C70大流態(tài)混凝土在工字梁中的應(yīng)用研究

陶煜峰，董自前，何 濤，鄢生全

(保利長大工程有限公司，廣州 510620)

隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，高強(qiáng)大流態(tài)混凝土應(yīng)用越來越普遍。蒲建明等[1]對(duì)貴陽花果園項(xiàng)目N區(qū)雙子塔外框-核心筒結(jié)構(gòu)采用當(dāng)?shù)鼗炷猎牧吓渲昧薈70高強(qiáng)大流態(tài)免振機(jī)制砂混凝土，并通過多種試驗(yàn)方法對(duì)C70混凝土工作性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，確定了混凝土配合比參數(shù)，并成功應(yīng)用于工程施工。黎明[2]采用常規(guī)混凝土投料工藝措施，研究生產(chǎn)了C80～C100大流態(tài)機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土，并實(shí)現(xiàn)泵送施工，泵送高度達(dá)到166 m。韓濤等[3]研究了在不采用硅灰的情況下，配制高強(qiáng)大流態(tài)混凝土技術(shù)路線，同時(shí)對(duì)于混凝土原材料、配合比參數(shù)等提出了技術(shù)要求。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前高強(qiáng)大流態(tài)混凝土多采用高標(biāo)號(hào)水泥，粉煤灰和礦粉復(fù)摻[4-7]，有些研究也采用硅灰或者微珠[8-10]。論文借鑒現(xiàn)有研究成果，開展C70大流態(tài)混凝土配合比和施工工藝研究。

1 工程概況

該工程為中山西環(huán)高速公路，其預(yù)制梁設(shè)計(jì)為工字梁，采用先張法施工工藝，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C70。斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

相對(duì)常規(guī)混凝土預(yù)制裝配式T梁，其下翼緣馬蹄寬度較大，且因預(yù)應(yīng)力鋼絞線集中布置于下馬蹄處，振動(dòng)棒無法深入振搗。如采用普通混凝土，則會(huì)因工字梁特殊的結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線與鋼筋占據(jù)著工字梁下馬蹄內(nèi)的大部分空間，混凝土無法充盈模板內(nèi)的各個(gè)角落。因此，為保證工程施工質(zhì)量，提高施工效率，需配制自流性良好、抗離散性高、保水性優(yōu)良的混凝土來滿足實(shí)際施工需要。

2 混凝土性能要求與原材料

2.1 混凝土工作性能的確定

根據(jù)CECS 104：99《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定及結(jié)合此工程實(shí)際情況，采用摻高活性礦物材料礦渣粉和粉煤灰、高性能減水劑、優(yōu)質(zhì)的中粗砂和5～20 mm連續(xù)級(jí)配的碎石，在低水灰比的情況下配制坍落度在250 mm、擴(kuò)展度在600 mm以上的大流動(dòng)性高強(qiáng)度混凝土，初凝時(shí)間為6～8 h,終凝時(shí)間10～12 h。

2.2 配制強(qiáng)度的確定

依據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》4.0.1要求，≥C60混凝土配制強(qiáng)度按式(1)確定。

fcu,0≥1.15fcu,k=1.15×70 MPa=80.5 MPa

(1)

所以C70高強(qiáng)度混凝土試配強(qiáng)度需要按照80.5 MPa。

2.3 原材料情況

2.3.1 水泥

水泥采用廣東廣信青洲的金鷹牌PⅡ52.5R水泥及海螺水泥廠的海螺PⅡ52.5R水泥進(jìn)行試驗(yàn)，水泥技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 兩種水泥的技術(shù)指標(biāo)情況

2.3.2 集料

1)細(xì)集料采用Ⅱ區(qū)中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.6～2.9。

2)粗集料采用開平百信石場(chǎng)5～10 mm和10～20 mm碎石摻配成5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎值9.2%。

2.3.3 摻和料

1)礦粉采用唐山曹妃甸盾石S95級(jí)粒化高爐礦渣粉。

2)粉煤灰采用臺(tái)山電廠、恒運(yùn)電廠生產(chǎn)的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰。

2.3.4 外加劑

外加劑為聚羧酸高性能減水劑，減水率>25%，采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司及廣東強(qiáng)仕建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑。

3 工程實(shí)體施工試驗(yàn)

通過前期的室內(nèi)試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)及試配，初步確定C70混凝土的配合比。開展了二次實(shí)體施工確定C70大流態(tài)混凝土在工字梁施工中應(yīng)采用的配合比和采取的澆筑振搗方法。

