C80超長(zhǎng)保坍自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究

楊 朋,夏 銀,馮 青

（1.貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001; 2.貴州科筑創(chuàng)品建筑技術(shù)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

該文根據(jù)混凝土的施工工藝及相關(guān)的技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)了C80自密實(shí)超長(zhǎng)保坍混凝土配合比，根據(jù)基準(zhǔn)配合比調(diào)整了混凝土的工作性能。在滿(mǎn)足工作性能的基礎(chǔ)上調(diào)整了混凝土的保坍時(shí)間，根據(jù)保坍時(shí)間、工作性能、抗壓強(qiáng)度確定合理的施工配合比，混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)完全滿(mǎn)足倒灌式施工工藝的要求。

1 項(xiàng)目概況及混凝土施工工藝

1.1 項(xiàng)目概況

（1）凱里同心村2號(hào)大橋?yàn)楠?dú)塔鋼管混凝土斜拉橋，全橋長(zhǎng)176 m，寬29 m（該橋的結(jié)構(gòu)布置為：2.5 m寬度人行道+10 m寬度的車(chē)行道+4.5 m應(yīng)力拉索區(qū)+10 m寬度的車(chē)行道+2.5 m寬度的人行道），主跨+邊跨=97 m+62.5 m，主跨拉索采用單索面，邊跨拉索采用雙索面。

（2）將同心村2號(hào)橋進(jìn)行改造：原橋索塔拆除，重新安裝新索塔，新索塔外觀與原索塔相同，但鋼管壁厚改用34 mm，且在原索塔與新索塔拼接的7 m范圍內(nèi)索塔鋼管截面增大到1 940 mm，改造后新索塔的承載能力較原橋索塔提高60%。利用原橋主梁，在主跨范圍內(nèi)，增加縱橫梁，提高原主梁抗扭剛度。

（3）主塔為三肢鋼管立柱，邊跨單根鋼管混凝土用量約為73.6 m3，主跨鋼管混凝土用量約為76.8 m3，主塔三根鋼管立柱混凝土總用量約224 m3。混凝土設(shè)計(jì)要求為C80自密實(shí)混凝土。

1.2 混凝土施工工藝

（1）鋼管內(nèi)混凝土采用泵送頂升澆筑法進(jìn)行，泵送頂升時(shí)在鋼管接近橋面約1.6 m標(biāo)高位置預(yù)留混凝土材料的進(jìn)口，輸送泵的泵管直接與該進(jìn)料口連接，由輸送泵將混凝土自下而上泵入橋梁主塔的鋼管內(nèi)。

（2）主塔每根肢管灌注混凝土?xí)r須連續(xù)灌注，由于主塔高度最高達(dá)56.6 m，混凝土泵送時(shí)為避免堵管及管壓不足等可能出現(xiàn)的情況，施工時(shí)在距離塔底約32 m處設(shè)置一備用進(jìn)料口，當(dāng)管壓不足時(shí)立即啟用備用進(jìn)料口進(jìn)行混凝土的泵送施工。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T283—2012）[1]。

（2）《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55—2011）[2]。

（3）《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3650—2020）[3]。

（4）《混凝土外加劑技術(shù)實(shí)用大全》。

（5）同心村2號(hào)大橋主塔混凝土泵送施工方案。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)要求

（1）強(qiáng)度指標(biāo)：≥92 MPa。

（2）坍落度指標(biāo)：≥270 mm。

（3）擴(kuò)展度指標(biāo)：650~755 mm。

（4）保坍時(shí)間：10 h內(nèi)無(wú)坍落度及擴(kuò)展度損失。

（5）坍落度倒筒時(shí)間：≤3 s，6 h坍落度倒筒時(shí)間：≤5 s。

（6）工作性能：流動(dòng)性、黏聚性、保坍性、保水性、包裹性能良好，無(wú)離析、無(wú)抓底[4]。

2.3 原材料選擇

總體選取原則：材料質(zhì)量穩(wěn)定，技術(shù)成熟，具有實(shí)用先例，就地取材，樣品易取易得。

2.3.1 水泥選擇

目前建筑工程市場(chǎng)52.5級(jí)水泥應(yīng)用并不廣泛，大部分水泥廠沒(méi)有生產(chǎn)52.5級(jí)水泥，需要單獨(dú)定制化加工。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研：貴陽(yáng)海螺水泥市場(chǎng)應(yīng)用廣泛，擬選擇該水泥開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)。

