梨川大橋C60 大體積混凝土應(yīng)用技術(shù)總結(jié)

潘亞波，張健，李德志

（1. 廣州市三駿建材科技有限公司，廣東 廣州 511370；2. 東莞市交港建材有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

東莞市東江梨川大橋，位于東莞城區(qū)北部，是東莞市“十二五”規(guī)劃重點建設(shè)項目，同時也是東莞市中心城區(qū)連接廣州的重要通道。該工程東莞水道主橋，采用“主跨 138m無背索曲塔曲梁鋼與混凝土結(jié)合斜拉橋”，塔、梁、墩固接，傾斜鋼殼混凝土曲塔配鋼混凝土結(jié)合曲梁，塔、索、梁呈豎琴式布置，為國內(nèi)首創(chuàng)。主橋下部結(jié)構(gòu)為 V 型預(yù)應(yīng)力混凝土實體墩，V 型墩及箱梁 0# 段均為 C60 大體積預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土采用攪拌站生產(chǎn)，混凝土罐車運送至施工地點，汽車泵泵送澆筑施工。

CTF 混凝土增效劑是近年來出現(xiàn)的一種新型外加劑，目前已被廣泛使用，特別是針對高強大體積混凝土施工，它的使用能夠減少混凝土中膠材使用量，改善混凝土和易性，有效控制混凝土裂紋的產(chǎn)生，對混凝土施工性能和耐久性具有顯著的提升作用[1-4]。

本文介紹了 C60 大體積混凝土從原材料選擇、配合比優(yōu)化、施工過程控制措施等，并針對該大橋使用的 C60 大體積混凝土泵送施工困難問題，引入了 CTF 混凝土增效劑，全面提升混凝土整體質(zhì)量作為介紹。

1 混凝土施工特點

（1）高強大體積混凝土配合比一般都具有低水膠比、水化放熱量大、絕熱溫升高、溫度收縮應(yīng)力大等特點，如何控制因體積收縮和溫度收縮而產(chǎn)生的裂縫，成為混凝土配合比設(shè)計中的難點。

（2）該工程工期緊張，要求懸澆量段 7d 具備張拉條件，即抗壓強度大于設(shè)計強度的 90% 以上，28d 設(shè)計強度達到 75MPa 左右，彈性模量同比增長，28d＞35000MPa。

（3）混凝土中膠凝材料用量過大，水膠比低，新拌混凝土粘聚性較大，對新拌混凝土泵送施工具有一定的困難。另外，混凝土施工處于夏秋高溫季節(jié)施工，加大了配合比設(shè)計的難度。

2 配合比優(yōu)選控制

2.1 原材料控制

（1）水泥作為混凝土中的重要組分，尤其是在高強大體積混凝土中選擇合適的水泥尤為重要。水泥宜選用水化熱低，凝結(jié)時間長的中熱硅酸鹽水泥、礦渣水泥等。

（2）減水劑：減水率應(yīng)大于 25%，坍落度 1h 損失不宜大于 20mm，12h 以上的緩凝時間，且其中堿、氯離子含量不得大于膠材的 0.02%。

（3）粉煤灰，一方面降低初凝期水化熱，另一方面，摻合料的填充作用和二次水化作用，減少混凝土孔隙率并改善孔徑分布，提高混凝土的自身防護能力。粉煤灰及未水化的水泥顆粒能對微裂紋具有自愈合的功能，還能明顯抑制混凝土堿骨料反應(yīng)，預(yù)應(yīng)力混凝土中粉煤灰摻量應(yīng)控制在 30% 以內(nèi)。通過試配情況，選用 Ⅱ 粉煤灰即可。

（4）礦粉：具備較為優(yōu)異的早期強度和耐久性，礦粉細度越大，體積收縮越大，活性也越高，增強作用明顯，其早期增強作用明顯高于粉煤灰，但當(dāng)比表面積過大時，摻量過高會導(dǎo)致混凝土開裂，因而，應(yīng)合理控制礦渣粉摻量與細度（細度不宜超過 420m2/kg)。