3.1 第一次澆筑

3.1.1 配合比

第一次工程實(shí)體施工試驗(yàn)采用的C70混凝土配合比見表2，工字梁編號(hào)4-2采用金鷹水泥，工字梁編號(hào)4-3采用海螺水泥，粉煤灰和礦粉復(fù)摻，膠凝材料用量為570 kg，水膠比0.22，砂率37%。

表2 第一次工程實(shí)體試驗(yàn)C70工字梁混凝土配合比表

3.1.2 澆筑過程

1)環(huán)境溫濕度

工字梁第一次澆筑時(shí)間為2021年7月31日20點(diǎn)～2021年8月1日04點(diǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)施工期間溫度為26～30 ℃、濕度為75%～80%。

2)模板處理

現(xiàn)場(chǎng)模板潔凈后涂抹脫模劑，使用的脫模劑為湖南金華達(dá)公司“一品”牌EP-1型脫模劑，涂刷涂膜劑后靜置超過24 h。

3)澆筑工藝

工字梁施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑采用吊斗裝卸料進(jìn)行澆筑，兩片梁同時(shí)進(jìn)行，混凝土分三層進(jìn)行澆筑(底板→腹板→頂板)，施工順序?yàn)橄葷仓A(yù)制梁底板(馬蹄部分)，采用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗一遍，然后采用附著式輔助振動(dòng)器進(jìn)行振搗20 s；第二層澆筑為梁的腹板混凝土，用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗一遍，第三層澆筑為梁的頂面板混凝土，用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗密實(shí)。

施工混凝土和易性檢測(cè)：4-2梁坍落度260 mm，坍落擴(kuò)展度780 mm；4-3梁坍落度240 mm，坍落擴(kuò)展度600 mm。

4)拆模效果

工字梁拆模后外觀顏色不均，一是混凝土外觀有水痕；二是脫模劑涂刷后雨水沖刷、灰塵占附，有明顯脫模劑痕跡；三是施工時(shí)間過長，有明顯的施工縫，上下層混凝土色差較明顯。

3.1.3 混凝土強(qiáng)度

1)混凝土試件強(qiáng)度

混凝土試件強(qiáng)度進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度(蒸養(yǎng))及試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的檢測(cè)，見表3，蒸養(yǎng)后混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到放張要求(強(qiáng)度≥60 MPa)。

表3 第一次工程實(shí)體試驗(yàn)C70工字梁混凝土抗壓強(qiáng)度

2)混凝土無損檢測(cè)強(qiáng)度

工字梁拆模后對(duì)梁體進(jìn)行了回彈強(qiáng)度檢測(cè)，回彈檢測(cè)依據(jù)《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 294—2013。具體回彈強(qiáng)度值見表4。

表4 第一次工程實(shí)體試驗(yàn)C70工字梁混凝土回彈強(qiáng)度表

3.2 第二次澆筑

3.2.1 配合比

第二次工程實(shí)體施工試驗(yàn)采用的C70混凝土配合比見表5，工字梁編號(hào)4-4采用金鷹水泥，工字梁編號(hào)4-5采用海螺水泥，粉煤灰和礦粉復(fù)摻，膠凝材料用量為570 kg，水膠比0.22，砂率37%。

表5 第二次C70工字梁混凝土配合比表

3.2.2 澆筑過程

1)環(huán)境溫濕度

工字梁第二次澆筑時(shí)間為2021年10月3日19點(diǎn)50分～2021年10月4日03點(diǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)施工期間溫度為26～31 ℃、濕度為75%～82%。

2)模板處理

現(xiàn)場(chǎng)模板潔凈后涂抹脫模劑，使用的脫模劑為湖南金華達(dá)公司“一品”牌EP-1型脫模劑。

3)澆筑工藝

工字梁施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑采用吊斗裝卸料進(jìn)行澆筑，兩片梁分先后連續(xù)澆筑。混凝土分三層進(jìn)行澆筑(底板→腹板→頂板)，施工順序?yàn)橄葷仓A(yù)制梁底板(馬蹄部分)，采用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗一遍，然后采用附著式輔助振動(dòng)器進(jìn)行振搗20 s；第二層澆筑為梁的腹板混凝土，用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗一遍，第三層澆筑為梁的頂面板混凝土，用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗密實(shí)。

