大體積抗?jié)B混凝土在雙擁大橋中的應(yīng)用

梁海區(qū)，李青川，黃崇奕，劉鑫，李紹新，陳向榮

（1. 廣西魚(yú)峰混凝土有限公司，廣西 柳州 545008；2. 廣西建材科研設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530022）

1 工程概況

柳州雙擁大橋位于柳州市城中區(qū)河?xùn)|新村下茅洲屯附近，大橋呈西北—東南走向，北岸位于鷓鴣江舊碼頭，連接北外環(huán)路；南岸位于下茅洲屯以北，連接雙擁大道，是國(guó)內(nèi)首座單主纜斜吊桿地錨式懸索橋。全橋總長(zhǎng) 1937m，其中主橋長(zhǎng) 510m，為鋼箱結(jié)構(gòu)，主跨 430m，一跨過(guò)江；主塔為 A型三維變截面鋼箱結(jié)構(gòu)，高達(dá) 105m，垂跨比為 1/9，主橋面重量 9000 多噸，南北岸的兩個(gè)重力式錨碇承載著橋面的重量。錨碇是該工程的核心部分和技術(shù)難度系數(shù)最大的部分，每個(gè)錨碇需澆筑 3 萬(wàn)方的混凝土，每次連續(xù)澆筑 2～3 千方，設(shè)計(jì)使用 C30P10 的大體積抗?jié)B混凝土，對(duì)混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)要求極高。

2 原材料

（1）水泥：實(shí)驗(yàn)和施工過(guò)程中采用廣西魚(yú)峰水泥集團(tuán)生產(chǎn)的魚(yú)峰牌 P·Ⅱ42.5 水泥，其技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表 1 所示。

表1 水泥的技術(shù)性能指標(biāo)

（2）粗骨料：粒徑為 5～3.15mm 級(jí)配的碎石，緊密堆積密度 1480kg/m3，表觀密度 2650kg/m3，含泥量 0.8%，泥塊含量為 0。

（3）細(xì)骨料：融安中砂，細(xì)度模數(shù) M=2.8，緊密堆積密度 1520kg/m3，表觀密度 2700kg/m3，含泥量 1.5%，泥塊含量為 0，有機(jī)物含量合格。

（4）礦物摻合料：柳州臺(tái)泥新型建材有限公司出品的S95 級(jí)粒化高爐礦渣粉，粉煤灰來(lái)自來(lái)賓 B 電廠，達(dá)到 Ⅱ 級(jí)指標(biāo)。礦渣和粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)分別見(jiàn)表 2 和表 3。

表2 礦渣粉的技術(shù)指標(biāo) %

表3 粉煤灰的技術(shù)指標(biāo) %

（5）外加劑：減水劑采用山西黃騰（HTHPC）聚羧酸系緩凝高性能減水劑，減水率為 27.8%；混凝土增效劑采用廣州市三駿建材科技有限公司生產(chǎn)的 CTF 增效劑，摻量為膠凝材料用量的 0.6%；膨脹劑使用武漢三源特種建材有限公司生產(chǎn)的 SY-G 系列高性能抗裂膨脹劑，摻量為 6%～8%。

（6）纖維：采用摻聚乙烯纖維，摻量為水泥用量的0.3%～0.5%。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 配合比設(shè)計(jì)

3.1.1 配合比設(shè)計(jì)的要求

在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)雙擁大橋地下錨碇結(jié)構(gòu)混凝土的使用環(huán)境，設(shè)計(jì)的混凝土應(yīng)具有抗?jié)B性及抗侵蝕性。大橋下部構(gòu)造承接著整個(gè)大橋的重量，混凝土體積巨大，施工時(shí)需采用泵送混凝土，并且整個(gè)工期歷時(shí)較長(zhǎng)（跨 4個(gè)季度），綜合以上幾方面考慮，本文根據(jù)工程項(xiàng)目部提出的 C30P10 大體積抗?jié)B混凝土的技術(shù)要求進(jìn)行針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，只要實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠同時(shí)滿(mǎn)足技術(shù)要求，即滿(mǎn)足工程需要，可確定配合比進(jìn)行量化生產(chǎn)。

根據(jù)大體積混凝土的特點(diǎn)，在滿(mǎn)足工程要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)配合比時(shí)考慮采用 CTF 混凝土增效劑，可減少一定的水泥用量，而達(dá)到滿(mǎn)足“低水泥用量”的設(shè)計(jì)理念。按照GB50204-2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[1]關(guān)于粉煤灰混凝土驗(yàn)收的規(guī)定，混凝土強(qiáng)度的驗(yàn)收期定為 60d。其技術(shù)指標(biāo)要求如表 4 所示。

