高等級大摻量礦物摻和料大體積混凝土的工程應用研究

劉 偉 胡劍成 雷文杰

（成都建工預筑科技有限公司，四川 成都 610052）

成都市杉板橋路改造工程建設中，位于10條鐵路線旁的斜拉轉體橋9號主墩為涉鐵危大結構，具有整體性要求高、質量控制難度大、體積大、鋼筋密等特點。本文針對杉板橋路改造建設過程中的高等級大體積混凝土的應用進行了總結分析，對此類重點工程的技術總結及推廣應用有重要的指導作用。

1 工程項目概況及設計施工重難點

1.1 工程項目概況

將自密實高等級大摻量礦物摻和料大體積混凝土和普通高等級大體積混凝土應用于9號主墩承臺中。該承臺結構長28m、寬28m、高6m，承臺最下層1m結構由于上下層鋼筋交錯布置，鋼筋密集，密集區域鋼筋凈距為20～50mm，無法采用振動棒振搗密實，如圖1所示。因此，采用自密實混凝土澆筑，設計強度等級為C55自密實混凝土。自密實性能設計要求坍落擴展度達到SF2級、擴展時間T500達到VS2級，坍落擴展度與J環擴展度差值達到PA2級。上層5m設計采用C50混凝土。

1.2 設計施工重難點

工程重難點主要包括兩點：一是結構部位屬于大體積混凝土，強度等級高，一次澆筑完成，結構整體性要求高，需要嚴格控制混凝土水化熱，防止出現溫度裂縫。二是下層1m結構鋼筋密集，上下層鋼筋交錯布置，無法使用振動棒，澆筑難度大。因此，應合理選用原材料，優化配合比設計，嚴格控制原材料進場質量和混凝土施工質量，采取混凝土溫控措施，并加強混凝土后期養護，以滿足混凝土的自密實、強度等級高、大體積和整體性要求高的性能要求。

圖1 現場鋼筋密集布置

1.3 設計方案

（1）通過提高砂率，改善混凝土的流動性，確保下層結構混凝土的自密實性。同時，為了保證混凝土強度，需要調整膠凝材料用量。

（2）加入適量硅灰，改善混凝土拌和物的流動性。同時，提高混凝土成型后的致密性和耐久性能。

（3）采用大摻量優質礦物摻合料，降低混凝土早期水化熱，保證混凝土后期強度。

2 原材料及配合比設計

2.1 原材料

（1）水泥：通過選用大摻量優質礦物摻合料和低熱水泥來降低大體積混凝土最大絕熱溫升。選用四川某品牌P·O52.5普通硅酸鹽水泥，性能指標見表1。其3d、7d水化熱符合《大體積混凝土施工標準》（GB 50496-2018）的要求。

表1 四川某品牌P·O52.5普通硅酸鹽水泥性能指標

（2）摻合料：

①粉煤灰：高等級混凝土的膠凝材料用量較大，適量摻入優質粉煤灰可起到改善和易性和降低水化熱的作用。選用成都某品牌I級風選粉煤灰，性能指標見表2。

表2 成都某品牌I級風選粉煤灰性能指標

②礦粉：適量摻入礦粉可起到改善和易性、增加混凝土后期強度的作用。選用四川某品牌S95礦粉，性能指標見表3。

表3 四川某品牌S95礦粉性能指標

③硅灰：硅灰能改善混凝土拌和物的流動性，滿足自密實性能。同時，能提高混凝土成型后的致密性和耐久性能。選用高加密硅灰。

（3）骨料：粗骨料選用5～20mm和5～25mm連續級配碎石，其中，5～20mm連續級配碎石滿足混凝土自密實性能，能夠順利流動穿過密集鋼筋區域。細骨料選用Ⅱ區中砂。

（4）外加劑：工程選用自密實專用高性能減水劑和專用高性能聚羧酸減水劑。為滿足大體積混凝土的施工及質量要求，調整優化外加劑的保坍組分和緩凝組分，避免形成施工冷縫，降低混凝土的早期水化熱。

