無(wú)收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制

無(wú)收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制——武廣客運(yùn)專線東湖特大橋 112m提籃拱橋陳昌杰 李 波[摘 要] 通過(guò)客運(yùn)專線東湖特大橋 112m提籃拱鋼管混凝土的配合比設(shè)計(jì)及施工，闡述了無(wú)收縮混凝土的特點(diǎn)和施工過(guò)程的控制要點(diǎn)[關(guān)鍵詞] 客運(yùn)專線 提籃拱 鋼管混凝土 配合比設(shè)計(jì) 無(wú)收縮混凝土 控制要點(diǎn)工程概況東湖特大橋位于武漢市洪山區(qū)森林公園內(nèi)，主橋 112m提籃拱梁全長(zhǎng)116m，計(jì)算跨長(zhǎng)112m，矢跨比為1:5，拱肋平面內(nèi)矢高22.4m，拱肋采用懸鏈線線型。提籃拱橋系梁按整體箱形梁布置，采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，橋面寬 17.8m，梁高2.5m。提籃拱橋鋼管內(nèi)采用C55無(wú)收縮混凝土填充，混凝土彈性模量 Ec=×104MPa。配合比設(shè)計(jì)前言客運(yùn)專線混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限為 100年，混凝土配合比設(shè)計(jì)理念應(yīng)以高性能混凝土的耐久性作為主要指標(biāo)，重點(diǎn)是在原材料的選配上。高性能混凝土是通過(guò)對(duì)原材料的優(yōu)選和質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程的嚴(yán)格控制，使生產(chǎn)的混凝土拌合物具有良好的工作性，對(duì)于提籃拱鋼管拱橋的混凝土而言，其自密實(shí)性有較高的要求；另外，還要求混凝土和鋼管應(yīng)具有良好的粘接，但還不能因?yàn)榛炷恋呐蛎浂a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這就要求混凝土要具有合適的補(bǔ)償收縮能力。由于鋼管混凝土拱橋的施工加載順序決定了混凝土應(yīng)具有較高的早期強(qiáng)度和剛度，以確保拱肋的線性符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)合高性能混凝土的特點(diǎn)，把 7～14天的抗壓強(qiáng)度、彈性模量作為試配的前期考核依據(jù)。原材料的選擇水泥表1 水泥性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目比表面積m2/kg≥300342C3A含量%SO3含量%≤凝結(jié)時(shí)間（min）CL-含量%≤抗壓強(qiáng)度（Mpa）總堿含量%≤抗折強(qiáng)度Na2O+（Mpa）

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果≤8初凝≥45125終凝≤6002003d≥28d≥3d≥28d≥砂高性能混凝土要使用中粗砂，砂子以偏粗為好，另外，要嚴(yán)格控制砂中的細(xì)顆粒含量和有害物質(zhì)含量，選用非堿活性骨料，試驗(yàn)選用湖北巴河河砂。表2砂性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)固性%≤8輕物質(zhì)含量%≤硫酸鹽及硫化物≤云母含量%≤含量%CL-含量%≤有機(jī)物含量顏色應(yīng)不深于標(biāo)準(zhǔn)色比標(biāo)準(zhǔn)色淺吸水率%≤2細(xì)度模數(shù)/含泥量%≤泥塊含量%≤0碎石粗骨料應(yīng)選用球形粒形、吸水率低、空隙率小、級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固的潔凈碎石，并嚴(yán)格控制針、片狀含量、含泥量、泥塊含量，選用非堿活性粗骨料。試驗(yàn)選用湖北武穴郭沖石場(chǎng)5-20mm連續(xù)級(jí)配碎石，按二級(jí)摻配。表3碎石性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)固性%≤5表觀密度kg/m3/2710SO3含≤緊密密度kg/m3/1670量%CL-含≤緊密空隙率≤4038量%%吸水率%≤2針、片狀含量%≤5含泥量%≤壓碎指標(biāo)值%≤10泥塊含≤0巖石抗壓強(qiáng)度MPa/106量%堿活性 試驗(yàn)采用巖相法，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)骨料含有堿活性的礦物存在2..