C50T型梁機制砂泵送混凝土的配制與應用研究

文/周濤、林喜華、何德軍、張廣智 中建西部建設貴州有限公司 貴州貴陽 550081

1、工程概況

貴州省遵義市樂理至冷水坪高速公路（即南環高速），全長53.5公里，橋隧比41.83%，是遵義市高速公路的重要組成部分，建成通車后，遵義市城區外環將形成一條約130公里的“閉環”。落泮溪大橋主橋中心樁號為K18+405，上部結構為4×40m的C50預應力混凝土T梁+（65+120+65）m的 C50預應力混凝土連續剛構箱梁+3×40m 的C50預應力混凝土T梁，采取現澆的方式進行施工。工程所在地與現場攪拌站之間距離較遠，路況復雜；砂石材料含泥量高、粒形較差、針片狀含量較高、級配不合理；為保證7d張拉強度，要求混凝土具備早強、凝結時間適宜的特性；施工無作業平臺，要求混凝土可以一次泵送110m，同時杜絕堵管現象，這要求混凝土具備良好的工作性能和力學性能，給混凝土的配制帶來了巨大挑戰。

針對落泮溪大橋的特殊情況，本文結合工程所在地的相關原材料，對C50T型梁機制砂泵送混凝土的配合比進行了優化設計。同時，為保證所澆筑T梁的質量，對施工過程控制及混凝土養護制度進行了研究。

2、原材料及試驗方法

2.1 原材料

1）水泥：海螺P.O 42.5水泥，其技術指標滿足相關標準要求。

2）粉煤灰：重慶萬電的I級粉煤灰，其技術指標滿足相關標準要求。

3）硅灰：浩通的加密硅灰，其技術指標滿足相關標準要求。

4）粗骨料：南環高速三標自產的粒徑為5-20mm的連續級配碎石。

5）細骨料：南環高速三標自產的機制砂，細度模數為3.0，MB值為0.5，0.075mm以下顆粒為11.7%。

6）外加劑：自產高保坍型復合外加劑，固含量為27%，減水率為30%。

2.2 試驗方法

混凝土拌合物的工作性能按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GB/T50080-2016進行，測定混凝土坍落度和擴展度。混凝土的力學性能按照《普通混凝土力學性能試驗方法》 GB/T50081-2002進行，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，經標準養護3d、7d和28d后，測定相應齡期的強度。

3、混凝土配合比設計

按照混凝土配合比的相關設計規范，混凝土的配制強度應達到59.9MPa。預制T型梁的截面面積較小，鋼筋布置較密，采取泵送施工，使得混凝土的澆筑難度較大，故要求混凝土具備良好的工作性能[4-5]。

見表1 混凝土的工作性與強度試驗結果

3.1 水膠比的影響

由表1可知，隨著水膠比從0.31增加到0.34，混凝土的坍落逐漸增加，水膠比為0.33時，倒筒時間為最低值3.1s，表明水膠比為0.33時混凝土工作性能最佳。從圖1可以看出，隨著水膠比的降低，混凝土的強度逐漸增加，混凝土的7d強度均能達到設計強度，滿足7d張拉要求。綜合考慮混凝土的工作性能、強度和經濟性，優選水膠比為0.33。

3.2 砂率的影響

由表1可知，隨著砂率在42%-46%增加時，混凝土的工作性能得到改善，但砂率增加50%時，混凝土的工作性能下降，混凝土粘度增大。由圖2可知，隨著砂率的增加，混凝土的強度先增加后降低，但整體變化不大。這是因為，隨著砂率的增加，混凝土中的石粉含量增加，在混凝土水化的早期發揮填充作用，增加了混凝土的強度；而水化后期，對于強度較高的混凝土，隨著石粉含量的增加，混凝土的強度又會有所降低。結合強度數據結果，優選砂率范圍為44-46%。

表1 混凝土的工作性與強度試驗結果

3.3 硅灰摻量的影響

硅灰含有大量的不定形二氧化硅，粒徑極小，具有較強的膠結力。硅灰摻入混凝土時，可以增加混凝土內部的粘聚力，改善混凝土的工作性能。同時，由于硅灰顆粒極細，可以發揮微集料填充效應，作為火山灰質膠凝材料可以發揮火山灰效應，硅灰摻入混凝土可以顯著提高各齡期的強度[5]。由表1可知，硅灰摻量為0-10%時，隨著摻量的增加，混凝土的坍落度和擴展度先增加后降低，摻加5%的硅灰時，倒筒時間為最低值3.1s，較未摻硅灰及摻加10%的硅灰有顯著提高，表明硅灰摻量為5%時，可顯著提高混凝土的工作性能。從強度數據來看，摻加硅灰可以顯著改善混凝土各齡期的強度。

4、工程應用及過程控制

結合以上實驗結果，優選的施工配合比如表2所示。

表2 優選的混凝土配合比

將以上配合比用于落泮溪大橋混凝土的生產，所配制的混凝土倒筒時間為5±1s左右，坍落度為230±10mm，擴展度為630±10mm，2h坍損＜20mm，所配制的混凝土工作性能良好，能滿足泵送要求，施工過程中未出現堵管現象。現場留樣的混凝土試塊7d強度均能達到設計要求，強度最高為56.4 MPa，最低為52.7 MPa,平均值為55.2 MPa。T梁表觀質量良好，經現場經回彈檢測，其強度值為55.8 MPa，。

由于機制砂原材料波動較大，在配制及施工時，除嚴格按照普通砂混凝土的施工工藝要求外，還需注意過程控制及混凝土的養護。嚴格控制機制砂的細度模數、石粉含量及MB值。延長混凝土攪拌時間，采用雙臥軸強制式攪拌機拌和，攪拌時間控制在90-120s，提高混凝土的保水性與粘聚性。在澆筑過程中，采用分層連續推移的方式，并輔以附著式振搗器側振及振搗器振搗。早期采取噴灑養護劑養護，后期采用霧化水噴淋養護，養護時間為14 d。

結論：

通過配合比優化設計，使用機制砂可以配制出工作性能滿足泵送要求的C50 T型梁混凝土，并成功應用于落泮溪大橋。通過現場試塊強度及回彈數據，可以得知混凝土的早期強度滿足張拉要求；

施工工藝和養護條件會影響C50 T型梁的外觀和使用性能，需加強原材料的質量控制，采用科學合理的攪拌、澆筑和養護措施。

參考文獻：

[1]謝春磊.機制山砂的制備、性能及應用研究[D].武漢理工大學, 2011.

[2]孫向陽.砂石針片狀、含泥量對混凝土性能的影響[J].商品混凝土, 2014(5).

[3]杜毅.機制山砂的泥含量對混凝土性質的影響[J].貴州工業大學學報：自然科學版, 2008,37(4)：113-115.

[4]李艷芳,劉戰鰲,周明凱.機制砂混凝土在C50預制T梁中的應用研究[J].交通科技 ,2012(5)：90-92.

[5]何小芳,盧軍太,李小楠,等.硅灰對混凝土性能影響的研究進展[J].硅酸鹽通報,2013, 32(3)：423-428.