大跨高低塔斜拉橋懸臂現(xiàn)澆主梁混凝土施工配合比設(shè)計(jì)

文 / 候睿

大跨高低塔斜拉橋懸臂現(xiàn)澆主梁混凝土施工配合比設(shè)計(jì)

文 / 候睿

1.引言

大跨度高低塔斜拉橋以其獨(dú)特新穎的造型而馳名。混凝土澆筑質(zhì)量決定了橋梁是否能與環(huán)境融為一體，渾然天成。隨著我國(guó)橋型設(shè)計(jì)越來越多融入景觀元素，橋梁混凝土施工配合比設(shè)計(jì)的要求也是越來越高。本橋設(shè)計(jì)為不對(duì)稱橋跨結(jié)構(gòu)，最遠(yuǎn)懸臂澆筑梁段需泵送超過200m。由于斜拉索張拉程序的要求：斜拉索進(jìn)行第二次張拉時(shí)，現(xiàn)澆段內(nèi)混凝土必須處于流塑狀態(tài)。在不平衡斜拉橋主梁懸臂現(xiàn)澆施工前，設(shè)計(jì)一種完全符合本橋施工要求的高性能混凝土成為本橋能否完美竣工的基礎(chǔ)。

2.工程概況

大沖邕江特大橋主橋設(shè)計(jì)為三跨連續(xù)高低（雙“H”型）塔、跨徑193+332+113混凝土斜拉橋，全長(zhǎng)638m；結(jié)構(gòu)形式采用高低塔、雙索面、密索、對(duì)稱扇形布置、雙分離邊箱形斷面主梁、塔梁分離的半漂浮體系結(jié)構(gòu)。主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)8m、中心梁高3m、梁面設(shè)2%橫坡、梁底水平、梁面寬31m、梁底寬19.2m，每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段均設(shè)斜拉索一對(duì)(左右對(duì)稱布置），C55混凝土為180m3、重約480t（見圖2-1）。

3.研究的必要性

3.1 混凝土外觀需要

我國(guó)懸臂現(xiàn)澆梁施工已形成一項(xiàng)非常成熟的施工技術(shù)，無論從模板選擇，還是新型脫模劑的應(yīng)用，亦或是模板處理、面板保護(hù)等都有一套完整、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇胧?。為此，切?shí)決定梁體外觀質(zhì)量的就是混凝土施工配合比的設(shè)計(jì)和實(shí)施。大跨度懸臂梁施工澆筑，由于采用地泵泵送混凝土入模的方式，施工時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，施工配合比的設(shè)計(jì)更是顯得尤為重要。設(shè)計(jì)出一個(gè)優(yōu)秀的施工配合比，可以說是抓住了混凝土外觀的根本。

3.2 施工需要

本橋斜拉索張拉分為三階段張拉，即懸臂現(xiàn)澆段混凝土澆筑前進(jìn)行斜拉索第一次張拉；混凝土澆筑一半時(shí)進(jìn)行斜拉索第二次張拉；混凝土澆筑完成、梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力束張拉完成并完成斜拉索索力轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行第三次張拉。斜拉索進(jìn)行第二次張拉時(shí)，要求混凝土必須處于流塑狀態(tài)，以避免因混凝土初凝后進(jìn)行斜拉索張拉而導(dǎo)致梁段接茬處出現(xiàn)拉裂縫，致使主梁出現(xiàn)質(zhì)量隱患。

圖2-1 主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段橫斷面圖

圖2-2 主橋示意圖

4.懸臂現(xiàn)澆主梁C55混凝土施工配合比設(shè)計(jì)

4.1 對(duì)混凝土配合比的要求

大沖邕江特大橋主梁部分設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55，地泵澆筑，混凝土罐車運(yùn)輸，拌合站距泵送地點(diǎn)4km，全部走施工便道。由于南寧地理位置處于亞熱帶多雨地區(qū)，施工便道經(jīng)常處于顛簸狀態(tài)，拌合站到泵送地點(diǎn)需行使40分鐘左右。且懸臂現(xiàn)澆主梁鋼筋稠密，每節(jié)掛籃8米，兩邊共16米，混凝土方量360m3左右，正常一個(gè)節(jié)段澆筑時(shí)間約13h。

由于C55混凝土膠凝材料用量大，水膠比大，混凝土黏稠，每小時(shí)實(shí)際泵送能力為15m3左右，這就對(duì)泵送混凝土的工作性能提出了具體要求：混凝土出拌合機(jī)坍落度設(shè)計(jì)為200mm～230mm，擴(kuò)展度不小于520mm，入模坍落度不小于200mm，擴(kuò)展度不小于500mm，坍落度損失1小時(shí)不大于20mm且不泌水，不離析，混凝土初凝時(shí)間不小于14h，各項(xiàng)工作性能指標(biāo)必須良好。

