淺談C50箱梁混凝土的配制與應(yīng)用

隨著環(huán)保力度的逐漸加大，相關(guān)部門對天然河砂的開采限制也越來越嚴(yán)格，造成天然河砂供應(yīng)不足且質(zhì)量越來越不穩(wěn)定。目前。越來越多的機(jī)制砂混凝土被應(yīng)用到混凝土工程中，在充分了解機(jī)制砂性能的基礎(chǔ)上，配制滿足工程需要的機(jī)制砂混凝土是混凝土公司的要求也是技術(shù)人員追求的目標(biāo)。依據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和JTG/TF50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，C50混凝土箱梁與普通機(jī)制砂混凝土相比，具有：（1）較高的早期強(qiáng)度，為滿足7d張拉要求，混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的90%；（2）混凝土坍落度180～220mm，1h坍落度經(jīng)時損失不宜大于30mm；（3）混凝土入模含氣量2.0%～4.0%；（4）混凝土膠凝材料用量不宜大于500kg/m3，礦物摻合料摻量不宜>25%。本文結(jié)合工程實(shí)踐情況，對使用機(jī)制砂配制、生產(chǎn)C50箱梁混凝土進(jìn)行探討，以供行業(yè)同仁參考。1.工程概況漯河市新西環(huán)項(xiàng)目全長20.99km，跨越沙河、澧河、唐河、寧洛高速和漯舞鐵路共五座橋梁，本工程共有裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁965片，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板120片。橋梁左右分幅，單幅橋面寬16m，單幅設(shè)置5片小箱梁（12片空心板）。梁場設(shè)35個制梁臺座，月生產(chǎn)能力90片/月。設(shè)15個存梁臺座，最大存梁能力140片。2.原材料2.1水泥水泥性能對混凝土性能具有重要影響，本工程選用南陽中聯(lián)P.O42.5水泥，3d水泥膠砂強(qiáng)度30MPa左右，28d水泥膠砂強(qiáng)度52MPa左右。該水泥質(zhì)量穩(wěn)定性較好，且與外加劑適應(yīng)性良好，便于混凝土工作性控制。2.2粉煤灰粉煤灰選用姚孟電廠Ⅰ級粉煤灰，細(xì)度為8%，需水量比為94%，28d活性指數(shù)79%。粉煤灰中含有大量玻璃體微珠在混凝土中起到滾珠作用，增加混凝土流動性。粉煤灰主要利用水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣進(jìn)行二次水化提高混凝土后期強(qiáng)度，實(shí)踐證明，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的降低。為C50預(yù)應(yīng)力混凝土7d張拉要求，混凝土強(qiáng)度不宜低于90%，因此應(yīng)控制粉煤灰摻量不超過25%。結(jié)合本地水泥等原材料質(zhì)量情況，本工程粉煤灰摻量選用15%。2.3外加劑C50混凝土的強(qiáng)度要求高造成膠凝材料用量大，水膠比偏低，混凝土拌合物比較粘稠，為改善混凝土的工作性能，降低用水量，宜選用高性能減水劑。本工程選用漯河浩源新材料有限公司的聚羧酸減水劑，固含量15%，摻量2.0%，減水率30%，滿足混凝配合比設(shè)計(jì)要求。結(jié)合工程實(shí)際對外加劑提出以下要求：（1）調(diào)整外加劑配方，使外加劑與混凝土原材料具有良好的相容性，且質(zhì)量穩(wěn)定；（2）根據(jù)環(huán)境溫度變化，及時調(diào)整外加劑配方，使混凝土凝結(jié)時間滿足施工要求，減少混凝土拌合物坍落度經(jīng)時損失；（3）采用“先消，后引”技術(shù)，改善混凝土氣泡大小，改善混凝土梁外觀質(zhì)量。2.4粗骨料配制C50以上混凝土選擇粗骨料十分重要，粗骨料的強(qiáng)度、級配粒形以及泥土等有害物質(zhì)含量對混凝土強(qiáng)度都產(chǎn)生影響，質(zhì)地堅(jiān)硬、級配和粒形良好的骨料才能配制出高強(qiáng)度的混凝土。粗骨料對強(qiáng)度等級大于C50的混凝土強(qiáng)度影響主要集中在骨料自身強(qiáng)度、水泥石強(qiáng)度以及水泥石與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度。對于質(zhì)地堅(jiān)硬的粗骨料配制的高強(qiáng)混凝土，其混凝土強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)主要集中在水泥石與骨料的粘結(jié)面，因此，選用表面粗糙、粒形適中的碎石更利于提高混凝土抗壓強(qiáng)度。C50以上強(qiáng)度的混凝土膠凝材料用量偏多，漿體富裕，選用小粒徑的粗骨料更容易提高水泥與粗骨料的粘結(jié)面積，增加粘結(jié)力，克服粒徑較大帶來的缺陷，改善混凝土勻質(zhì)性。粗骨料的級配和粒形是骨料的重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響粗骨料的空隙率，進(jìn)而影響混凝土的工作性。C50混凝土應(yīng)選用連續(xù)級配的舞鋼碎石，其粒徑滿足5～20mm，壓碎值小于10%，針片狀含量不超過8%，空隙率41%。2.5細(xì)骨料配制C50混凝土重點(diǎn)控制機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)、石粉含量以獲得滿意的混凝土工作性及強(qiáng)度。機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)不宜過小，當(dāng)細(xì)度模數(shù)小于2.3時，機(jī)制砂中細(xì)顆粒含量過多，配制的混凝土粘稠，吸附外加劑較多，且細(xì)顆粒過多對混凝土的體積穩(wěn)定性不利。相反機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)超過3.2，機(jī)制砂中粗顆粒偏多，需要提高砂率來改善混凝土的工作性，較高的砂率使?jié){體填充骨料間的空隙后包裹骨料顆粒表面的漿體變薄，使混凝土拌合物有離析、泌水的趨勢。選擇細(xì)度模數(shù)為2.6～2.8的機(jī)制砂，既可以有足夠的粗顆粒形成骨架結(jié)構(gòu)減少混凝土后期收縮，又具有足夠的細(xì)顆粒填充骨料間空隙，提高混凝土密實(shí)度。試驗(yàn)表明：機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)對C50混凝土早期強(qiáng)度（3d、7d）影響較小，對28d后的強(qiáng)度則隨著細(xì)度模數(shù)的增加先變大后降低，存在一個最佳細(xì)度模數(shù)區(qū)間。機(jī)制砂中粒徑小于0.0075mm的石粉顆?？梢蕴畛涞焦橇峡障吨?，降低其空隙率，改善機(jī)制砂表面粗糙、多棱角顆粒間摩擦力大的缺點(diǎn)。適量的石粉可以增加混凝土拌合物中的漿體量，改善混凝土工作性，但C50混凝土的膠凝材料用量大，過多的石粉容易造成混凝土拌合物粘稠，且不利于混凝土的硬化后體積穩(wěn)定性。因此本工程選用細(xì)度模數(shù)2.6～2.8，石粉含量不超過10%，且質(zhì)地堅(jiān)硬的機(jī)制砂。2.6水地下水3.

