混凝土配制技術(shù)在西固黃河大橋高標(biāo)號(hào)大體積混凝土塔柱施工中的應(yīng)用研究

于金琪

（甘肅路橋公路投資有限公司，甘肅蘭州 730030）

混凝土配制技術(shù)在西固黃河大橋高標(biāo)號(hào)大體積混凝土塔柱施工中的應(yīng)用研究

于金琪

（甘肅路橋公路投資有限公司，甘肅蘭州 730030）

西固黃河大橋是蘭州南繞城高速公路建設(shè)項(xiàng)目中的控制性工程，該橋?yàn)楦咚俟房缭近S河而設(shè)，全長(zhǎng)1003m，主橋橋面寬27.5m，為雙塔三跨半漂浮體系結(jié)合梁斜拉橋。主塔橋墩第一節(jié)設(shè)計(jì)為實(shí)心段C50高標(biāo)號(hào)大體積混凝土，為了防止高標(biāo)號(hào)大體積混凝土構(gòu)件在施工過(guò)程中由于水化熱過(guò)高引起內(nèi)外溫差產(chǎn)生裂縫縮短橋梁使用壽命，需對(duì)大體積混凝土配制技術(shù)進(jìn)行深入的研究。本文以西固黃河大橋高標(biāo)號(hào)C50大體積混凝土塔柱為例，分析研究了水泥中C3A含量對(duì)混凝土的影響，并通過(guò)調(diào)整砂率、摻合料以及減水劑等配制C50塔柱大體積混凝土。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)適當(dāng)提高砂率和粉煤灰摻量，并選用緩凝型高性能減水劑有利于提高混凝土的和易性，減小經(jīng)時(shí)坍落度損失。通過(guò)將高標(biāo)號(hào)大體積混凝土配制技術(shù)應(yīng)用于施工過(guò)程中，提高了混凝土性能確保了混凝土施工質(zhì)量。

高標(biāo)號(hào)大體積混凝土 C50 C3A 砂率 粉煤灰

大體積混凝土在施工中最常見(jiàn)的問(wèn)題主要來(lái)自于混凝土的溫縮變形等，大體積混凝土的溫縮變形主要原因有水泥水化熱和外界氣溫變化。混凝土的絕熱溫升的60%以上來(lái)自水泥的水化熱，水泥標(biāo)號(hào)高、單方用量高、C3A和C3S含量高等均會(huì)導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部水化熱升高。并且混凝土C3A含量過(guò)高導(dǎo)致坍落度經(jīng)時(shí)損失增加、水化放熱反應(yīng)量升高、溫峰提前。西固黃河大橋主橋5#墩塔柱實(shí)心段（連同隔板）順橋向?qū)?.81m、橫橋向?qū)?6.88m、厚5.0m，其中一次澆筑4.5m。塔柱實(shí)心段第一節(jié)單次澆筑方量約1162.5m3，為大體積混凝土構(gòu)件。平面尺寸長(zhǎng)寬比大于2：1，長(zhǎng)寬方向膨脹收縮量相差較大，開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)較大。蘭州地區(qū)氣候干燥、多風(fēng)、晝夜溫差大加劇大體積混凝土內(nèi)外溫差梯度，為防止構(gòu)件產(chǎn)生裂縫縮短橋梁使用壽命，需對(duì)高標(biāo)號(hào)大體積混凝土進(jìn)行合理的配制設(shè)計(jì)，以保證混凝土使用壽命和運(yùn)行安全。

1　原材與設(shè)計(jì)要求

1.1原材料

表1　水泥熟料中C3A對(duì)混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失影響

表2　C3A對(duì)減水效果的影響

水泥：祁連山P.Π 52.5水泥，比表面積385m2/kg，28d抗壓強(qiáng)度58.8MPa，初凝時(shí)間109min，終凝時(shí)間182min。粉煤灰：蘭鋁電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度9.5%，需水量比90%，燒失量2.5%。細(xì)集料：華凱河灣砂場(chǎng)中砂，細(xì)度模數(shù)2.6。粗骨料：永靖天熙的粒徑為5-20mm碎石，壓碎值18.5%，針片狀8.3%，含泥量0.7%。減水劑：上海華登建材有限公司緩凝型聚羧酸高性能減水劑，減水率28%。