4.2 原材料的選擇

4.2.1 水泥

根據(jù)施工圖紙要求用P·Ⅱ52.5水泥，所以選用扶綏新寧海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5水泥。

4.2.2 細(xì)集料

細(xì)集料采用合浦洋江砂場(chǎng)生產(chǎn)的河砂中砂。

4.2.3 粗集料

采用南寧長(zhǎng)塘汶水坡石場(chǎng)生產(chǎn)的最大粒徑為19mm的兩級(jí)配碎石。

4.2.4 礦粉

采用防城港萬鑫建材有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉，摻量（內(nèi)摻）為9%。

4.2.5 外加劑

采用山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSX-A聚羧酸高性能減水劑（緩凝型）摻量1.5%，減水率達(dá)到40～44%，緩凝時(shí)間為超緩凝型，緩凝時(shí)間為16h±2h，外加劑性能檢測(cè)見表4.2-7。

4.2.6 水

水采用飲用水。

4.3 實(shí)驗(yàn)室（初步）配合比計(jì)算與選定

4.3.1 按《普通砼配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配合比計(jì)算

⑴試配強(qiáng)度計(jì)算：

在無實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算混凝土標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204）的規(guī)定，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差取6.0Mpa,則配制強(qiáng)度為：

⑵計(jì)算水膠比：

取基準(zhǔn):0.28。

4.3.2 確定用水量

根據(jù)JGJ55-2011規(guī)定,經(jīng)試拌用水量調(diào)整為=205kg/m3，在加入1.5%減水劑時(shí)混凝土用水量為

4.3.3 確定膠凝材料用量

即:減水劑為:536×1.5%=8.04kg/m3

4.3.4 確定膠凝材料用量

根據(jù)JGJ55-2011規(guī)定,經(jīng)試拌調(diào)整及工地施工情況,礦粉取代膠凝材料重量為536×9%=48kg/m3

即水泥用量為:536-48=488kg/m3

4.3.5 砂率

4.3.6 計(jì)算集料用量：（用體積法）

4.3.7 實(shí)驗(yàn)室初步配合比

水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20：0.31：0.016：0.1

4.4 基準(zhǔn)配合比B組的試拌及配合比選定

基準(zhǔn)配合比B根據(jù)初步計(jì)算配合比進(jìn)行確定，暫定水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉=488：688：1076：150：8.04：48=1:1.41:2.20:0.31:0.016:0.1，水膠比=0.28、=39%。

4.4.1 基準(zhǔn)配合比B組的試配試驗(yàn)

⑴材料基礎(chǔ)用量

按計(jì)算初步配合比，試拌40L混凝土拌合2組7d、2組28d各材料用量為:

水泥：488×0.04= 19.52kg

表4.4-1 基準(zhǔn)配合比B組抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告

砂子：688×0.04=27.52kg

碎石：1076×0.04=43.04kg

水:150×0.04= 6.0kg

外加劑：8.04×0.04=0.322kg

礦粉：48×0.04=1.92kg

⑵試拌檢測(cè)

測(cè)定坍落度為220mm，擴(kuò)展度520mm，粘聚性、保水性好，滿足施工和易性要求，實(shí)測(cè)混凝土容重為245kg/m3。

4.4.2 基準(zhǔn)配合比B組的選定

根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果確定基準(zhǔn)配合比B組為：

水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20：0.31：0.016:0.1

4.5 確定實(shí)驗(yàn)室配合比

4.5.1 確定實(shí)驗(yàn)室配合比

A組各材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

455：719：1079：150：7.50：45

1：1.58：2.37：0.33：0.016：0.1

拌和40L材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

18.2：28.76：43.16：6.00:0.3：1.8

試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果：

①實(shí)測(cè)坍落度為225mm，實(shí)測(cè)容重為2454kg/m3

②成型試件7d、28d各3組

③混凝土凝結(jié)時(shí)間不滿足施工要求。

B組各材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20： 0.31：0.016：0.1

拌和40L材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

19.52 ：27.52：43.04：6.00：0.322：1.92

試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果：

①實(shí)測(cè)坍落度為220mm，實(shí)測(cè)容重為2457kg/m3

②成型試件7d、28d各5組

C組各材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

525:657:1071:150:8.655:52

1:1.25:2.04:0.29:0.016:0.1

40L材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

21.00：26.28：42.84：6.0：0.346：2.08

試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果：

①實(shí)測(cè)坍落度為210mm，實(shí)測(cè)容重為2467kg/m3

②成型試件7d、28d各3組

③混凝土凝結(jié)時(shí)間不滿足施工要求。

4.5.2 配合比的調(diào)整與確定

⑴和易性比對(duì)：

通過對(duì)三組混凝土配合比進(jìn)行試拌檢測(cè)，A、B、C、三組砼配合比混凝土的和易性、粘聚性、保水性等各項(xiàng)性能均滿足施工和易性要求。