2.3.2 砂石材料選擇

經(jīng)調(diào)查，湄潭縣江北料場(chǎng)砂石材料極為穩(wěn)定，巖石母材強(qiáng)度140 MPa左右，擬選取該料場(chǎng)開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)。

2.3.3 硅灰選擇

在高強(qiáng)超大流態(tài)混凝土中摻加一定數(shù)量硅灰可有效提高混凝土的強(qiáng)度，降低混凝土的黏性，便于混凝土的施工，擬選取貴州路橋沿河沙坨特大橋項(xiàng)目使用的成都恒瑞源環(huán)保材料有限公司生產(chǎn)的硅灰。

2.3.4 摻和料選擇

在高強(qiáng)超大流態(tài)混凝土中摻加一定數(shù)量的摻合料，可以改善混凝土的工作性能及耐久性，一般來(lái)說(shuō)配制高強(qiáng)混凝土應(yīng)使用活性較好的礦物摻合料，擬選擇貴州路橋沿河沙坨特大橋項(xiàng)目使用效果不錯(cuò)的供應(yīng)商成都恒瑞源環(huán)保材料有限公司生產(chǎn)的微珠粉煤灰。

2.4 原材料質(zhì)量要求

（1）巖石母材：巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度之比不應(yīng)小于1.5，即針對(duì)C80混凝土應(yīng)不小于120 MPa，堿活性滿(mǎn)足要求。

（2）粗骨料：最大公稱(chēng)粒徑≤16 mm，針片狀顆粒含量≤7%，含泥量（重量比） ≤0.5%，泥塊含量（重量比）≤0.25%，壓碎指標(biāo)≤10%，級(jí)配合格。

（3）細(xì)骨料：亞甲藍(lán)值≤0.5，細(xì)度模數(shù)≤2.9，0.075 mm以下含量10%左右，壓碎值≤10，級(jí)配合格。

（4）水泥：滿(mǎn)足GB175—2007要求。

（5）硅灰：滿(mǎn)足GB/T18736—2017要求。

（6）微珠：滿(mǎn)足GB/T1596—2017中Ⅰ類(lèi)要求。

（7）減水劑：滿(mǎn)足GB8076—2008聚羧酸高性能減水劑要求，同時(shí)要求超長(zhǎng)保坍時(shí)間6 h（6 h內(nèi)無(wú)坍落度損失及擴(kuò)展度損失），減水率大于35%。

2.5 原材料檢驗(yàn)結(jié)果

（1）巖石母材檢驗(yàn)結(jié)果：抗壓強(qiáng)度130 MPa 左右，無(wú)堿活性。

（2）粗骨料：針片狀含量0.8%，含泥量0.3%，泥塊含量0.0%，壓碎值8.1%。

（3）細(xì)骨料：亞甲藍(lán)值0.4，細(xì)度模數(shù)2.8，壓碎值8.2%，0.075 mm以下含量4.5%，級(jí)配合格。

（4）水泥：初凝時(shí)間180 min，終凝時(shí)間240 min，安定性合格，比表面積368 kg/m2，3天抗折強(qiáng)度5.1 MPa，28天抗折強(qiáng)度8.4 MPa，3天抗壓強(qiáng)度29.7 MPa，28天抗壓強(qiáng)度55.3 MPa，氯離子含量0.027%，堿含量0.60%。

（5）硅灰：氯離子含量0.074%，3天活性指數(shù)92%，7天活性指數(shù)98%，28天活性指數(shù)119%。

（6）微珠粉煤灰：需水量比90%，燒失量1.87%，28天活性指數(shù)119%[5]。

（7）減水劑：減水率41%，7天抗壓強(qiáng)度比159%，28天抗壓強(qiáng)度比155%[6]。

2.6 混凝土配合比設(shè)計(jì)