（5）粗骨料：堆積密度宜大于 1500kg/m3，孔隙率不超過 40%，粒徑宜控制 5～25mm，壓碎值不大于 10%，吸水率不大于 2%，針片狀顆粒不超過 5%，宜使用碎石。

（6）細骨料：使用級配良好、干凈的河砂，中粗砂即可。

2.2 配合比優(yōu)化的關(guān)鍵指標(biāo)

2.2.1 膠材用量

在滿足混凝土達到設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，控制膠凝材料最低使用量，并盡可能減少水泥用量，提高摻合料的摻量。配比設(shè)計中不宜過分追求混凝土的高強。

2.2.2 水膠比（W/B）

水膠比應(yīng)盡可能降低。若 W/B 過大，多余的水在混凝土硬化后形成氣孔，減少了混凝土抵抗荷載作用的有效截面在空隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。W/B 控制在 0.24～0.36 范圍內(nèi)，使用優(yōu)質(zhì)高效減水劑，盡可能降低拌合用水，并控制混凝土早期強度，保證混凝土 28d 強度控制在 70MPa 以上。

2.2.3 礦物摻合料

兩種摻合料復(fù)合摻入，具有優(yōu)勢互補、復(fù)合疊加的作用。復(fù)合礦物摻合料與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣，能有效改善混凝土中漿體與骨料的界面過渡區(qū)性能；此外，由于摻合料良好的填充作用，在提高混凝土拌合物和易性的同時，能降低水化熱，對大體積混凝土裂紋產(chǎn)生具有良好的抑制作用。

2.2.4 砂率

水泥漿不變的情況下，砂率若過大，表面砂漿層過厚，對耐磨、減水收縮不利，且混凝土的抗裂能力隨粗骨料的增加而增加，因而在保證滿足混凝土工作性能的前提下，應(yīng)盡量減少砂率，以提高強度及抗裂性。

2.2.5 粗骨料強度及級配

抗壓破壞極少發(fā)生在漿骨界面，主要是表現(xiàn)為粗骨料顆粒徑與膠材一起發(fā)生的貫穿性破壞裂縫，表明粗骨料的強度、彈性模量是影響高強混凝土力學(xué)性能的重要指標(biāo)。

另外，級配良好的粗骨料減少了孔隙率，降低水泥砂漿用量，節(jié)約水泥降低成本，從而減少收縮徐變，降低水化熱，提高強度、彈性模量并提高混凝土的和易性。

2.2.6 集灰比（骨膠比）

W/B 一定時，隨集灰比增長，混凝土強度呈現(xiàn)增長趨勢，這與集料數(shù)量增大，集料吸收的水分量增大，實際水膠比變小和混凝土內(nèi)部總孔隙率減少有關(guān)。

2.2.7 CTF 混凝土增效劑

CTF 混凝土增效劑作為一種新型外加劑，能在有效降低混凝土中水泥的基礎(chǔ)上，顯著改善混凝土和易性，特別是在高強大體積混凝土中，因減少過多的水泥產(chǎn)生的水化熱，明顯控制后期裂紋的產(chǎn)生，能滿足高強大體積混凝土“低水泥用量”的設(shè)計理念。

3 原材料及配合比設(shè)計

3.1 原材料

3.1.1 水泥

華潤水泥有限公司生產(chǎn)的 P·Ⅱ42.5R 硅酸鹽水泥，其技術(shù)性能見表1。

表1 水泥的物理性能

3.1.2 粉煤灰

本實驗中采用廣州運宏 Ⅱ 級粉煤灰，密度 2.40g/m3，需水量比 102%，燒失量為 2.8%，細度（0.045 mm方孔篩）為19.5%。

3.1.3 礦粉

采用東莞正盈 S95 級礦粉，比表面積為 400m2/kg，7d 抗壓強度為 82%，28d 抗壓強度為 101%。

3.1.4 粗骨料

博羅石灰質(zhì)碎石，粒徑范圍 5～25mm，表觀密度為2650kg/m3，堆積密度 1510kg/m3，連續(xù)級配，含泥量 0.5%，針片狀含量 4.5%，壓碎指標(biāo) 6.9%。