表4 大體積抗?jié)B混凝土的技術(shù)指標(biāo)

3.1.2 試驗(yàn)配合比的確定

根據(jù) JGJ 55-2011 《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[2]，以 W/C=0.47 為中間值增減 0.05，采用水灰比為 0.42、0.47、0.52 進(jìn)行試驗(yàn)。在溫度（20±2)℃、相對(duì)濕度大于 95% 的條件下經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù) 28d，經(jīng)調(diào)整，其試配的配合比用量見(jiàn)表 5。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得新拌混凝土粘聚性、保水性均良好，坍落度見(jiàn)表 5。

表5 C30P10混凝土試配各材料用量 kg/m3

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及生產(chǎn)配合比的確定

3.2.1 凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定

根據(jù) JIS A 1147-2007《混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)方法》[3]，本實(shí)驗(yàn)用 SGO—2000 型混凝土貫入阻力儀進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 6 和圖 1 所示。0.2MPa。因此，設(shè)計(jì)值為 P10，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該≥P12，從表 8和圖 3 可以得出，A、B 配合比都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，考慮大體積混凝土，B 更加合理。

表6 混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)記錄表

圖1 三種配合比凝結(jié)時(shí)間曲線圖

表7 混凝土抗壓試驗(yàn)對(duì)比表

圖2 三種配合比的抗壓強(qiáng)度折線圖

表8 混凝土抗?jié)B試驗(yàn)記錄表 MPa

圖3 三種配合比的抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果直方圖

3.2.4 生產(chǎn)配合比的確定

根據(jù)以上凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B等級(jí)的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，配合比 A 和配合比 B 都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，由于本工程配合比設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是在滿(mǎn)足規(guī)范的前提下，采取低水泥用量的方式，盡量降低大體積混凝土的水化熱，在摻加CTF 混凝土增效劑的基礎(chǔ)上，B 水泥用量少于 A，因此確定B 為最佳配合比，確定其為生產(chǎn)配合比。

4 大體積抗?jié)B混凝土的施工

4.1 冷卻管

在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部最高溫度一般可達(dá) 50～55℃，且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起溫度應(yīng)力[4]。施工時(shí)，采用循環(huán)冷卻水的方式進(jìn)行降溫，冷卻管采用具有一定強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能好的 40×2mm 電焊鋼管。安裝時(shí)應(yīng)保證管道暢通、絲口連接可靠，并經(jīng)通水實(shí)驗(yàn)，防止管道漏水、阻水。

4.2 混凝土的澆筑

混凝土被運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)，采用兩臺(tái)汽車(chē)泵同時(shí)泵送澆筑。澆筑前應(yīng)將前一層混凝土面用水清理干凈，并保持濕潤(rùn)，然后涂刷界面處理劑，保證新老混凝土結(jié)合得更好。

混凝土澆筑層的厚度，應(yīng)不大于振搗棒作用部分長(zhǎng)度的1.25 倍。澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)必須間歇時(shí)，其間歇時(shí)間宜盡量縮短，并應(yīng)在前層混凝土凝結(jié)之前，將次層混凝土澆筑完畢[5]。確保每層混凝土之間的澆筑間歇時(shí)間不超過(guò)混凝土初凝時(shí)間。為了防止出現(xiàn)裂縫，在混凝土初凝前和混凝土預(yù)沉后采取二次抹面壓實(shí)措施。其施工現(xiàn)場(chǎng)圖如圖 4 所示。

圖4 雙擁大橋錨碇施工現(xiàn)場(chǎng)圖

4.3 混凝土的測(cè)溫

混凝土澆筑前應(yīng)預(yù)埋好測(cè)溫管，布置圖見(jiàn)圖 5。由于建筑體積大，混凝土內(nèi)部裝有三層冷卻循環(huán)水管，施工時(shí)，當(dāng)混凝土把冷卻水管完全埋好之后，即可開(kāi)通水閥，進(jìn)行冷卻。如果溫差異常，接近或者超過(guò) 25℃，則將加快循環(huán)水流速，做好表面保溫措施，使整個(gè)過(guò)程在可控范圍內(nèi)。

以圖 5 中點(diǎn) E 軸為例，將 E 測(cè)軸監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)繪成混凝土最高溫度及內(nèi)外溫差曲線（以時(shí)間為 X 軸，最高溫度及里外溫差為 Y 軸），見(jiàn)圖 6。

