西溪大橋鋼混結合段高性能混凝土配制技術

蘇志切

（漳州路橋翔通建材有限公司，福建　漳州　363006）

西溪大橋鋼混結合段高性能混凝土配制技術

蘇志切

（漳州路橋翔通建材有限公司，福建漳州363006）

鋼混結合段是混合橋斜拉橋設計和施工的關鍵技術之一，國內外實橋應用時均出現(xiàn)過結合段部分開裂情況，混凝土的抗裂性、韌性、抗疲勞強度是關鍵中的關鍵。本文闡述配制 C55高性能聚丙烯微膨脹混凝土設計方案、試驗研究及施工實踐，證明采用膨脹劑及聚丙烯纖維雙摻技術是可行的，可以解決這方面的問題，值得推廣。

鋼混結合段；自密實混凝土；微膨脹；聚丙烯纖維；使用性能

0　工程概況

廈漳同城大道是漳州市“十二五”綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃中提升國道網(wǎng)絡通行能力的重要組成部分，位于龍海市九龍江下游，是一座跨九龍江（北溪與西溪）、沙洲島的特大型橋梁，橋梁全長3.065km，包含北溪大橋、沙洲互通立交和西溪大橋。西溪主橋為獨塔扭背索斜拉橋，跨徑組成為 (88+200)m。邊跨為預應力混凝土箱梁，主跨為鋼箱梁。預應力混凝土箱梁通過鋼混結合段與主跨鋼箱梁連接，鋼混結合段位于中跨側，距主墩中心12m。結合段鋼箱梁設置多格室結構，鋼格室內部鋼筋密集，澆筑空間狹小，混凝土只能通過頂部開設的箱孔注入，振搗困難。同時，為防止結合段混凝土在施工和使用階段開裂，該混凝土配合比的設計一方面要求混凝土具有抗裂增韌的性能，另一方面又要求混凝土具有良好的使用性能，降低收縮，保證鋼混結合段的填充、澆筑密實。根據(jù)以往大橋經(jīng)驗[1]，采用 C55大流態(tài)微膨脹聚丙烯纖維混凝土，能很好地滿足混凝土的防裂要求和密實性。

1　鋼混結合段 C55高性能混凝土設計與性能研究

1.1混凝土設計指標

（1）工作性按 Ⅱ 級自密實性能設計，要求坍落度210～250mm，擴展度600～650mm，坍落度經(jīng)時損失小于20mm，抗離析性能好。

（2）C55混凝土28d 抗壓強度不低于65MPa；彈性模量不低于4.0×104MPa。

（3）混凝土180d 干燥收縮值小于400×10-6，這對抗裂是有利的；混凝土自身體積變形為收縮型。

（4）該部位混凝土一次澆筑量440m3；室外環(huán)境條件下，混凝土凝結時間要求不少于18h。

1.2混凝土原材料

水泥：龍巖適中新豐水泥有限公司產(chǎn)的春馳 P·O42.5水泥，28d 強度為52.3MPa，標準稠度用水量27%。

外加劑：廈門路橋翔通建材科技有限公司生產(chǎn)的高性能聚羧酸 LQ-100-Z，含固量為14.5%，摻量1.5%，混凝土減水率為28%，混凝土抗壓強度比125%。

礦粉：福建洹達工貿有限公司生產(chǎn)的 S95級，比表面積為412m2/kg，28d 活性指數(shù)98%。

粉煤灰：漳州后石電廠生產(chǎn)的 F 類 Ⅱ 級，需水量比98%，28d 活性指數(shù)72%，細度19.5%。

河砂：中砂，細度模數(shù)2.4～2.7，含泥量≤3.0%，泥塊含量≤1.0%。

碎石：5～25mm 連續(xù)級配碎石，含泥量 ≤1.0%，針片狀 ≤10%；壓碎值 ≤10%。

1.3配合比設計

1.3.1C55高性能混凝土配合比設計思路

（1）先采用雙摻技術（Ⅱ級 F 類粉煤灰及 S95級礦粉）設計 C55自密實混凝土；（2） 用膨脹劑取代Ⅱ級粉煤灰，確定其摻量及相關性能；（3）加入聚丙烯纖維，確定其摻量及相關性能；（4）調整聚羧酸外加劑緩凝成分，確定符合要求的混凝土凝結時間。