3.1.5 細骨料

西江中砂，粒徑小于 5mm，表觀密度為 2620kg/m3，細度模數(shù) Mx=2.7， 含泥量 0.3%。

3.1.6 減水劑

東莞市寮步新型建筑材料廠生產(chǎn)，F(xiàn)PC—1000 聚羧酸系緩凝型高性能減水劑，減水率為 27%，固含量 10.7%；

3.1.7 CTF 混凝土增效劑

廣州市三駿建材科技有限公司生產(chǎn)的一種以聚合物為主體的高效復(fù)合混凝土外加劑，產(chǎn)品為半透明液體，密度為（1.005±0.020）g/cm3，pH值為 10.0±1.0，不含氯離子等對混凝土有害的成分，在混凝土中的摻量為膠凝材料的0.6%～1.0%。

3.2 配合比設(shè)計

配合比設(shè)計以耐久性、經(jīng)濟性為原則，通過提高摻合料摻量，降低水泥用量，盡可能的控制膠材總量。本實驗中為了配制出滿足強度等級要求的混凝土，根據(jù)前期實驗的多組交叉試配結(jié)果進行篩選，確定總膠材量在 530kg/m3左右，砂率為 0.35，通過配合使用高效減水劑，為了保證混凝土達到工地的泵送需求，前期混凝土坍落度控制在 (220±100)mm，擴展度維持在 500～550mm。

試驗中，從混凝土的坍落度、擴展度、強度及坍落度損失方面進行了對比，確定了混凝土的基準(zhǔn)配比（未摻加 CTF混凝土增效劑），將摻加 CTF 混凝土增效劑的配比作為對比樣。

加入 CTF 混凝土增效劑后，減少水泥用量的 10% 左右，為了盡可能的減少水泥用量，試驗中適當(dāng)增加了礦粉用量，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整用水量，保持水膠比在一定范圍內(nèi)，將減少的重量（膠材用量與用水量總和）分別加到骨料中，保持砂率一致。試驗中，通過調(diào)節(jié)砂率、用水量和減水劑摻量，確?；炷粱鶞?zhǔn)與對比樣一致，具體的混凝土配合比設(shè)計如表2 所示。

本實驗中的配比是經(jīng)過了實驗室的反復(fù)試驗得出，工作性能及強度方面等方面都滿足了施工技術(shù)要求，可確定配合比進行量化生產(chǎn)。

表2 混凝土配合比

從前期混凝土試配對比方面，對于高強大體積混凝土，在加入了 CTF 混凝土增效劑后，混凝土減少了膠材（主要是水泥）用量，因增效劑的超強分散作用，使得混凝土內(nèi)部的膠凝材料分散更為均勻，水化作用也更為充分，新拌混凝土和易性良好。與基準(zhǔn)相比較，新拌混凝土料更柔和，粘聚性顯著降低，更易于泵送施工。

混凝土在到達工地后，基準(zhǔn)和對比樣坍落度損失均小于20mm，坍落度控制在 200mm，其中加了 CTF 混凝土增效劑的混凝土，其可泵性、施工性均完全滿足工地的施工要求，試塊強度亦達到設(shè)計要求；另外，拆模后，也沒出現(xiàn)明顯的可見裂紋，對比基準(zhǔn)混凝土，根據(jù)以往的工程案例，裂縫確實得到了很明顯的改善。

4 施工過程控制

4.1 原材料降溫

由于施工正處于初秋季節(jié)，廣東地區(qū)日平均氣溫均在25℃ 以上，為了降低入模溫度，混凝土施工定在夜間施工為主。原材料降溫方面，利用地下水不間斷的為碎石降溫，同時，在拌合用水中加冰塊進行冷卻，用冰水混合物拌合混凝土?；炷潦┕つ０宀捎娩撝颇０澹岳诨炷辽?。