施工混凝土和易性檢測(cè)：4-4梁坍落度235 mm，坍落擴(kuò)展度560 mm；4-5梁坍落度230 mm，坍落擴(kuò)展度540 mm。

4)拆模效果

工字梁拆模后外觀顏色不均，混凝土坍落擴(kuò)展度偏小，底板倒角處氣泡較多，局部出現(xiàn)蜂窩現(xiàn)象，主要原因是混凝土工作性能控制不佳，有一定的泌水現(xiàn)象。

3.2.3 混凝土強(qiáng)度

1)混凝土試件強(qiáng)度

混凝土試件強(qiáng)度進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度(蒸養(yǎng))及試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的檢測(cè)，見表6，蒸養(yǎng)后混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到放張要求(強(qiáng)度≥60 MPa)。

表6 第二次試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度

2)混凝土無損檢測(cè)強(qiáng)度

工字梁拆模后對(duì)梁體進(jìn)行了回彈強(qiáng)度檢測(cè)，回彈檢測(cè)依據(jù)《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 294—2013。具體回彈強(qiáng)度值見表7。

表7 第二次試驗(yàn)回彈強(qiáng)度

4 施工分析總結(jié)

在二次工字梁施工中，對(duì)各種脫模劑、施工工藝、外加劑、混凝土和易性等進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)了大流態(tài)混凝土配合比在工字梁實(shí)體中的實(shí)用性、可操作性，通過上述工字梁的混凝土施工，得出如下結(jié)論：

1)大流態(tài)混凝土應(yīng)按4-2、4-5梁的配合比進(jìn)行施工，膠凝材料以570 kg/m3(470+40+60)為宜；

2)施工混凝土和易性的控制：坍落度240～260 mm，坍落擴(kuò)展度600～700 mm。底板混凝土的坍落度控制在(255±5)mm、坍落擴(kuò)展度控制在650～700 mm，易于填充底板倒角空間，減少倒角面大氣泡的形成。工字梁頂面設(shè)計(jì)橫坡，頂板混凝土的坍落度控制在240～245 mm、坍落擴(kuò)展度控制在600～630 mm，利于頂板混凝土施工橫坡的澆筑形成，保證結(jié)果尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

3)嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)原材料的質(zhì)量，細(xì)集料Ⅱ區(qū)中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.6～2.9，含泥量<2%；粗集料5～20 mm連續(xù)級(jí)配，壓碎值<10%，含泥量<0.5%。

4)混凝土生產(chǎn)過程的控制，保證足夠的攪拌時(shí)間，生產(chǎn)攪拌時(shí)間需≥150 s；保證供應(yīng)及時(shí)，避免施工現(xiàn)場(chǎng)等料的現(xiàn)象。

5)混凝土施工過程施工時(shí)間的控制，需現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)施工工藝，縮短混凝土施工時(shí)間，避免施工縫的產(chǎn)生，避免布料時(shí)殘留于模板的水泥漿風(fēng)干，而產(chǎn)生色差，從而改善混凝土外觀質(zhì)量。

6)混凝土振搗工藝的控制，遵循分層澆筑、附著式與插入式結(jié)合方式，并采用快插慢提工藝，充分引出混凝土中的氣泡。混凝土宜分三層進(jìn)行澆筑(底板→腹板→頂板)，施工順序?yàn)橄葷仓A(yù)制梁底板(馬蹄部分)，采用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗一遍，然后采用附著式輔助振動(dòng)器進(jìn)行振搗20 s(附著式振搗采用間隔式振搗，先振搗10 s停10 s后再振搗10 s)；第二層澆筑為梁的腹板混凝土，用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗一遍；第三層澆筑為梁的頂面板混凝土，用ZN-50型行星式高頻振動(dòng)棒進(jìn)行振搗密實(shí)，振搗位置間隔不超過30 cm，避免漏振出現(xiàn)蜂窩麻面的現(xiàn)象。

5 結(jié) 語

通過在廣東省中山市西環(huán)高速公路的工字梁施工的工程總結(jié)以及一系列的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，C70大流態(tài)混凝土配合比在預(yù)制工字梁實(shí)體中的實(shí)用性高，強(qiáng)度穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)，施工工藝簡單，具備較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，也可以應(yīng)用于其他內(nèi)部空間狹窄的結(jié)構(gòu)物中，具有較強(qiáng)的借鑒、參考意義。但是混凝土外觀質(zhì)量尚存在缺陷，需進(jìn)一步研究提高。