2.2 配合比設計

混凝土的配合比設計參照《大體積混凝土施工標準》（GB 50496-2018）計算，自密實性能檢測參照《自密實混凝土應用技術規程》（JGJ/T 283-2012）。

（1）水膠比：在滿足混凝土施工性能的前提下，盡量降低水膠比，以保證混凝土的強度和耐久性要求。

（2）砂率：C55自密實混凝土適當提高砂率，選用5～20mm級配專用碎石，可以增加自密實混凝土的流動性和通過率。同時，豐富的砂漿層包裹在粗骨料周圍，可以阻斷沿粗骨料表面的滲水孔隙。C50混凝土在保證泵送的前提下，盡可能降低砂率，保證混凝土強度，增加結構的密實性，降低開裂風險。

（3）大摻量礦物摻合料：選用大摻量優質礦物摻合料，可以降低混凝土的早期水化熱和開裂風險，從而確保混凝土后期強度增長。

3 試驗結果及分析

通過原材料的選擇和配合比設計調整，經大量試驗和試配，得到C55自密實混凝土和C50混凝土配合比參數，見表4、表5。

表4 C55自密實混凝土配合比參數

表5 C50混凝土配合比參數

以上配合比結合澆筑時氣溫等參數，經熱工計算，混凝土中心溫度、里表溫差和內外溫差等均符合現行規范和技術要求。

經試配，C55自密實混凝土的自密實性能見表6，擴展度試驗如圖2所示。由試配結果可知，C55自密實混凝土的自密實性能達到SF2、VS1、PA2的性能等級，滿足混凝土設計和施工要求。

表6 C55自密實混凝土的自密實性能

圖2 擴展度試驗

混凝土抗壓強度和早期抗裂性能見表7。由試驗結果可知，混凝土60d和90d抗壓強度均滿足強度要求，混凝土早期抗裂性能等級達到L-V級，均滿足C55自密實和C50設計的要求。

表7 混凝土各齡期強度和耐久性能

4 施工質量控制

為確保大體積混凝土的順利澆筑和成型質量，應注意以下控制要點：

（1）嚴格落實原材料進場驗收制度，保證進場原材料質量合格，特別是粉煤灰、硅灰、5～20mm連續級配碎石等特殊材料，應做到每車檢測。同時，應確保原材料的數量符合生產需要。

（2）混凝土生產前應對設備進行檢修，保證計量的準確性。混凝土生產過程中，應嚴格按照設計配合比生產，保證水膠比、砂率等參數符合設計要求，確保出站混凝土的坍落度、和易性符合施工要求。

（3）澆筑過程中，應根據施工工藝和澆筑速度合理安排混凝土供應，避免掉料或現場嚴重壓車。

（4）大體積混凝土應嚴格按照施工方案和溫控措施做好混凝土施工、溫度監控和養護工作。

通過嚴格控制原材料進場、生產、澆筑、養護等環節的關鍵要點，杉板橋路9號主墩承臺高等級大摻量礦物摻和料大體積混凝土得以順利澆筑，成型效果良好，符合設計要求（見圖3），得到各方的高度認可。

圖3 成型效果圖

5 結語

本文通過C55自密實混凝土和C50混凝土在成都市杉板橋路改造工程中的應用研究，得到以下結論：

（1）高等級大摻量礦物摻和料大體積混凝土的原材料宜選用低熱水泥、I級風選粉煤灰和S95級礦粉等優質礦物摻合料。硅灰可以改善混凝土的自密實性能和耐久性能。

（2）高等級大摻量礦物摻和料大體積混凝土的配合比設計，齡期應選擇60d或90d。一方面，需要足夠的膠凝材料用量作為混凝土和易性、強度和耐久性能的保障；另一方面，需要提高優質礦物摻合料摻量、減少水泥用量，嚴格控制混凝土早期水化熱，避免出現溫度裂縫。在滿足施工要求的情況下，盡量降低水膠比。普通大體積混凝土宜盡量降低砂率，自密實大體積混凝土宜適當增大砂率。

（3）高等級大摻量礦物摻和料大體積混凝土的質量控制應嚴格控制原材料進場、生產、澆筑、養護等環節。