨料、膠凝材料用量增加，不僅降低抗壓強度，混凝土體積穩定性也大大降低。

1.3.5 含氣量

適宜的含氣量，可以提高混凝土的抗凍性能，改善混凝土的和易性，彌補骨料的某些缺陷。箱梁混凝土通常含氣量控制在4%左右。

1.4 配合比的初步確定

混凝土原材料經檢測均能滿足各項指標要求，后根據上述的參數選擇，配合比方案初步確定，具體見表1。

表1 初步配合比表 kg/m3

1.5 混凝土試配

試配期間為冬季，室外溫度平均在5℃左右，為符合現場實際情況，盡量使室內外溫度保持一致。考慮到該箱梁混凝土配制強度較高，28 d抗壓強度一般可達到60 MPa以上，水灰比差值保持一般的0.05，將導致低水灰比28 d強度會達到不可操作區，而高水灰比則進入了非高強區，均失去了對高強混凝土的代表性，后水灰比差值按0.02計算。外加劑按1.13%摻量分別試拌，具體試驗數據如表2所示。

表2 立方體抗壓強度一覽表

經試驗發現:編號PHB3強度最高，但從經濟性和富余強度方面考慮，混凝土配合比W∶(C+FA)∶S∶G=0.32∶1∶1.58∶2.66 為最佳配合比，混凝土強度平均值在61.1 MPa，和易性好，無泌水、離析現象，坍落度1 h基本無損失，初凝時間在9～10 h。

1.6 混凝土的抗滲性試驗

混凝土的耐久性由多因素共同作用影響，基于本工程所用混凝土提出的耐久性要求，考慮到混凝土的滲透性直接影響抗碳化能力、抗凍性和抵抗各種介質侵蝕等耐久性指標，本文主要檢測28 d后混凝土抗滲性，抗滲試驗結果見表3。

表3 抗滲試驗結果

2 箱梁混凝土的泵送澆筑

箱梁混凝土方量大，為保障泵送的連續、順利進行，項目部組織了各參建單位召開了現場協調會，制訂高性能混凝土的澆筑施工方案。

2.1 泵送前的準備工作

1)混凝土攪拌站應備足原材料，檢查各機械設備的運行情況，作好現場泵車的停放布管，并安排現場試驗員和現場調度員各1人與攪拌站保持聯系。

2)施工單位制訂施工方案，組織相關人員將模板內雜物清除，注意預留孔洞的覆蓋等前期工作。

2.2 泵送過程中的注意事項

1)砂石含水率大小直接影響坍落度的控制，攪拌樓操作人員按試驗的含水率指導生產。試驗員按班次每隔1 h測定1次含水率，將含水率測定值及時通知攪拌樓。

2)混凝土攪拌時間不得低于60 s，若攪拌時間過短，外加劑活性釋放不出來，出機坍落度小，而工地入泵坍落度過大。

3)攪拌車駕駛員從裝料到卸料過程中，不得隨意加水，否則坍落度難以控制。盡可能做到快裝、快運、快卸。

4)混凝土到達工地后要有專人指揮，及時移動泵車下料管口，入模坍落度要求120～160 mm。底板坍落度宜按下限控制，頂板按上限控制。

5)澆筑過程中要安排專人保護、檢查鋼束，注意預留泄水孔道、通氣孔位置，經常對支架變形進行觀測，發現問題立即向技術負責人報告，以便及時采取措施。

6)混凝土橫向入模順序:先澆筑底板，兩肋砼對稱入模，底板澆筑完成后即將內模頂板封口，再澆筑肋板及頂板。混凝土縱向入模自低處開始向高處或由跨中向兩端墩臺進行，斜向分段水平分層澆筑。整個箱梁的澆筑必須分層、分段澆筑，以免水化熱過大而產生溫度裂縫。

7)混凝土振搗以機械為主、人工振搗為輔相結合的辦法。底板用插入式振動棒，頂板先用插入式振動棒，后用平板振動器振搗。局部可用橡膠錘或木錘敲打，確保混凝土振搗密實。

8)混凝土澆筑完成后，表面應及時整平、壓實、二次收光及養護。當氣溫低于5℃時，應覆蓋棉被保溫，且不得向覆蓋物上灑水。

3 結語

1)查閱有關成功案例資料，結合配合比設計規范，確定高性能混凝土配合比的設計參數，經試驗得出最佳配合比。

2)選用優質的粉煤灰，有利于改善混凝土的和易性，降低混凝土的內部溫升，而且有利于混凝土后期強度的增長。

3)摻入聚羧酸高性能外加劑，能夠大幅度減水增強，混凝土保坍性、流動性好。抗滲、抗凍融能力和抗碳化能力等耐久性指標顯著提高，滿足了高性能混凝土的設計要求。

4)制訂科學合理的施工方案，各參建方組織協調好，保證混凝土泵送順利進行。混凝土強度、耐久性指標、外觀質量均符合圖紙設計要求。

［1］王偉芳.箱梁高性能混凝土試驗研究及應用［D］.河北:河北工程大學，2010.

［2］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］孫樹，劉加平，繆昌文.客運專線箱梁C50高性能混凝土配合比設計與泵送施工［J］.鐵道建筑技術，2007(2):10－13.

［4］劉曉龍.高性能混凝土在武廣客運專線的應用［J］.現代城市軌道交通，2009(3):79－81.

［5］侯永生.鐵路現澆箱梁高性能混凝土的配制與施工控制［J］.山西建筑，2011(33):112 －113.

［6］上海城建集團.《常州二期高架橋混凝土生產要求》通知書［R］.上海:上海城建集團，2009.

［7］中華人民共和國建設部.JGJ 63—2006混凝土用水標準(附條說明)［S］.北京:中國建筑工業出版社，2006.