高架橋清水混凝土結構材料的配制及施工質量控制*

楊 俊 繆曉軍

1.上海建工材料工程有限公司 上海 200086；2.昆山交通發展控股有限公司 昆山 215300

0 前言

昆山市中環快速化改造工程主線采用高架橋、地面道路形式。高架橋主柱、上部結構、箱梁混凝土均采用現澆混凝土形式，外觀要求達到清水混凝土質量標準。因此必須對混凝土的材料、生產、澆筑等過程進行嚴格把關，規范工藝，以達到清水混凝土的設計要求和飾面效果。

1 清水混凝土容易發生的缺陷

1）清水混凝土表面顏色不均勻，整體觀感差。

2）清水混凝土表面不光潔、起灰或起砂。

3）清水混凝土密實度不夠，表面有蜂窩或麻面。

4）清水混凝土表面接縫不飽滿、不平整、出現錯臺或漏漿。

5）拆模后保護與保養不到位，造成混凝土結構損傷或二次污染[1]。

2 清水混凝土材料的配制及施工控制要點

2.1 混凝土生產過程控制

2.1.1 原材料質量控制

為了達到清水混凝土飾面顏色均勻一致的效果，從材料本身選取上，我們考慮必須要做到以下幾點：

1）上部結構混凝土所選用的膠凝材料必須是同一廠家、同一強度等級、同一生產線生產的，相同部位必須是同一批次進場的膠凝材料，每批膠凝材料必須留樣進行比對。

根據以往經驗，普通硅酸鹽水泥配制的清水混凝土，較礦渣水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土和易性、勻質性好， 混凝土硬化時間短， 混凝土外觀質量好，便于拆模[2]。因此，水泥品種應優先選擇普通硅酸鹽水泥。當選用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥時，應了解水泥中的混合材摻量、質量以及對強度發展與流變性能的影響。一般水泥用量為350～450 kg/m3。水泥用量超過500 kg/m3，將會增大混凝土的收縮，如低于350 kg/m3，則需摻加其他礦物摻合料如粉煤灰、磨細礦渣等來提高混凝土的和易性。

2）上部結構混凝土所選用的砂石材料，我們所采用的黃砂固定為長江流域九江段、洞庭湖或鄱陽湖的中砂，石子固定為湖州地域的5～25 mm的碎石，運輸都采用水路運輸至攪拌站碼頭，中途不得轉運。所有砂石材料做好標準樣品的留樣比對。

清水混凝土的砂漿量大，如選用細砂，則混凝土的強度和彈性模量等力學性能將受影響，同時，細砂的比表面積較大將增大拌和物的需水量，也對拌和物的工作性產生不利影響，若選用粗砂則會降低混凝土的黏聚性，因而一般選用中砂或偏粗中砂，砂細度模數在2.5～2.8為宜。

3）外加劑的選取。我們選取巴斯夫公司生產的LN800及RH1100兩種外加劑用于生產C40及C50混凝土（表1）。

表1 C40、C50混凝土配合比 （單位：kg/m3）

本工程高架橋上部結構混凝土強度等級為C40和C50。由于交通工程混凝土拌和物膠凝材料用量比較大，立柱施工要求混凝土工作性好，斜腹式箱梁底板施工要求擴展度小，故我們又選取2 種常用外加劑進行常規適配比較。

綜合比較拌和物狀態和28 d強度，LN800型萘系泵送劑、RH1100型萘系高效減水劑摻量分別達到膠凝材料的1.3%、1.4%時，混凝土的和易性與強度均比較理想， 易于泵送施工振搗，減少蜂窩和麻面，可保證清水飾面的效果。

2.1.2 清水混凝土配合比的確立及試驗結果

本工程混凝土依據設計要求，C40不采用外摻料，用純水泥配置，以保證混凝土早期強度，增加早期表面密實度。C50混凝土由于施工方量較大且單方水泥用量高，為延長其凝結時間并方便施工，故摻少量礦粉，以調節混凝土拌和物流變特性，提高流動性和抗分離性，同時增加活性，改善耐久性。經過10組試驗，其結果如表2～表5所示。

表2 C40混凝土7 d強度 （單位：MPa）

表3 C40混凝土28 d強度 （單位：MPa）

表4 C50混凝土7 d強度 （單位：MPa）

表5 C50混凝土28 d強度 （單位：MPa）

通過試驗與數據分析，我們確定的級配設計能滿足中環高架工程強度設計要求和工地施工需要，故驗證有效。

2.1.3 攪拌工藝的控制

現場設備為自行制造的單臥軸3 m3混凝土攪拌機，為了達到清水混凝土表面顏色均勻一致的效果，混凝土必須攪拌均勻，在工藝控制上我們有別于普通混凝土。

1）攪拌時間的確定。由于在歷次試驗中發現普通混凝土原有的拌機投料順序無法達到清水混凝土要求的勻質型，因此，我們通過攪拌時間與電機電流的變化關系來確定最佳的攪拌時間并進行多次試驗。

