C60高強泵送混凝土配合比設計與質量控制

吳海京

摘要：本文結合連霍高速洛三改擴建工程，簡要論述了許溝特大橋懸澆箱梁C60高強泵送混凝土設計方法、原材料的選擇及泵送施工過程質量控制的要點，以供參考。

關鍵詞：高強混凝土配合比設計 泵送質量控制

中圖分類號： TU528 文獻標識碼： A

1、前言

高強混凝土系指C60及其以上強度等級的混凝土, 高強混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優越性，在高層建筑結構、大跨度橋梁結構、水工大壩等土木結構工程中得到了廣泛的應用。做好高強混凝土配合比就顯得尤為重要, 下文就許溝特大橋懸澆箱梁C60高強泵送混凝土配合比設計、原材料的選用及泵送施工過程中控制要點進行闡述,以供懸澆箱梁高強混凝土施工提供參考。

2、工程概況

我公司承建的許溝特大橋，是連霍高速公路洛陽至三門峽段改擴建工程唯一一座連續剛構橋梁。許溝特大橋主橋里程樁號為LK49+473.84～LK49+796.16,主橋全長322.32m，采用跨徑為（82.92+156+82.92）m，橋寬20.5m，上部結構采用預應力混凝土變截面聯系鋼構+預應力混凝土連續箱梁，下部結構為柱式墩/薄壁墩、樁基礎。許溝特大橋主墩墩柱及懸澆箱梁混凝土采用為C60泵送混凝土，由于主墩高68m，鋼筋綁扎密、間距小,混凝土坍落度控制在180-220mm，擴展度不宜低于500mm。

3、配合比設計思路

C60高強泵送混凝土，混凝土強度高、粘度大，加之泵送高度大，造成泵送壓力過高，泵送效率較低，為保證泵送施工的順利實施，主要解決好在確保混凝土強度的前提下如何保證其可泵性，高強混凝土配合比設計思路應從五個方面考慮：①首先要精選水泥、骨料等各項原材料；②必須要摻用高效減水劑，以降低用水量和水灰比；③要摻用優質的礦物摻合料，以改善水泥石和界面區的微結構，提高致密性和膠結強度；④要仔細選擇配合比，確定合理的砂率和水膠比，以降低水泥用量并提高混凝土的強度；⑤要滿足施工所要求的混凝土坍落度（工作度）、和易性要求，并能保持坍落度經時1.5h損失小于30mm。

4、原材料的選擇

要確保高強泵送混凝土質量，優選原材料是關鍵，這是保證工程質量的物質基礎。

4.1水泥：

配制高強混凝土應選用標號不低于52.5低堿普通硅酸鹽水泥。本工程選用的是洛陽黃河同力P.O52.5水泥，經檢驗3天抗壓強度32.8Mpa，3天抗折強度6.3Mpa，28天抗壓強度53.7MPa，28天抗折強度8.7MPa，初凝時間177min，終凝時間266min，標準稠度用水量26.5，安定性( 雷氏法) 符合要求。

4.2粉煤灰：

常用的礦物摻和料主要有粉煤灰、磨細礦渣粉、硅灰。在泵送混凝土中最常用的摻合料是粉煤灰，粉煤灰由于珠形玻璃體的作用，流動性要好于礦粉，摻用優質的粉煤灰有助于降低水化熱，可大幅度提高混凝土后期強度，改善泵送性能和抗滲性，從而防止離析和堵泵現象。故選用洛陽新安電力集團Ⅰ級粉煤灰，細度8.5%，需水量比要求94%。

4.3細集料：

宜選用質地堅硬、級配良好的河砂，且細度模數宜為2.6～3.0。工程選用洛陽韓城砂場河砂，細度模數2.79, 屬于Ⅱ區中砂，含泥量1.4%，泥塊含量0.4%。

4.4粗集料：

宜選用質地致密堅硬、級配合理、粒徑形狀良好的潔凈骨料且，最大公稱粒徑不宜大于25.0mm。通過對當地幾個產地的石子進行壓碎指標、粒徑、粒形的對比，選用河南磬石石料場生產的5-10 mm、10-20mm兩種規格碎石，按5-10mm25%、10-20mm75%的比例摻配，級配良好。其壓碎指標5.9%，含泥量0.4%，針片狀顆粒含量不應大于2.4%；