1.2配制要求

（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50。（2）混凝土出機(jī)坍落度180-220mm，含氣量3.5%-4.5%；1小時(shí)坍落度零損失，含氣量3.0%-4.0%；混凝土緩凝時(shí)間要求達(dá)到20小時(shí)以上。

2　水泥中C3A含量對(duì)混凝土的影響

2.1C3A含量對(duì)混凝土坍落度影響

不同C3A含量對(duì)混凝土的坍落度的影響見(jiàn)表1。相同配合比條件下1#的坍落度損失要明顯小于2#和3#，水泥中C3A的含量越高，混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度損失越大。水泥水化反應(yīng)初期C3A反應(yīng)速度快，可與石膏快速反應(yīng)生產(chǎn)鈣礬石，同時(shí)C3A水化放熱加速水泥水化反應(yīng)進(jìn)程，混凝土凝結(jié)加快、坍落度經(jīng)時(shí)損失加大。

2.2C3A含量對(duì)混凝土水化放熱的影響

隨著C3A含量增加，混凝土放熱量增加且溫峰提前。C3A含量為8.0%和7.1%的溫峰比C3A 含量4.8%的溫峰分別提前24h和12h。水泥四種組分中C3A反應(yīng)速率最大且放熱量多，含量越高混凝土的水化放熱量越多，同時(shí)體系內(nèi)部溫度提高，加速水化反應(yīng)進(jìn)程導(dǎo)致混凝土水化放熱溫峰提前。

2.3C3A含量對(duì)混凝土中減水劑的減水率影響

由表2可以看出，當(dāng)水泥中的C3A含量增大，減水劑的減水效果降低。水泥中C3S、C2S、C4AF、C3A對(duì)減水劑的吸附作用順序?yàn)镃3A＞C4AF＞C3S＞C2S，C3A含量越高對(duì)減水劑的吸附作用越強(qiáng)，從而降低其減水效果。

3　西固黃河大橋C50塔柱混凝土配制

表3　不同砂率C50混凝土配合比

蘭州地區(qū)河砂存在天然級(jí)配不良現(xiàn)象，在考慮到大體積混凝土水化熱問(wèn)題同時(shí)，混凝土的工作性也是大體積混凝土配制的關(guān)鍵。C50塔柱大體積混凝土澆筑過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)混凝土的流動(dòng)性和經(jīng)時(shí)坍落度損失都提出較高的要求，下面從砂率、粉煤灰摻量和減水劑選用三個(gè)方面進(jìn)行調(diào)試。

表4　不同粉煤灰摻量的混凝土配合比

表5　外加劑組分調(diào)整抑制C3A對(duì)混凝土影響

3.1不同砂率對(duì)C50混凝土的影響

由表3和圖1可知：PB1的工作性最好且強(qiáng)度高。PB2的漿體的流動(dòng)性差、工作性不良；PB3漿體富裕，混凝土易產(chǎn)生表層龜裂和砂線。細(xì)集料存在天然的級(jí)配不良現(xiàn)象，砂率過(guò)低粗集料表面缺乏足夠的砂漿潤(rùn)滑膜，導(dǎo)致混凝土和易性變差；適當(dāng)提高砂率可以解決由于細(xì)集料的級(jí)配不良引起的混凝土和易性變差問(wèn)題同時(shí)提高混凝土的流動(dòng)性。但砂率過(guò)高易導(dǎo)致漿體富裕且強(qiáng)度下降。

3.2不同粉煤灰摻量對(duì)C50混凝土的影響

結(jié)合表4和圖2可知，PB1的工作性明顯比PB4和PB5良好，提高粉煤灰的摻量有利于混凝土獲得良好的工作性，且混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展快速，三組強(qiáng)度基本相同。由于粉煤灰含有大量表面光滑球形顆粒，起到滾珠軸承的作用，粉煤灰具有良好的減水作用，可以與減水劑效果疊加提高混凝土的工作性。粉煤灰的潛在火山灰效應(yīng)可以提高混凝土的后期強(qiáng)度。據(jù)資料顯示粉煤灰取代30%水泥（重量計(jì)）時(shí)，可使因水化導(dǎo)致的絕熱溫升降低15%左右。西固黃河大橋塔柱第一節(jié)為C50大體積混凝土，水泥等級(jí)標(biāo)號(hào)高且細(xì)度小，單位用量多導(dǎo)致混凝土硬化過(guò)程溫升加劇、溫峰升高，易產(chǎn)生大量溫縮裂縫，粉煤灰摻量增加，可減少水泥水化熱，減少結(jié)構(gòu)物由于溫度而產(chǎn)生的裂縫。