1.3.2自密實 C55混凝土配合比設計

設計自密實 C55混凝土配合比方案并對各方案混凝土試樣進行性能測試，詳見表1。

表1　自密實 C55混凝土配合比設計方案及性能結果

經(jīng)多次試驗，選用 A2方案作為 C55高性能聚丙烯微膨脹混凝土設計基礎。

1.3.3自密實微膨脹 C55配合比性能試驗

試驗室通過對 HEA、UEA、AEA、SY-T、SY-G 等多種高效高性能抗裂膨脹劑的膠材凈漿流動度、膠材與減水劑適應性、膠砂減水率及簡易快速測試膨脹劑膨脹效果等性能的對比試驗，試驗結果認為 SY-G 高性能抗裂膨脹劑與所用的水泥等膠凝材料、聚羧酸高性能減水劑適應性好，流動度最高，用水量最少。SY-G 高性能抗裂膨脹劑技術指標：比表面積為310m2/kg、28d 抗壓強度48.9MPa、7d 水中限制膨脹率為0.032%、21d 空氣中限制膨脹率為 -0.001%。膨脹劑按6%、8%、10% 摻入取代粉煤灰或部分水泥，做不同膨脹劑摻量對自密實混凝土工作性能、力學性能的影響，試驗結果見表2。

表2　C55摻膨脹劑自密實混凝土配合比設計方案及性能

經(jīng)多次試驗，確定按 B3方案配制 C55微膨脹自密實混凝土。

1.3.4高性能聚丙烯纖維微膨脹 C55配合比性能試驗

在確定摻入8% SY-G 膨脹劑的自密實混凝土配合比基礎上加入不同摻量的聚丙烯纖維（按0.5、0.7、0.9、1.1kg），研究高性能聚丙烯纖維微膨脹混凝土工作性能、力學性能、早期開裂性能和混凝土現(xiàn)在膨脹率。

聚丙烯纖維技術指標：直徑30.6μm、長度19mm、彈性模量5685MPa、抗拉強度587MPa、斷裂伸長率21.6%、表面光潔度0.66%、熔點164℃。

C55聚丙烯纖維微膨脹混凝土配合比設計方案及性能測試結果詳見表3。

表3　C55聚丙烯纖維微膨脹混凝土配合比設計方案及性能測試結果

從表3可以看出，聚丙烯纖維摻量對混凝土坍落度特別是擴展度影響很大。綜合評價并與混凝土設計指標對比，選擇 C1、C3、C4方案評價抗裂性能及180d 干燥收縮值。

采用大板法對 C55聚丙烯纖維微膨脹混凝土的不同聚丙烯纖維摻量的抗裂性能進行評價。大板法試件尺寸600mm×600mm×63mm 的鋼模，模具四邊用10/6.3mm 不等邊角鋼用 M12螺栓固定底板上，模具的每個邊上用兩排共14個 M10×100mm 的螺栓交錯固定在不等邊的角鋼上，模具底板上鋪有低摩阻的聚四氟乙烯片材。試件澆筑、振實、抹平后，立即用塑料薄膜覆蓋，保持環(huán)境溫度為30℃，相對濕度60%，6小時后將塑料薄膜取下，用風扇吹混凝土表面，保持8m/s 的風速，然后觀察和記錄從澆筑起到24個小時混凝土裂縫開裂情況， 包括裂縫長度、寬度、數(shù)量，形成如表4的性能分析數(shù)據(jù)。

表4　混凝土開裂情況

從表4可以看出，在自密實微膨脹 C55混凝土基礎上加入0.7kg 的聚丙烯纖維后，抗裂性能大大提高，裂縫消除率超過了82.76%，抗裂敏感性等級從 Ⅲ 級提高到 Ⅱ 級。

混凝土干燥收縮值試驗，采用100mm×100mm×400mm試件，試件成型后放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護1天之后脫模，在光滑一面正中間300mm 長的距離內用環(huán)氧樹脂固定鐵夾，待環(huán)氧樹脂硬化后固定千分表，將試件放入恒溫恒濕 (20±2)℃、(60±5)% RH 的環(huán)境中養(yǎng)護，連續(xù)觀測和記錄養(yǎng)護到不同齡期時混凝土干燥收縮值，記錄數(shù)據(jù)見表5。