C50混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)3.1

確立C50混凝土試驗(yàn)配合比C50箱梁混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土試驗(yàn)、生產(chǎn)、澆筑及后期耐久性的前提，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及工程特點(diǎn)做好混凝土配合比設(shè)計(jì)。箱梁要求7d張拉，應(yīng)控制7d混凝土強(qiáng)度不低于90%，28d混凝土抗壓強(qiáng)度不低于60MPa，依此為混凝土配制強(qiáng)度。水膠比是混凝土強(qiáng)度的主要影響因素，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011確立基準(zhǔn)水膠比為0.34，粉煤灰摻量為15%。在C50混凝土配合比中應(yīng)控制膠凝材料用量不高于500kg/m3，在滿足混凝土工作性的前提下降低用水量，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合機(jī)制砂的特點(diǎn)初步設(shè)定基本用水量170kg/m3，高性能混凝土摻量為2.0%。外加劑的固含量為15%，則10kg/m3中含有水為8.5kg/m3，該水應(yīng)在配合比中扣除，則用水量約為162kg/m3。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)砂率取38%，假定C50混凝土容重為2450kg/m3，綜上可以獲得基本試驗(yàn)配合比如表1。表1

C50試驗(yàn)基本配合比強(qiáng)度等級膠凝材料水泥粉煤灰粗骨料細(xì)骨料減水劑水C5050042575110267610.01623.2

C50混凝土配合比試驗(yàn)水膠比的大小對混凝土的強(qiáng)度和耐久性具有重要影響，根據(jù)前文確定的水膠比0.34，為保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性，在配合比試驗(yàn)過程中，采用砂率、膠凝材料用量以及外加劑用量不變，水膠比從0.30以0.02逐步增大至0.38。從試驗(yàn)結(jié)果來看，坍落度隨著水膠比的增加而增大，隨水膠比的降低而降低，雖然在各個水膠比下試驗(yàn)通過微調(diào)外加劑用量都可以獲得滿意的工作性。但混凝土強(qiáng)度在水膠比低于0.32時明顯偏高，水膠比高于0.36時，混凝土強(qiáng)度又不能滿足C50混凝土7d張拉要求（如表2）。因此，在水膠比0.32～0.36的范圍內(nèi)可以獲得滿意的工作性和強(qiáng)度，水膠比取0.34，也便于混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制。表2