4.2 混凝土運輸與澆筑

混凝土入模的坍落度應(yīng)根據(jù)運輸、泵送和施工進度來綜合安排確定。泵送前，混凝土在罐車內(nèi)須高速攪拌，確?；炷恋木鶆蛐浴８邚姶篌w積混凝土粘度大、坍損快，采取分層澆筑時，為了保證混凝土澆筑的合理銜接時間，注意上下層混凝土必須在終凝前完成，每層澆筑厚度控制在300～500mm，確保混凝土初凝前覆蓋第二層并加強交界面的穿插振搗工作，適當(dāng)延長振搗時間。

混凝土澆搗時，應(yīng)按照規(guī)范控制混凝土自由傾落，保證混凝土不因拋落過程中被鋼筋分散。振搗采取快插慢拔，按順序進行，不因遺漏或過振。

4.3 混凝土降溫

混凝土導(dǎo)熱性能差，水泥水化初期不宜散熱，溫度升高快，加速了水化進程，導(dǎo)致水化熱過于集中，內(nèi)外溫差擴大。澆筑前混凝土應(yīng)預(yù)埋設(shè)冷卻水管，用連續(xù)流動的冷水可以降低混凝土內(nèi)部的溫度。

在橋墩大體積混凝土中，通過預(yù)埋循環(huán)降溫水管，施工中對混凝土內(nèi)外溫差進行檢測，采用循環(huán)冷卻水合理控制芯部溫度及內(nèi)外溫差。在澆筑中，混凝土覆蓋冷卻水管后即可開始通水，通水持續(xù)時間應(yīng)保證混凝土第二次溫升不超過初次溫升，并時刻測試混凝土內(nèi)部各測點溫度，若溫度出現(xiàn)異常情況，應(yīng)控制循環(huán)水流速，保證混凝土合理降溫速率。

4.4 拆模與養(yǎng)護

大體積混凝土澆筑周期長，對養(yǎng)護工藝要求更為嚴格，養(yǎng)護重點在于混凝土的保溫保濕。澆筑完畢后的混凝土，應(yīng)在 12h 加以覆蓋并澆水養(yǎng)護，要保證內(nèi)外溫差小于 25℃，且要保持二次水化過程中需要有充足的水分，因而保濕時間應(yīng)盡量延長，保濕養(yǎng)護的時間一般不得少于 14d，并經(jīng)常檢查養(yǎng)護措施的完好情況，保持混凝土表面處于良好的潤濕狀態(tài)，避免干縮，使混凝土強度增長以抵抗開裂應(yīng)力。

5 結(jié)語

大橋結(jié)構(gòu)施工中，通過施工過程的嚴格控制，達到了前期設(shè)計要求：工作性能良好，強度、彈性模量、施工周期等都滿足設(shè)計要求，混凝土未出現(xiàn)溫度裂縫和收縮裂縫，且經(jīng)濟效益明顯，由此得出如下結(jié)論：

（1）高強大體積混凝土對原材料的要求更為嚴格，只有通過從正確的原材料選擇，合理的配合比設(shè)計，科學(xué)的施工過程控制以及嚴格的后期養(yǎng)護措施這幾方面多管齊下，才能保證生產(chǎn)質(zhì)量合格的混凝土。

（2）CTF 混凝土增效劑在高強大體積混凝土應(yīng)用中，能降低混凝土粘聚性，使得混凝土易于泵送施工，且能大量減少混凝土中水泥用量，降低水化熱，從而能有效減少裂縫的生成，對提高混凝土耐久性方面具有顯著作用，具備客觀的經(jīng)濟性。

[1] 舒懷珠.商品混凝土使用技術(shù)讀本[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2012.

[2] 李恒峰.CTF 混凝土增效劑在 C50 預(yù)應(yīng)力橋梁中的應(yīng)用[J]. 商品混凝土，2011(7): 66-67.

[3] 潘亞波，楊陽.CTF 混凝土增效劑對水泥及混凝土性能影響研究[J].商品混凝土，2013(9): 56-58.

[4] 梁海區(qū)，李青川，黃崇奕，等.大體積抗?jié)B混凝土在雙擁大橋中的應(yīng)用[J].商品混凝土，2012(9): 56-58.