粉煤灰混凝土中加入粉煤灰，可改善混凝土的工作性能，降低干縮變形和水化熱，減小水泥用量，提高混凝土的耐久性。粉煤灰要選產(chǎn)量穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的電收塵原狀灰。試驗(yàn)選用湖北科能環(huán)保有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)原狀粉煤灰。表4粉煤灰性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值果細(xì)度%≤12堿含量%/SO3含量%≤游離CaO含量%≤CL-含CaO含量%≤10≤量%燒失量%≤含水率%≤需水量9028天抗壓強(qiáng)度比%≥7093≤100比%膨脹劑膨脹劑應(yīng)作為細(xì)摻料等量取代部分水泥，在高性能混凝土中摻入適量膨脹劑，可在約束條件下有膨脹而產(chǎn)生一定的自應(yīng)力，以補(bǔ)償水泥的干縮和由于低水膠比造成的“自生收縮”，并在限制條件下增長(zhǎng)強(qiáng)度。試驗(yàn)選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-ⅢC低堿型混凝土膨脹劑。表5膨脹劑性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)規(guī)定值試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)定值結(jié)果結(jié)果細(xì)度≤12MgO含量%≤凝結(jié)時(shí)間初凝≥45140SO3含量%≤(min)終凝≤600216CL-含量%≤抗壓強(qiáng)度7d≥20(Mpa)28d≥40總堿含量%≤抗折強(qiáng)度7d≥Na2O+(Mpa)28d≥限制膨脹率7d≥空氣中21d≥(水中)28d≤外加劑外加劑應(yīng)選用與水泥相容性好 ,減水率高、高增強(qiáng)、低收縮，坍落度損失小，適量引氣，能提高混凝土的自密性，能明顯改善或提高混凝土耐久性并且性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。試驗(yàn)選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的 JM-PCA緩凝高效減水劑。表6外加劑性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果減水率≥20含氣量%Na2SO4含量%≤10坍落度保留值(mm)CL-含量% ≤抗壓強(qiáng)度比%總堿含量%10Na2O+應(yīng)說(shuō)明對(duì)鋼筋相對(duì)耐久性指標(biāo)對(duì)鋼筋銹蝕無(wú)銹蝕無(wú)銹蝕（200次）PCA緩凝高效減水劑的相容性試驗(yàn)結(jié)果水泥凈漿流動(dòng)度/mmJM-PCA摻量%靜置30min30min流動(dòng)度損失初始260253726926452882835304305-1306298830528817

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果≥30min≥18018560min≥1501653d≥1301427d ≥125 15528d ≥120 133%≥80 92靜置60min60min流動(dòng)度損失2431725613279929862871928025由表7試驗(yàn)結(jié)果可知,該減水劑與水泥相容性良好 ,摻量在%以上時(shí)水泥凈漿的流動(dòng)性能已趨于穩(wěn)定,摻量%時(shí)流動(dòng)度損失最小,為最佳摻量。水試驗(yàn)采用飲用水。配合比優(yōu)化混凝土的拌合物性能按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 （GB/T50080-2002）進(jìn)行，混凝土的力學(xué)性能按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 （GB/T50081-2002）進(jìn)行，混凝土耐久性按《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》鐵建設(shè) [2005]160號(hào)進(jìn)行。其力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)均采用標(biāo)準(zhǔn)試件?；炷猎嚢杷迷牧显谑褂们?24h放入成型室內(nèi)，室內(nèi)溫度控制在（ 20±2）℃,相對(duì)濕度控制在70%-90%?？