不同水膠比下的混凝土強(qiáng)度值水膠比0.30.320.340.360.38齡期（d）728728728728728強(qiáng)度（MPa）60.772.555.865.953.162.549.758.843.352.8試驗(yàn)確定砂率時，采用膠凝材料用量、水膠比及外加劑摻量不變砂率從36%依次增加2%至42%，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C50混凝土坍落度隨著砂率的增加呈現(xiàn)先增加后降低的現(xiàn)象，且砂率為38%時達(dá)到最大值。因此，砂率在36%～42%之間變化時，存在一個最佳砂率38%，在最佳砂率情況下既有利于混凝土流動性的提高，也可以使混凝土粘聚性良好。C50箱梁所用不同于其他普通混凝土，有些因素對強(qiáng)度等級C40以下的混凝土性能影響不大，但對C50及C50以上混凝土的性能卻有顯著的影響。在確定水膠比0.34，砂率38%的基礎(chǔ)上，為保證一些不確定因素對混凝土工作性及強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，再進(jìn)行5～10次的重復(fù)試驗(yàn)，檢測其平均強(qiáng)度值不應(yīng)低于配制的強(qiáng)度值，且觀察混凝土拌合物工作性的穩(wěn)定性。每次混凝土試驗(yàn)均應(yīng)認(rèn)真測試混凝土工作性，強(qiáng)度，并測試實(shí)際容重，當(dāng)混凝土拌合物實(shí)測容重與假定之差的絕對值不超過假定容重的2%時，可不調(diào)整。通過試驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的配合比假定容重與實(shí)測容重的差值在允許范圍之內(nèi)，不作調(diào)整。4.混凝土生產(chǎn)、澆筑及后期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制4.1混凝土生產(chǎn)C50混凝土的質(zhì)量要求高于普通混凝土，在生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格各環(huán)節(jié)控制，具體做到以下幾點(diǎn)：（1）生產(chǎn)過程中，增加砂石含水率檢測頻率，控制混凝土生產(chǎn)用水量，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水膠比波動±0.02，混凝土質(zhì)量基本在可控范圍內(nèi)。（2）每月定時校檢混凝土生產(chǎn)計(jì)量系統(tǒng)，控制生產(chǎn)實(shí)際重量與電腦采集數(shù)據(jù)的吻合度；（3）檢測外加劑與水泥等原材料的相容性，根據(jù)需要及時調(diào)整外加劑或調(diào)整其用量，確?；炷涟韬衔锕ぷ餍?；（4）混凝土生產(chǎn)過程中，較普通混凝土生產(chǎn)適當(dāng)延長攪拌時間，確?；炷涟韬衔飻嚢杈鶆颉＃?）混凝土公司調(diào)度員應(yīng)時刻保持與工地聯(lián)系，掌握施工現(xiàn)場混凝土澆筑情況，根據(jù)施工速度合理調(diào)度車輛，確保施工現(xiàn)場不積車，不斷料。4.2