4.5外加劑：

高強高性能混凝土，所選用的外加劑品質質量極為關鍵。選用時應著重考慮外加劑與水泥的適應性、保水性等，這樣可以有效地控制混凝土拌合物的坍落度損失，提高混凝土拌和物的保水性，減少混凝土拌和物的離析和泌水。經對幾種外加劑按照配合比設計進行試配比較，本工程選用減水劑為山西格瑞特GRT- HPC聚羧酸鹽高性能減水劑, 摻量為膠凝材料重量的1.1%，減水率為30%，泌水率比48%，28天抗壓強度比143%。

5、混凝土配合比設計方法

高強混凝土配合比設計按原材料品質、設計強度等級、耐久性以及施工工藝對工作性能的要求，參照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）、《公路橋涵施工技術規范》（JTJ/T F50-2011）的要求進行。

5.1 試配強度的確定：

根據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）規定，混凝土的試配強度應不低于設計強度的1.15倍，故該混凝土配制強度確定為69Mpa。

5.2 水膠比

水膠比是決定混凝土強度的主要參數，應使用低的用水量和低的水膠比，這是高強混凝土設計的一個重要原則，水膠比宜控制在0.28～0.33范圍內。根據以上設計原則，結合工程實踐與試驗初步選擇水膠比為0.30～0.32 進行混凝土性能試驗。

5.3選擇膠凝材料用量

配制高強混凝土所用的硅酸鹽水泥量不宜超過500kg/m3，水泥與摻合料的膠結材料總量宜控制480～560kg／m3范圍內。為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性和抗裂性能，宜適量摻加優質的粉煤灰，其最佳用量應根據混凝土的性能通過試驗確定。

5.4 計算用水量

根據初選的水膠比和膠凝材料用量計算用水量，當流動性不能滿足設計要求時，再通過調整減水劑品種或摻量加以調整。

5.5外加劑摻量確定

外加劑的最佳摻量應通過混凝土試配結果確定的，根本的原則是在滿足混凝土性能要求的前提下，采用最低摻量。生產廠家提供的的摻量，須通過混凝土試配確定外加劑的合理摻量。本工程選用的是山西格瑞特GRT-HPC聚羧酸鹽高性能減水劑, 摻量為膠凝材料重量的1.1%。

5.6 確定砂率

砂率一般可根據膠凝材料總量、粗細骨料的顆粒級配及混凝土泵送要求等因素來確定，高強泵送混凝土的砂率宜控制在35～42% 范圍內。本工程考慮到 C60 混凝土膠凝材料用量較大、用水量較少，砂率取中初步選用38%，并通過試驗確定最優砂率。

5.7計算砂石用量

在實際工程中，混凝土配合比設計通常采用質量法，對于C60高強混凝土的計算濕表觀密度一般取2500kg/m3，根據上述所選膠凝材料用量、用水量及確定的砂率，計算砂、石用量。

5.8 混凝土試配與調整

5.8.1 試配。試配用的粗、細骨料稱量均以干燥狀態為基準,攪拌方法應盡量與施工時相同,試配時每盤混凝土的用量不應少于15L。

5.8.2和易性調整。當實測混凝土坍落度小于或大于設計要求，可保持水灰比不變，增加或減少適量水泥漿；如出現粘聚性和保水性不良，可適當提高砂率；直到滿足施工要求的和易性。同時測定混凝土拌合物的實際表觀密度，此滿足和易性的配比作為供檢驗強度的基準配合比。

5.8.3 強度檢驗。采用三個不同配合比的水膠比，其中一個為基準配合比，考慮到高強混凝土水膠比變化比一般強度等級混凝土敏感，另外兩個配合比的水膠比值，較基準配合比分別增加及減少0.02，制作試件，進行抗壓強度和彈性模量的試驗。

5.9 確定試驗室理論配合比

通過三個不同配合比對應的混凝土拌合物的性能、抗壓強度以及彈性模量試驗結果，選擇一個最佳的配合比作為試驗室理論配合比。三組配合比材料用量及試驗結果詳見下表1：

表1三組配合比材料用量及試驗結果

根據 C60高強混凝土對工作性、抗壓強度、可泵性的要求，并結合表1的試驗結果，最終選取編號02的配合比為最佳配合比。

6、C60高強混凝土配合比驗證

最佳配合比確定后, 采用工程實際使用的原材料用該配合比拌合混凝土，進行6次重復試驗驗證拌合物的和易性、可泵性、表觀密度、坍落度及擴展度損失檢測，并成型6組試件測試混凝土各齡期的抗壓強度。C60高強混凝土最佳配合比生產驗證檢測結果如表2