紤]混凝土施工是采取泵送頂升工藝， 拌合物坍落度設(shè)計(jì)為180～220mm，混凝土的配制強(qiáng)度為。配合比試配采用L9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行，即三水平四因素正交試驗(yàn)，選定水膠比 W/C（A），砂率Sp(B)，粉煤灰摻量(C)，膨脹劑摻量(D)作為四個(gè)考察因素，每因素取3個(gè)試驗(yàn)水平。表8試驗(yàn)按三水平因素正交試驗(yàn)安排水膠粉煤膨外砂率脹水碎試驗(yàn)比灰砂粉煤灰膨脹劑水加p劑泥石組號(hào)W/CS%kgkgkgkg劑B%kgkgACkgD1#38158413659107580431502#4020103756901035107541503#422512338721995134641504#3820123406681090100601505#402583357001051125401506#421510375741102375501507#3825103056771105117471508#401512343718107670561509#4220833775010359438150表9新拌混凝土拌合物作性能測(cè)試結(jié)果試驗(yàn)密度含氣坍落度mm初凝終凝初組號(hào)Kg/m3量%30min60min90min120min2h損失h:minh:min始1#24202001951851801802011：14：40302#24152102051951901803010：13：50503#24052202102001951804011：14：55304#24102102001951851704010：13：20505#24032152102052001952011：14：30506#24172001951851751703010：13：35307#24062051951851801703510：14：50008#24122102001901801654511：14：00 4011： 14：9# 2408 210 205 200 190 185 2520 30試驗(yàn)條件：溫度（20±2）℃,濕度＞90%。從表9可以看出，新拌混凝土拌合物的坍落度損失與膨脹劑的摻量有關(guān)系，摻量越大，坍落度損失越大。而混凝土的凝結(jié)時(shí)間受粉煤灰、膨脹劑的摻量的影響不大，都能滿足施工的要求。表10正交試驗(yàn)混凝土的學(xué)性能和耐久性指標(biāo)試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度MPa彈性模量（×104MPa）電通量/C組號(hào)3d7d14d28d56d3d7d14d28d7d56d1#18615172#16394823#19824134#15694245#20593966#16384207#21303938#14944679#1672440試驗(yàn)結(jié)果分析水膠比是影響高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素。高性能混凝土的彈性模量與膠凝材料用量、粗骨料用量有一定關(guān)系，影響因素大的是粗骨料的用量。在相同水膠比條件下，粗骨料用量大，彈性模量相對(duì)較高；在強(qiáng)度相差不大條件下，膠凝材料用量大，彈性模量稍低。粉煤灰的摻量對(duì)混凝土前期強(qiáng)度影響較小，對(duì)后期強(qiáng)度影響較為明顯，這是因?yàn)閮?yōu)質(zhì)粉煤灰后期與水泥水化反應(yīng)析出的 Ca(OH)2緩慢發(fā)生火山灰反應(yīng)，利于后期強(qiáng)度的增加。高性能混凝土耐久性指標(biāo)——電通量主要受粉煤灰的摻量影響較大，早齡期粉煤灰僅起填充作用，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠致密，有大量的微孔和裂隙存在，電通量值偏大；在后期，由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，降低了混凝土的內(nèi)部空隙率，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性，使得電通量值很小，大大提高了耐久性能。通過(guò)對(duì)強(qiáng)度和彈性模量采用正交分析是 38C和38C均能滿足設(shè)計(jì)要求，但從試驗(yàn)效果、經(jīng)濟(jì)效益以及對(duì)膠凝材料總用量來(lái)考慮， 選取38C是最好的組合：即W/C=,砂率Sp=38%,粉煤灰摻量15%。改變膨脹劑摻量（8%、10%、12%）進(jìn)行試驗(yàn)。