在綜合比較了不同攪拌時間下混凝土的狀態與電機電流、擴展度的變化后，最終確定攪拌時間為90 s。

2）投料方式的確定。為進一步改善混凝土膠凝材料結團現象，有效降低攪拌機負荷，控制電機電流，我們又對投料順序進行了對比試驗（圖1、圖2）。

圖1 第1種投料攪拌方式工藝流程

上述攪拌時間不包括骨料及膠凝材料的下料時間，即粗骨料和70%細骨料投入后攪拌10 s，然后投入膠凝材料，將外加劑投入水中，在第10秒后開始加60%水。攪拌20 s后，30%細骨料投入，攪拌30 s再投入40%水和外加劑，攪拌40 s，總共攪拌70 s出料。

圖2 第2種投料攪拌方式工藝流程

第2種投料攪拌方式，即先投60%黃砂和碎石攪拌，20 s后再投另外40%黃砂，將外加劑投入水中，加70%的水投入膠凝材料攪拌，40 s后再投另外30%的水。整個過程用時90 s。經比較，這種投料方式可以比較有效地降低電機電流，減少膠凝材料的結團。

3）原材料的計量。攪拌一盤的方量不宜大于2.5 m3；計量必須精確，混凝土原材料（按質量計）允許偏差不得超過表6的規定。

表6 混凝土原材料計量允許偏差

2.2 施工模板工藝控制

清水混凝土模板須按照清水混凝土技術要求進行設計加工，須滿足清水混凝土的質量要求和表面裝飾效果[3]。

1）制作模板時，應保證模板的幾何尺寸精確，拼縫嚴密，材質一致，并保持較好的強度。剛度及整體拼裝后的穩定性好的模板，可以有效防止漏漿、蜂窩、麻面現象。同時能滿足便于組裝和拆除、確保周轉使用次數要求。

2）露天環境下存放模板時，應用帆布等其他物品覆蓋，避免鋼模板出現銹蝕的現象，影響鋼模板的使用。

3）使用清水混凝土專用脫模劑不僅能保護模板置于室外或陰雨天而不生銹，還有利于提高混凝土外觀質量，盡顯混凝土本色，達到清水混凝土效果。

4）對于反復使用的模板，在每次拆除后必須對模板進行打磨拋光，以清除上次留在模板上的泥漿、油污及其他雜物，保證表面充分潔凈后再涂上脫模劑。

5）模板使用前，應檢查模板是否有變形并加以調整，變形超標的應廢棄使用。

6）拆模時，不得硬撬鑿挖，以免挖傷模板和混凝土的表面及棱角，模板要輕拿輕放，如有損傷處，應修整清理后再均勻涂刷脫模劑，集中堆放。

2.3 施工過程控制

1）混凝土澆筑前應先選定合理的運輸路線、澆筑時間（最好避免早晚高峰），控制發料速度，減少運輸途中的坍落度損失。攪拌車在等待泵送過程中不應熄火，應保持全程勻速攪拌，避免漿石分離沉降現象。一般攪拌車大多為16 m3攪拌筒，如滿載混凝土，則運達工地后易產生混凝土砂石拌和不均現象。為避免這一現象發生，我們硬性規定每輛攪拌車最多裝14 m3混凝土，且在上泵澆筑前再快速攪拌1 次，使筒內混凝土進行2 次拌和，以增加其勻質性。

2）嚴格控制混凝土水灰比，每天按批次對砂石含水率進行檢測，尤其是雨天，應根據砂石實際含水率對用水量進行調整，以保證正確的混凝土水灰比。

3）重視現場與拌站之間橫向聯系，由拌站安排外場技術人員駐守工地，對到場混凝土坍落度、和易性等技術指標進行監控。工地上常常遇到的問題是混凝土坍落度損失過快，這與澆筑現場人員是否合理安排工序、機械設備性能和數量、當天氣溫變化、運輸路線遠近、原材料波動有關。因此，內外場試驗員應及時溝通，具體問題具體分析，及時采取措施對配合比進行相應調整。例如小范圍調整砂率；在保持水灰比不變情況下，適當增加水泥漿用量，適當放大出廠坍落度；根據當天氣溫適當提高或降低外加劑或者礦粉摻量，改善混凝土凝結時間等[4]。

4）混凝土的澆筑與養護時，需要注意以下細節。

（1）在澆筑混凝土前，應先計算結構混凝土總量和每層混凝土用量，并控制每層下料的混凝土數量。如果混凝土下落高度超過2 m，要使用串筒，防止下落混凝土離析。

（2）混凝土布料要均勻，分層進行，控制好每層厚度，并認真做好混凝土的振搗，防止欠振、漏振，避免過振。操作時必須嚴格做到快插慢拔，振搗至混凝土表面不再沉降，無氣泡，表面泛漿即可。

（3）混凝土澆筑過程中，為避免混凝土濺到上層模板，以致脫模后，由于濺點而形成麻面現象，為此要求施工人員隨著澆筑高度上升位置的變化，不斷用干凈毛巾抹去濺點，保持模板清潔。

（4）混凝土澆筑完畢后應經過多次反復抹光壓面，在12 h內用土工織物或塑料薄膜對混凝土表面加以覆蓋并保濕養護（夏季時，在8～10 h內即可）。養護時間不得少于7 d[5]。

3 結語

目前昆山市中環快速化改造工程的主體施工已順利完竣，根據現場檢驗和觀測，橋體外觀平整、梁底線性流暢、實體強度合格，施工取得成功。說明通過對混凝土質量的全程控制，高架橋主體混凝土結構從外觀到質量均滿足清水混凝土設計要求，同時技術人員也積累了寶貴的施工管控經驗[6]。