表2 C60高強混凝土最佳配合比生產驗證檢測結果

對配比編號02的C60泵送混凝土配合比的7次重復試驗結果進行匯總分析表明,混凝土的坍落度均值為230mm, 60min后坍落度均值為225mm,擴展度均值為640mm,容重均值為2430kg/ m3,凝結時間均值符合要求,可泵性良好,28天抗壓強度均值為7112MPa,28天強度標準離差均值為2.3MPa,結果表明該配合比是穩定可行的。因此選用02配合比用于C60泵送混凝土施工。

7、泵送混凝土施工過程質量控制

7.1加強原材料控制

混凝土中的原材料的質量直接影響混凝土的質量,應嚴格控制原材料的相關性能指標，尤其是加強對砂石料的篩分檢測，根據砂子細度模數（或砂中礫石含量）和石子粒徑變化，及時調整砂率和石子比例，確保混凝土和易性。

7.2加強計量和攪拌時間控制

高強混凝土的計量控制比普通混凝土的計量控制更為嚴格,在生產時,砂石的計量誤差控制在±2%以內,水泥、外加劑、摻合料、水的計量誤差控制在±1%以內。攪拌時應注意外加劑的投入時間, 應在細骨料與膠凝材料充分拌和后再加入, 而不能使其與水泥接觸, 否則將嚴重影響混凝土的質量并導致離析。攪拌時間不低于 3min,以保證攪拌物均勻。

7.3嚴格控制混凝土坍落度

施工過程中應經常實測攪拌機和泵管出口混凝土坍落度, 做到每車混凝土出廠前必須檢查坍落度及和易性,坍落度及和易性不合格的混凝土不準出站。

7.4把好混凝土的運輸關

從攪拌站到施工現場的運輸主要應解決好坍落度損失問題。這就需要攪拌站和施工現場之間密切配合。在運送過程中,混凝土車滾筒必須慢速轉動,以免混凝土發生離析；到達工地施工現場后,在泵送前,快速轉動運輸車的滾筒,使混凝土攪拌均勻后再卸料入泵；如果現場坍落度小于180mm,可加入少量的高效減水劑,快速轉動2min后再卸料,嚴禁工地施工人員隨意加水。

7.5施工澆筑、振搗控制

根據工程特點、施工環境與施工條件設計澆筑方案，并做好技術交底工作。同時應加強混凝土振搗工作，防止過振、欠振和漏振，振搗時應快插慢拔, 每點振搗時間以混凝土表面呈現浮漿和不再沉落、不再冒氣泡為止, 振搗應連續進行，確保不出現蜂窩麻面。

7.6 強度性能檢驗現場

澆筑混凝土的同時，應制作同條件養護試塊和標準養護試塊，供拆模和結構實體強度的驗收。混凝土試件成型應具有代表性、真實性；

7.7 混凝土養護控制

混凝土澆筑完畢后，立即進行養護，泵送混凝土比普通混凝土更應加強養護，因其膠凝用量大，坍落大等易出現干縮裂縫，必須加強早期養護，并建立養護制度，保證養護時間。

8、應用效果

C60高強泵送混凝土在生產應用過程中,坍落度穩定,1h內坍落度損失很小只有30mm,流動性、粘聚性、可泵性良好,泵送壓力正常,抗壓強度符合設計要求。在泵送過程中未出現堵管等不良現象,混凝土表面平整,未出現裂紋、蜂窩麻面等不良缺陷。按《混凝土強度檢驗評定標準》GB/T 50107-2010,混凝土強度評定合格。

9、結語

通過采用摻聚羧酸鹽高性能減水劑、粉煤灰及優化配合比等措施,使高強混凝土的坍落度損失減少、提高其可泵性,減少其水化熱,確保了泵送混凝土質量。在生產應用過程中,通過對原材料、計量和攪拌時間、出廠坍落度、運輸、澆筑泵送過程、現場質量檢驗采取了有效措施，實踐證明該工程懸澆箱梁C60高強泵送混凝土能滿足設計、施工質量要求。

參考文獻

《公路橋涵施工技術規范》 JTJ/T F50-2011

《混凝土泵送施工技術規程》JGJ/T 10-2011

《普通混凝土配合比設計規程》 JGJ55-2011