混凝土配制技術在西固黃河大橋高標號大體積混凝土塔柱施工中的應用研究

于金琪

【摘 要】西固黃河大橋是蘭州南繞城高速公路建設項目中的控制性工程，該橋為高速公路跨越黃河而設，全長1003m，主橋橋面寬27.5m，為雙塔三跨半漂浮體系結合梁斜拉橋。主塔橋墩第一節(jié)設計為實心段C50高標號大體積混凝土，為了防止高標號大體積混凝土構件在施工過程中由于水化熱過高引起內(nèi)外溫差產(chǎn)生裂縫縮短橋梁使用壽命，需對大體積混凝土配制技術進行深入的研究。本文以西固黃河大橋高標號C50大體積混凝土塔柱為例，分析研究了水泥中C3A含量對混凝土的影響，并通過調整砂率、摻合料以及減水劑等配制C50塔柱大體積混凝土。通過對比分析發(fā)現(xiàn)適當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)時坍落度損失。通過將高標號大體積混凝土配制技術應用于施工過程中，提高了混凝土性能確保了混凝土施工質量。

【關鍵詞】高標號大體積混凝土 C50 C3A 砂率 粉煤灰

大體積混凝土在施工中最常見的問題主要來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?；炷恋慕^熱溫升的60%以上來自水泥的水化熱，水泥標號高、單方用量高、C3A和C3S含量高等均會導致混凝土的內(nèi)部水化熱升高。并且混凝土C3A含量過高導致坍落度經(jīng)時損失增加、水化放熱反應量升高、溫峰提前。西固黃河大橋主橋5#墩塔柱實心段（連同隔板）順橋向寬9.81m、橫橋向寬26.88m、厚5.0m，其中一次澆筑 4.5m。塔柱實心段第一節(jié)單次澆筑方量約1162.5m3，為大體積混凝土構件。平面尺寸長寬比大于2：1，長寬方向膨脹收縮量相差較大，開裂風險較大。蘭州地區(qū)氣候干燥、多風、晝夜溫差大加劇大體積混凝土內(nèi)外溫差梯度，為防止構件產(chǎn)生裂縫縮短橋梁使用壽命，需對高標號大體積混凝土進行合理的配制設計，以保證混凝土使用壽命和運行安全。

1 原材與設計要求

1.1 原材料

水泥：祁連山P.Π 52.5水泥，比表面積385m2/kg，28d抗壓強度58.8MPa，初凝時間109min，終凝時間182min。粉煤灰：蘭鋁電廠Ⅰ級粉煤灰，細度9.5%，需水量比90%，燒失量2.5%。細集料：華凱河灣砂場中砂，細度模數(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）混凝土強度等級C50。（2）混凝土出機坍落度180-220mm，含氣量3.5%-4.5%；1小時坍落度零損失，含氣量3.0%-4.0%；混凝土緩凝時間要求達到20小時以上。

2 水泥中C3A含量對混凝土的影響

2.1 C3A含量對混凝土坍落度影響

不同C3A含量對混凝土的坍落度的影響見表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)時坍落度損失越大。水泥水化反應初期C3A反應速度快，可與石膏快速反應生產(chǎn)鈣礬石，同時C3A水化放熱加速水泥水化反應進程，混凝土凝結加快、坍落度經(jīng)時損失加大。

2.2 C3A含量對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，同時體系內(nèi)部溫度提高，加速水化反應進程導致混凝土水化放熱溫峰提前。

2.3 C3A含量對混凝土中減水劑的減水率影響

由表2可以看出，當水泥中的C3A含量增大，減水劑的減水效果降低。水泥中C3S、C2S、C4AF、C3A對減水劑的吸附作用順序為C3A>C4AF>C3S>C2S，C3A含量越高對減水劑的吸附作用越強，從而降低其減水效果。

3 西固黃河大橋C50塔柱混凝土配制

蘭州地區(qū)河砂存在天然級配不良現(xiàn)象，在考慮到大體積混凝土水化熱問題同時，混凝土的工作性也是大體積混凝土配制的關鍵。C50塔柱大體積混凝土澆筑過程時間長，對混凝土的流動性和經(jīng)時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方面進行調試。

3.1 不同砂率對C50混凝土的影響

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

3.2 不同粉煤灰摻量對C50混凝土的影響

結合表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，且混凝土后期強度發(fā)展快速，三組強度基本相同。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可以提高混凝土的后期強度。據(jù)資料顯示粉煤灰取代30%水泥（重量計）時，可使因水化導致的絕熱溫升降低15%左右。西固黃河大橋塔柱第一節(jié)為C50大體積混凝土，水泥等級標號高且細度小，單位用量多導致混凝土硬化過程溫升加劇、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，減少結構物由于溫度而產(chǎn)生的裂縫。

3.3 調整減水劑組分對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混凝土坍落度損失的影響。C2混凝土1h坍落度零損失遠小于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，降低混凝土的經(jīng)時坍落度損失。

3.4 C50塔柱大體積混凝土的配合比

參照混凝土配合比要求，強度等級為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)測試得出：混凝土出機坍落度220mm，擴展度600*590mm，常溫下1小時沒有坍落度損失，2小時坍落度損失不大于20mm，無泌水，工作性良好，混凝土緩凝時間20小時，滿足施工需要。

4 施工控制

施工過程控制主要從以下幾個方面控制：

4.1 水泥控制

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

4.2 砂控制

采用烘干砂做標準試驗，由于西固用砂吸水率比較大，導致施工配合比與理論配合比換算相差比較大，不利于指導施工。查找烘干砂與風干砂含水率差別成為解決問題的關鍵因素；經(jīng)多次試驗，風干砂與烘干砂含水率相差2%左右，利用風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：對骨料進行灑水降溫；對拌合用水采取加冰降溫措施；在混凝土運輸過程中在罐車上撒水降溫。（2）通過冷卻水管降低混凝土構件內(nèi)外溫度差。

5 結語

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，擴展度為600*590mm，1小時內(nèi)坍落度損失為零，凝結時間達到20小時。通過對混凝土配制技術在西固黃河大橋高標號大體積混凝土塔柱施工中的應用研究總結：（1）水泥中高C3A含量引起混凝土凝結時間過快，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)時坍落度損失。（3）控制原材料穩(wěn)定性，找出風干砂與烘干砂2%含水差距，且通過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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