（1）選擇基準(zhǔn)混凝土配合比，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整其工作性能：

1）C80自密實(shí)混凝土基準(zhǔn)配合比工作性能調(diào)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 基準(zhǔn)配合比數(shù)據(jù)表

2）結(jié)論：混凝土偏稠，倒筒時(shí)間偏長(zhǎng)，坍落度偏小，包裹性能一般，擬通過(guò)減少水泥用量，增加硅灰和微珠粉煤灰的用量以降低混凝土的稠度，減少小碎石用量，增加中碎石用量從而降低碎石的比表面積，改善混凝土的包裹性能。

（2）根據(jù)基準(zhǔn)配合比，調(diào)整水膠比從0.25增加至0.31對(duì)比混凝土的強(qiáng)度及工作性能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 混凝土工作性能及強(qiáng)度對(duì)比表

1）水膠比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)如圖1。

圖1 水膠比與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

2）結(jié)論：水膠比0.25、0.27、0.29三個(gè)配合比混凝土28天抗壓強(qiáng)度均能滿(mǎn)足試配強(qiáng)度的要求；水膠比0.31配合比混凝土28天抗壓強(qiáng)度不能滿(mǎn)足試配強(qiáng)度的要求；水膠比0.25的配合比混凝土過(guò)于黏稠，不宜選用；四個(gè)配合比混凝土保坍時(shí)間均只能達(dá)到3 h，達(dá)不到6 h。擬選擇水膠比0.27的混凝土配合比，通過(guò)調(diào)整減水劑的配比調(diào)整混凝土的保坍時(shí)間。

（3）混凝土保坍時(shí)間調(diào)整如表3。

表3 混凝土保坍時(shí)間調(diào)整表

結(jié)論：1#配合比保坍時(shí)間在3~6 h，2#配合比保坍時(shí)間6~9 h，3#、4#配合比保坍時(shí)間大于9 h。因此選擇2#配合比對(duì)應(yīng)的減水劑保坍時(shí)間滿(mǎn)足施工要求。

2.7 確定施工配合比

根據(jù)混凝土工作性能、強(qiáng)度、保坍時(shí)間確定施工配合比如表4。

表4 選定的施工配合比表

3 總結(jié)

（1）C80超長(zhǎng)保坍自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)滿(mǎn)足泵送頂升法施工工藝的技術(shù)要求，混凝土在自重及泵送頂升施工過(guò)程中受到較大的壓力，相對(duì)于混凝土從上往下澆筑，混凝土更加密實(shí)，不需人工振搗，消除了人工因素對(duì)混凝土質(zhì)量的影響。

（2）混凝土采用泵送頂升法進(jìn)行澆筑，該C80自密實(shí)混凝土為超大流態(tài)，不能簡(jiǎn)單以混凝土重量推定施工的難度，流態(tài)物質(zhì)的壓強(qiáng)與總重量沒(méi)有關(guān)系，與澆筑結(jié)構(gòu)物的直徑?jīng)]有關(guān)系，而是取決于泵送高度、混凝土與管壁的摩擦力以及混凝土的黏聚性。

（3）混凝土的保坍時(shí)間根據(jù)單次聯(lián)系澆筑混凝土的總時(shí)間確定，必須保證單次澆筑混凝土的總時(shí)間內(nèi)混凝土沒(méi)有坍落度及擴(kuò)展度損失。

（4）聚羧酸高性能減水劑保坍時(shí)間必須在6 h以上，減水率必須達(dá)到35%，方能滿(mǎn)足要求。

（5）針對(duì)高強(qiáng)混凝土，非標(biāo)準(zhǔn)試模與標(biāo)準(zhǔn)試模在規(guī)范上沒(méi)有強(qiáng)度換算系數(shù)，必須選用邊長(zhǎng)15 cm的標(biāo)準(zhǔn)試模開(kāi)展試驗(yàn)工作。

（6）壓高強(qiáng)混凝土的壓力機(jī)必須墊鋼板，鋼板的硬度必須滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（7）該技術(shù)為超高強(qiáng)、超大流態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)提供參考和借鑒，證明了混凝土泵送頂升澆筑法施工工藝技術(shù)完全可行。