表11改變膨劑摻量試驗(yàn)結(jié)果序水泥砂碎石粉煤灰膨脹水外加坍落度抗壓強(qiáng)度MPa號(hào)劑劑mm7d28d56d138566010777540150210237566010777550150215336566010777560150210表12自由膨率試驗(yàn)結(jié)果序坍落度初凝自由膨脹率(×10-4)水中養(yǎng)護(hù)空氣中養(yǎng)護(hù)號(hào)mmh:min13714286037142860121011:15221510:40321011:30從表11、12可知，隨膨脹劑摻量增加，膨脹率增加，而強(qiáng)度有所降低。膨脹大部分發(fā)生在14d以前，以后只有微小的膨脹， 28天趨于穩(wěn)定。水中養(yǎng)護(hù)膨脹較空氣中養(yǎng)護(hù)的大。終上試配可以得出，東湖特大橋提籃拱 C55無(wú)收縮混凝土采用了序號(hào) 1的配合比，即： 水泥:砂:碎石:粉煤灰:膨脹劑:水:外加劑=385:660:1077:75:40:150:每m3混凝土氯離子含量為：0.228kg/m3(＜500×%=0.30kg/m3);總堿含量為：2.565kg/m3(＜3kg/m3) 均符合高性能混凝土要求。混凝土施工控制原材料準(zhǔn)備：各種原材料要準(zhǔn)備充分。東湖特大橋提籃拱C55無(wú)收縮混凝土設(shè)計(jì)方量是606m3,實(shí)際準(zhǔn)備按620m3準(zhǔn)備原材料。原材料經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，質(zhì)量情況都在配合比設(shè)計(jì)要求的可控制范圍以內(nèi)。拌合采用2臺(tái)HZS120L攪拌機(jī)，混凝土生產(chǎn)量80m3/h,拌合站各種衡器都已檢定合格，每次使用前進(jìn)行零點(diǎn)校核，并進(jìn)行首盤(pán)復(fù)核，控制每盤(pán)稱量偏差?；炷涟柚魄?，對(duì)砂、碎石、粉煤灰含水量測(cè)試，并據(jù)測(cè)試結(jié)果出具施工配合比。拌合的投料順序?yàn)椋荷?碎石+水泥+摻合料攪拌30s，加水，再加外加劑攪拌 120s，卸料。檢查試拌混凝土：工作性能良好，坍落度測(cè)試 210mm,含氣量%?？紤]混凝土的運(yùn)輸時(shí)間在 10-20分鐘內(nèi)，外界溫度19-23℃，濕度大于70%，這與設(shè)計(jì)試配配合比的環(huán)境條件基本一致，因此到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的坍落度能滿足施工的要求。在混凝土的拌制及澆注過(guò)程中，在拌合站和施工現(xiàn)場(chǎng)分別安排 2名試驗(yàn)員，對(duì)每車混凝土的坍落度進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，混凝土的泵送垂直高度 40米，泵送坍落度控制在180～200mm，因此在拌合站控制坍落度在 200～220mm，現(xiàn)場(chǎng)泵送≥180mm。對(duì)于測(cè)試不能滿足要求的（拌合站≤190mm或≥220mm;施工現(xiàn)場(chǎng)≤180mm），不能用于泵送頂升，應(yīng)廢棄?；炷帘盟晚斏捎?臺(tái)三一HBT60C砼輸送泵，從4個(gè)拱腳同時(shí)泵送，由于運(yùn)距較近（2.5km），每臺(tái)輸送泵由3臺(tái)7m3的輸送罐車供料，保證4個(gè)部位同時(shí)泵料，拱內(nèi)砼上升速度保持一致，防止鋼管拱受力不均?；炷恋谋盟晚樞蚴窍认鹿?，再上管，最后是腹板。混凝土抗壓試件留置了60組，彈性模量試件留置了 12組，膨脹率試件留置了6組，都分別留了標(biāo)養(yǎng)與同條件試件。根據(jù)施工要求，測(cè)試了標(biāo)養(yǎng) 7天抗壓強(qiáng)度為、同養(yǎng)7天為MPa，同條件養(yǎng)護(hù)10天抗壓強(qiáng)度為 MPa、彈性模量為×104MPa，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的90%以上強(qiáng)度可以張拉的條件。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)養(yǎng)28天強(qiáng)度為 MPa，同條件養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度為 MPa均達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度。28天標(biāo)養(yǎng)膨脹率為%，空氣中養(yǎng)護(hù)膨脹率為%，并且都趨于穩(wěn)定。試驗(yàn)體會(huì)水膠比、粉煤灰和膨脹劑摻量是鋼管混凝土的關(guān)鍵和重要因素，在采用低水膠比，滿足無(wú)