從圖 6 可以看出，E 軸線內(nèi)部最高溫度為 52.0℃，出現(xiàn)在澆筑后 48h；表面最高溫度出現(xiàn)在澆筑后 64h，為 29℃；溫差最高峰值出現(xiàn)在澆筑之后 48h，為 24.4℃，符合小于 25℃的要求，整個(gè)過(guò)程屬于可控范圍。

混凝土測(cè)溫時(shí)配備專(zhuān)職測(cè)溫人員，按時(shí)按孔測(cè)溫，不得遺漏或弄虛作假。測(cè)溫記錄要填寫(xiě)清楚、整潔。測(cè)溫工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，升溫時(shí)每 2h 測(cè)一次，降溫時(shí)每隔 6h 測(cè)一次，做好記錄后對(duì)比分析是否正常并及時(shí)向負(fù)責(zé)人匯報(bào)。直至混凝土表面與環(huán)境溫差小于 20℃ 并達(dá)到穩(wěn)定方可停止測(cè)溫。測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部最高溫度與表面溫差達(dá)到 25℃ 或溫度異常，應(yīng)及時(shí)通知技術(shù)部門(mén)和項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人采取措施控制。

圖5 錨碇內(nèi)部測(cè)溫管布置及本次施工測(cè)溫區(qū)

圖6 E 軸線測(cè)溫點(diǎn)內(nèi)部溫度—內(nèi)外溫差曲線圖

4.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

工程施工采用循環(huán)冷卻水的方式降低混凝土的芯部溫度，一般情況下，循環(huán)冷卻水的流量應(yīng)控制在 2.2～2.8m3/h 之間[6]，從冷卻管出來(lái)的水蓄養(yǎng)在大體積混凝土表面，出管水溫一般在 50℃ 左右，可以很好降低芯表溫差和表環(huán)溫差。當(dāng)混凝土溫度穩(wěn)定后，在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時(shí)，迅速采用麻布、草簾等材料將暴露面混凝土覆蓋或包裹，再用塑料布或帆布等將麻布、草簾等保濕材料包覆。包覆期間，包覆物應(yīng)完好無(wú)損，彼此搭接完整，內(nèi)表面應(yīng)具有凝結(jié)水珠。有條件地段應(yīng)盡量延長(zhǎng)混凝土的包覆保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間，最短養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于 14d。

5 結(jié)語(yǔ)

雙擁大橋錨碇施工歷時(shí)一年，圖 7 所示為竣工后實(shí)際效果圖。大橋南北岸錨碇共用約 6萬(wàn)方 C30P10 混凝土，對(duì) 600余組混凝土抗壓試塊、150 余組混凝土抗?jié)B試塊進(jìn)行試驗(yàn)，合格率達(dá) 100%；經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)控溫點(diǎn)的監(jiān)控，混凝土的芯表溫差小于 25℃，表環(huán)溫差都未超過(guò) 20℃，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)實(shí)體檢測(cè)，一次性通過(guò)驗(yàn)收。由此可以得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)配合比進(jìn)行大膽的調(diào)整，采用“低水泥用量”的指導(dǎo)思想，通過(guò)使用 CTF 混凝土增效劑成功實(shí)現(xiàn) C30P10 大體積混凝土單方水泥用量降低 15% 左右，并在重要工程的核心部位中運(yùn)用而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也一定程度上降低了生產(chǎn)成本。

圖7 雙擁大橋竣工后實(shí)際效果圖

（2）采用了礦物摻合料大摻量的方式，本試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了40%（粉煤灰+礦粉）的替代率，很好的解決了大體積混凝土水化熱、坍落度損失和成本等一系列問(wèn)題，大大提高了后期強(qiáng)度，改變了現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念。

（3）通過(guò)添加纖維和膨脹劑，可以大大提高混凝土的抗?jié)B和抗裂性能，同時(shí)可以消除因水化熱而引起的應(yīng)力裂縫。

（4）在整個(gè)施工過(guò)程中，測(cè)溫點(diǎn)內(nèi)外溫差均在 25℃ 的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，說(shuō)明配合比設(shè)計(jì)和施工方案合理。

[1]GB 50204-2002. 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[3]JIS A 1147-2007. 混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)方法[S].

[4]吳立業(yè)，高玉良.論大體積混凝土的施工[J].赤峰教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(1): 71-72.

[5]王廣州，葉柏龍.大體積混凝土施工技術(shù)及其應(yīng)用[J].科技咨詢(xún)導(dǎo)報(bào)，2007(22): 193-195.

[6]周凱華，趙菁.論橋梁大體積混凝土施工技術(shù)[J].民營(yíng)科技，2011(4): 229.