表5　不同齡期的混凝土干縮率

表5試驗結果顯示，單摻膨脹劑和雙摻膨脹劑與聚丙烯纖維高性能微膨脹混凝土各齡期混凝土干縮率差別不大，采用雙摻時混凝土干縮率略有減少，兩者抗裂性能良好，均能符合高性能聚丙烯纖維微膨脹混凝土設計指標要求。

1.4確定配合比方案

確定高性能聚丙烯纖維微膨脹 C55混凝土配合比方案為表6所示。

1.5確定高性能聚丙烯纖維微膨脹 C55混凝土凝結時間

鋼混結合段橋寬94m，受場地影響，需要采用一部48m汽車泵及一部車載泵同時澆筑，由于混凝土高性能聚丙烯纖維微膨脹 C55混凝土自流入鋼格室較慢，人工輔助條件受限，整體混凝土澆筑較慢，預計總澆筑時間為18～24h。

考慮到鋼混結合段混凝土不能產(chǎn)生施工冷縫問題，必須對混凝土凝結時間進行確定。采用標準養(yǎng)護室 (20±2)℃ 和室外平均環(huán)境溫度混凝土凝結時間對比試驗，多次試驗發(fā)現(xiàn)：標養(yǎng)下混凝土凝結時間相同，室外溫度不同，則混凝土實際凝結時間不一樣，室外溫度越高，混凝土實際凝結時間越短。相同室外環(huán)境條件（陽光普照或陰天）下，如室外平均溫度升高1℃，則混凝土實際凝結時間將縮短約1.5h；室外溫度相同，不同室外環(huán)境條件（陽光普照或陰天）下，混凝土實際凝結時間是不一樣的，兩者相差3～5h。通過模擬試驗的結果，確定混凝土凝結時間（標準養(yǎng)護）為32～34h。

2　鋼混結合段 C55高性能混凝土的生產(chǎn)控制

（1）為進一步減少收縮，提高混凝土抗裂性能，對混凝土入模溫度進行相應控制。砂石、膠凝材料等原材料提前10天入庫均化儲存，砂石溫度控制在25℃ 以下，水泥、礦粉、膨脹劑溫度控制在50℃ 以下，生產(chǎn)用水溫通過加冰辦法控制在10℃ 以下，混凝土入模溫度控制在30℃ 以下。

（2）膨脹劑用散裝罐車打入攪拌樓粉料罐，以便生產(chǎn)時可計量，同時方便操作，提高生產(chǎn)效率。

（3）為防止成團，生產(chǎn)時聚丙烯纖維先同干料攪拌均勻后再加水攪拌。

（4）每盤攪拌時間為90秒。

（5）混凝土出廠時每車混凝土實測混凝土性能，混凝土坍落度、擴展度、和易性、溫度等性能符合要求方可出廠。

（6）由于運距長（27km）、運輸時間長（1h 左右）、運輸條件復雜，派專人不定時勘查運輸?shù)缆窢顩r，調度根據(jù)施工澆筑進度以3～4車/h 的節(jié)奏控制發(fā)車速度，避免在現(xiàn)場出現(xiàn)滯車、堵車現(xiàn)象，減少混凝土坍落度損失，提高混凝土澆筑時的工作性能。

表6　高性能聚丙烯纖維微膨脹 C55混凝土配合比

3　施工效果

該鋼混結合段高性能聚丙烯纖維微膨脹混凝土澆筑時間總共20h，供應方量441m3，現(xiàn)場混凝土坍落度控制在240mm 左右，擴展度為590～610mm，入模溫度均控制在30℃ 以下，現(xiàn)場澆筑順利完成。混凝土28d 出廠強度為72.5MPa、現(xiàn)場強度為68.8MPa、劈拉強度平均為4.95MPa，彈性模量平均為42.3GPa，未發(fā)現(xiàn)可見的混凝土裂紋。混凝土質量及澆筑施工受到了業(yè)主好評。

[1] 李北星，馬立軍，田曉彬，等，鄂東長江公路大橋鋼混結合段自密實混凝土的配制及施工技術研究[J]．公路，2011,03：5-9．

[2] 陳文彬．特大型橋梁墩承臺加冰混凝土供應全過程溫控總結[J]．商品混凝土，2015,12：70-72．

［通訊地址］福建省漳州市龍文區(qū)朝陽工業(yè)集中區(qū)內漳州路橋翔通建材有限公司（363006）

蘇志切（1978—），男，工程師，漳州路橋翔通建材有限公司，現(xiàn)主要從事混凝土生產(chǎn)技術管理工作。