⑵分組試配抗壓強(qiáng)度比對(duì)：

三組試配混凝土抗壓強(qiáng)度經(jīng)檢測(cè)，符合設(shè)計(jì)要求。

⑶緩凝時(shí)間比對(duì)：

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在自然然溫度下用混凝土貫入阻力測(cè)定儀對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)定（自然溫度20～33℃）。

①A組混凝土試配初、終凝時(shí)間記錄：其緩凝時(shí)間12h：56min，不滿足施工要求。

②B組混凝土試配初、終凝時(shí)間記錄：緩凝時(shí)間16h：40min，滿足施工要求。

③C組混凝土試配初、終凝時(shí)間記錄：緩凝時(shí)間13h：50min，不滿足施工要求。

⑷實(shí)測(cè)容重比對(duì)：

根據(jù)砼A組、B組、C組容重實(shí)測(cè)值2454kg/ m3、2457kg/m3、2467kg/m3與混凝土理論容重計(jì)算值2456kg/m3、2458kg/m3、2464kg/m3所對(duì)應(yīng)之差的絕對(duì)值0.08%；0.04%；0.12%，B組試配配合比實(shí)際與理論容重偏差最小，最為接近理論容重值，故B組試配最為適宜。

⑸配合比確定

綜合上述⑴～⑷A、B、C三組混凝土試配各項(xiàng)指標(biāo)比對(duì)，B組混凝土無論是混凝土和易性、強(qiáng)度還是緩凝時(shí)間、實(shí)測(cè)容重與理論容重偏差均能滿足設(shè)計(jì)要求和混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工需要，可視為最佳配合比，故推薦B組配合比最佳配合比作為現(xiàn)場(chǎng)施工理論配合比（見表4.5-1）。

表4.5-1 大沖邕江特大橋主梁C55混凝土理論配合比 單位：Kg

5.結(jié)論

大沖邕江特大橋C55泵送現(xiàn)澆混凝土配合比設(shè)計(jì)，參照J(rèn)GJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》、GB50119—2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、GB/ T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，本配合比在試驗(yàn)室經(jīng)過了長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的試驗(yàn)驗(yàn)證。先通過從4種外加劑，逐個(gè)進(jìn)行試配篩選，確定采用山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSX-A聚羧酸高性能減水劑（緩凝型）；而后以選定外劑為基礎(chǔ)后，確定初步配合比，并以此進(jìn)行3組基礎(chǔ)配合比試驗(yàn)驗(yàn)證比對(duì)、優(yōu)化。優(yōu)化試配時(shí)，采取通過對(duì)水泥用量450kg/m3～500kg/ m3，礦粉用量8%～12%，外加劑用量1.0%～1.7%等方面進(jìn)行摻量細(xì)微調(diào)整的方法，形成3個(gè)配合比。優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)：凝結(jié)時(shí)間達(dá)到施工要求，強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)及施工要求；強(qiáng)度設(shè)計(jì)及施工要求，凝結(jié)時(shí)間達(dá)不到施工要求。又經(jīng)過2個(gè)多月的試配調(diào)整、反復(fù)驗(yàn)證，最終確定大沖邕江特大橋主梁C55混凝土理論配合比，順利通過監(jiān)理辦試驗(yàn)室及業(yè)主中心試驗(yàn)室的驗(yàn)證，并批復(fù)使用。

通過現(xiàn)場(chǎng)施工驗(yàn)證，證明此配合比設(shè)計(jì)科學(xué)合理，具有較高的適用性，有效保證主梁施工質(zhì)量，為今后類似高低塔斜拉橋主梁混凝土配合比設(shè)計(jì)提供可靠理論基礎(chǔ)。由于本配合比采用外加劑價(jià)格偏高，膠凝材料用量偏大，有違設(shè)計(jì)配合比時(shí)要經(jīng)濟(jì)這一理念，在今后的工作中有待進(jìn)一步探討。

（作者單位為中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司）