3.3調(diào)整減水劑組分對(duì)C50混凝土的影響

表5為普通高效減水劑和緩凝型高性能減水劑對(duì)混凝土坍落度損失的影響。C2混凝土1h坍落度零損失遠(yuǎn)小于C1混凝土，是由于C2減水劑中含有高分子硫酸鹽組分有效抑制C3A快速反應(yīng)，降低混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度損失。

3.4C50塔柱大體積混凝土的配合比

參照混凝土配合比要求，強(qiáng)度等級(jí)為C50混凝土的配合比為：水泥363（kg/m3）、粉煤灰121（kg/m3）、水150（kg/m3）、砂706（kg/m3）、碎石1060（kg/m3）、外加劑4.84（kg/m3）。經(jīng)測(cè)試得出：混凝土出機(jī)坍落度220mm，擴(kuò)展度600*590mm，常溫下1小時(shí)沒(méi)有坍落度損失，2小時(shí)坍落度損失不大于20mm，無(wú)泌水，工作性良好，混凝土緩凝時(shí)間20小時(shí)，滿足施工需要。

4　施工控制

施工過(guò)程控制主要從以下幾個(gè)方面控制：

4.1水泥控制由于水泥成分不穩(wěn)定，對(duì)相同外加劑適應(yīng)性波動(dòng)很大，易出現(xiàn)混凝土瞬凝現(xiàn)象，因此對(duì)每車水泥都做與外加劑適應(yīng)性試驗(yàn)，確定適應(yīng)性良好方可入罐使用。具體方法采用300g水泥，87g水，1.0%外加劑進(jìn)行攪拌，測(cè)定初始流動(dòng)度280～300mm、30min流動(dòng)度為：250～280mm，60min流動(dòng)度為：230～260mm，保證了水泥材料穩(wěn)定性。

4.2砂控制

采用烘干砂做標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，由于西固用砂吸水率比較大，導(dǎo)致施工配合比與理論配合比換算相差比較大，不利于指導(dǎo)施工。查找烘干砂與風(fēng)干砂含水率差別成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵因素；經(jīng)多次試驗(yàn)，風(fēng)干砂與烘干砂含水率相差2%左右，利用風(fēng)干砂試拌的配合比與施工配合比換算吻合，保證混凝土施工配合比精確性。

4.3塔柱溫控

（1）降低混凝土入模溫度：對(duì)骨料進(jìn)行灑水降溫；對(duì)拌合用水采取加冰降溫措施；在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中在罐車上撒水降溫。（2）通過(guò)冷卻水管降低混凝土構(gòu)件內(nèi)外溫度差。

5　結(jié)語(yǔ)

最終西固黃河大橋C50塔柱大體積混凝土的砂率控制在40%，粉煤灰摻量25%，并選用緩凝型高效減水劑，配制出混凝土的坍落度為220mm，擴(kuò)展度為600*590mm，1小時(shí)內(nèi)坍落度損失為零，凝結(jié)時(shí)間達(dá)到20小時(shí)。通過(guò)對(duì)混凝土配制技術(shù)在西固黃河大橋高標(biāo)號(hào)大體積混凝土塔柱施工中的應(yīng)用研究總結(jié)：（1）水泥中高C3A含量引起混凝土凝結(jié)時(shí)間過(guò)快，水化放熱提前且放熱量升高，C3A含量為8.0%和7.1%的溫峰比C3A含量4.8%的溫峰分別提前24h和12h。（2）粉煤灰摻量為25%，砂率為40%，采用緩凝型高效減水劑可以緩解混凝土水化熱并提高混凝土工作性，降低混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度損失。（3）控制原材料穩(wěn)定性，找出風(fēng)干砂與烘干砂2%含水差距，且通過(guò)有效溫控措施有效減少大體積混凝土產(chǎn)生裂紋。

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于金琪（1980—），女，北京人，碩士研究生，工程師，研究方向：橋梁工程。