高強泵送混凝土的試驗與工程應用

[摘要] 結合某橋C50混凝土的施工，討論了水灰比、骨料、外加劑摻量等條件對混凝土各項性能的影響，并采用正交設計方法配制出了具有緩凝、早強、高強的泵送混凝土，保證了工程質量，加快了施工進度。

[關鍵詞] 高強混凝土 泵送混凝土 正交設計

一、概述

河南豫濮高速公路大坳壩大橋全長735.8m，最高墩35m。主跨為36+72+36m預應力混凝土連續梁，采用懸臂灌注法施工。梁部混凝土強度等級為C50，混凝土采用泵送。梁部混凝土強度等級為C50，混凝土采用泵送。設計要求混凝土強度達到設計等級的85%（即46.7MPa）后方可施加預應力。由于工期緊，混凝土按如下要求設計：混凝土三天抗壓強度達到設計張拉要求，彈性模量Ec3=3.4×104Mpa，Ec28=3.6×104Mpa；坍落度SL=16～18Cm；凝結時間T初≥9h，T終≤16h；單位水泥用量mc<500Kg/m3。

二、配合比設計

高強泵送混凝土不同于普通混凝土，它必須優選原材料，配合比必須通過試驗，施工必須加強管理、嚴格質量控制，三方面缺一不可，它是高強泵送混凝土保證質量的基本首要條件。高強泵送混凝土要求原材料方面：水泥具有水化熱低、保水性好、泌水性小的特點；石子堅硬、致密且級配連續；砂子質量優良，最好用中粗砂；外加劑緩凝、早強、保塑性好。混凝土拌合物具有大流動性、可泵性好、坍落度損失等特點。

（一）、原材料的選用

1、水泥：由于本工程為預應力混凝土工程，水泥用量愈大，則混凝土徐變愈大將使混凝土中的預應力受到損失；同時水泥用量大則早期水化熱高，混凝土后期收縮大，混凝土具有明顯脆性，給結構的耐久性及安全性帶來很大威脅。

本工程優選江西萬年青P.O52.5R水泥，細度0.7%，初凝時間2h00m，終凝時間2h45m，三天及二十八天抗壓強度分別為32.0Mpa、63.0Mpa，三天及二十八天抗折強度分別為6.0Mpa、9.3Mpa。

2、細骨料：一般選用中粗河砂為好，因為中粗砂空隙率小，總表面積也小，可節約水泥，充分發揮水泥漿強度。

本工程優選上杭吳屋河砂，屬Ⅱ區中砂，細度模數Mx=3.0，表觀密度2650Kg/m3，堆積密度1470Kg/m3，含泥量0.6%，不含SO3、云母和輕物質等有害物質。

3、粗骨料：石子的最大粒徑、顆粒級配、針片狀顆粒含量、彈性模量對混凝土的強度及性能有很大影響。

骨料的最大粒徑越大，其比表面積越小，所需的用水量和水泥漿越少。但粒徑增大，可使高強混凝土的強度下降，該特點混凝土強度等級越高越明顯，骨料粒徑愈大，骨料內部存在薄弱不均質性愈明顯；骨料粒徑小，質地較密實，有較大的比表面積與水泥漿粘結，且受力均勻。一般選用最大粒徑為25mm的石子為宜。

骨料的針片狀顆粒不僅影響混凝土的和易性、水泥用量和強度，同樣會影響其耐久性，往往會惡化混凝土的性能，造成骨料的空隙率增大。

本工程優選上杭古田輝類巖，錘式破碎，粒徑5～25mm，表觀密度3050Kg/m3，堆積密度1620Kg/m3，含泥量0.4%，壓碎指標4.6%，針片狀顆粒含量4.7%，級配良好。

4、外加劑：選用石家莊GK—5B高效泵送劑，主要成分為萘磺酸鹽甲醛縮合物與保塑組份復合而成，其凝結時間可據實際情況調整，減水率>20%，對鋼筋無銹蝕作用。

（二）、配制原則

著眼于消除或減少混凝土中存在的缺陷，要求混凝土具有良好的可泵性，且早期強度增長迅速，以滿足張拉和縮短節段周期。

1、混凝土中的缺陷主要是由多量的拌合水造成的。一般來說，水泥水化所需的理論水灰比約為0.19左右。為了滿足混凝土特別是泵送混凝土的工作性，需在拌制過程中加入較多的拌合水，水化后多余的水份會在混凝土中形成許多微小氣孔、微細裂隙及界面薄弱層等缺陷。

2、坍落度：本工程橋最高墩達70m，根據現行施工規范，本試驗選定坍落度范圍為16～18cm。坍落度過小，泵送阻力增大，易產生堵管故障，使泵送能力下降；坍落度過大，會使混凝土產生離析，模板漏漿，增加混凝土收縮而使混凝土結構不密實。

3、砂率：砂率對高強泵送混凝土的影響較明顯，砂率過大時，由于砂子的表面吸水率較大，需水量偏大，混凝土總用水量偏多，水灰比增大，致使水泥用量偏大；當砂率過小時，混凝土總體連續級配差，混凝土強度降低。

（三）、配合比的優化設計

在優選原材料和已確定的外加劑的基礎上，充分考慮各因素對混凝土的強度、工作性等主要性能的影響，采用正交設計方案進行優化

說明：極差分析是以3d抗壓強度為主要指標進行的。由上分析可見，因素對混凝土強度的影響的主次關系是水泥用量>高效泵送劑摻量>砂率。綜合評定，選定配合比為1：1.53：2.20：0.012：0.36（水泥：砂：石子：泵送劑：水），水泥用量490Kg/m3。

高強混凝土設計配合比確定后，尚應用該配合比進行不少于6次的重復驗證，其平均值不應低于配制強度。經過驗證，本配合比的各項指標為：R3=50.2Mpa，R7=56.4Mpa，R28=64.7Mpa，坍落度SL=16.5cm，30min后SL=16.0cm，工作性良好。

三、性能測試

（一）、凝結時間的測定

水泥品種不同，凝結時間不同；溫度不同，凝結時間不同；外加劑品種、摻量不同，凝結時間也不同。

（二）、彈性模量的測定

為了討論石子對混凝土彈性模量的影響，選用長汀碎石用同一配合比做為對比材料，其技術指標為：粒徑5～25mm，表觀密度2650Kg/m3，堆積密度1480Kg/m3，含泥量0.4%，壓碎指標11.6%，針片狀顆粒含量9.5%，級配良好。

可見，石子的形狀和表面狀況對混凝土的彈性模量有很大影響。顆粒級配均勻，針片狀顆粒含量少，壓碎指標值小的石子用于配合比中制作的混凝土彈性模量高。有研究表明混凝土彈性模量與砂率有一定關系，并存在一個最佳砂率，過高或過低都會影響混凝土的彈性模量。

四、施工控制

（一）、水泥施工前應取樣做3d技術指標，不符合要求不得使用。

（二）、對于進入工地的砂石料要抽樣檢驗，不合格者嚴禁使用。每次施工前應測定砂石的含水量以確定施工配合比。

（三）、為保證出盤混凝土質量，每一工班至少測兩次坍落度。

五、結束語

優選原材料，合理選用外加劑，可以配制高強泵送混凝土。在工程施工中，只要嚴格控制原材料質量、混凝土拌合物的坍落度，就能保證施工順利進行及混凝土質量。這一措施使闕山壩二號大橋梁部施工得以快速進行，節段周期控制在了4.5～5.5天之間.

[參考文獻]

高性能混凝土研討暨混凝土施工新技術交流會論文集，中國鐵道建筑總公司，1999.2