C5O箱梁施工C50箱梁質(zhì)量要求嚴(yán)格，為保證混凝土工程質(zhì)量，在施工工程中需做好以下工作：（1）混凝土運(yùn)至施工現(xiàn)場應(yīng)及時檢測、澆筑，避免等待時間過長，造成混凝土工作性降低，不便于施工。（2）箱梁澆筑時，先澆筑底板，按照從低到高，整體分層分段澆筑，然后再澆筑頂板和肋板。（3）箱梁混凝土振搗采用插入式振搗棒和平板振動器振動，底板則以插入式振搗棒，局部可采用木槌敲打。平板振動器安裝位置統(tǒng)一，且功率相同，統(tǒng)一開啟振動，振動時間控制在15～25S。使用振搗棒進(jìn)行插入式振搗時，應(yīng)插入混凝土深度50～100mm之間和模板距離不少于50mm，防止破壞模板，振動棒移動距離為振搗棒作用半徑的1.5倍，即不大于45～60cm。（4）混凝土澆筑振搗完畢，頂板拉毛后及時進(jìn)行覆蓋保濕，梁拆模后經(jīng)及時進(jìn)行不間斷噴淋保濕，且不低于7d，養(yǎng)護(hù)水溫與混凝土表面溫差不得大于15℃。（如圖1）5.箱梁容易出現(xiàn)的問題及預(yù)防措施5.1箱梁表面色差問題箱梁在澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)過程中，容易出現(xiàn)色差問題，色差雖然對安全影響不大，但影響梁外觀美感。只要施工過程中加以預(yù)防還是可以避免的，針對色差形成的原因，筆者認(rèn)為可以從以下幾個方面加以預(yù)防。（1）發(fā)現(xiàn)露天堆放的模板表面出現(xiàn)銹斑時，應(yīng)采用鋼絲刷進(jìn)行除銹并清除表面銹粉，如果不清理或清理后未清理表面銹粉，容易導(dǎo)致靠近銹斑位置的混凝土表面發(fā)黃。（2）涂刷脫模劑時應(yīng)使用滾刷對模板進(jìn)行均勻涂抹，保證表面有光感（如圖），并及時澆筑混凝土，防止模板污染影響混凝土外觀質(zhì)量。如遇到特殊天氣不能及時澆筑，對模板進(jìn)行覆蓋，防止模板污染。（3）采用吊罐澆筑混凝土?xí)r，下料時開口較大，下料口高度過高，導(dǎo)致混凝土散落在箱梁翼緣板模板上早凝導(dǎo)致翼緣板表面混凝土表面出現(xiàn)白斑。（4）控制混凝土拌合物坍落度穩(wěn)定，防止泌水、離析引起箱梁澆筑后產(chǎn)生。色差。（5）避免混凝土供應(yīng)中斷，混凝土澆筑間隔時間過長，箱梁表面出現(xiàn)色差。在生產(chǎn)過程中通過上述措施，澆筑的混凝土箱梁表面顏色均勻一致，無較大色差出現(xiàn)（如圖）。5.2箱梁表面氣泡、氣孔預(yù)防箱梁側(cè)面面積較大，施工過程中如稍不注意，有可能出現(xiàn)氣泡，有時氣泡直徑1～4mm，深度1～3mm，氣泡較多時每平方米氣泡面積超過35～50cm2。（1）嚴(yán)格控制混凝土坍落度，按照設(shè)計(jì)坍落度要求滿足180～220mm。（2）控制粗骨料質(zhì)量，尤其控制石子中針片狀含量，防止超標(biāo)，嚴(yán)格控制其含量低于8%，防止針片狀過量造成粗骨料局部堆積。（3）箱梁腹板澆筑過程中采用分層澆筑，平板振動器配合振動棒振搗，避免單層澆筑厚度超過500mm，防止?jié)仓^厚不利于氣泡排除。在生產(chǎn)實(shí)踐中反復(fù)試驗(yàn)，箱梁表面基本無較大氣孔，箱梁表面質(zhì)量較好（如圖）。5.3箱梁的腹板存在水波紋預(yù)防箱梁腹板出現(xiàn)水紋，重點(diǎn)是避免混凝土離析、泌水。造成混凝土離析泌水主要有兩方面的原因；（1）砂石含水率變大，生產(chǎn)操作人員調(diào)整不及時，混凝土出現(xiàn)離析、泌水。（2）混凝土攪拌時間短，拌合物存在局部攪拌不均，外加劑效能沒有充分發(fā)揮，混凝土澆筑后外加劑繼續(xù)作用產(chǎn)生混凝土泌水。（3）過渡振搗，造成混凝土離析分層。經(jīng)過上述調(diào)整，腹板位置的水波紋情況基本消除。5.4箱梁混凝土強(qiáng)度增長緩慢影響張拉后張法箱梁混凝土要求7d強(qiáng)度不低于90%，若箱梁混凝土強(qiáng)度增長緩慢則影響張拉的進(jìn)行。造成混凝土強(qiáng)度低主要有以下幾點(diǎn)：（1）混凝土生產(chǎn)過程中，質(zhì)量控制差，混凝土配合比嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)配合比造成水膠比過大，或砂石原材料偏離配合比試驗(yàn)原材料質(zhì)量。（2）混凝土拆模后，未進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)造成表面水泥水化停止，表面硬度低，回彈強(qiáng)度低。在混凝土生產(chǎn)過程中，通過嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量和施工單位規(guī)范養(yǎng)護(hù)，基本未出現(xiàn)早期強(qiáng)度不足（如表3），影響張拉工序現(xiàn)象。表3

C50箱梁不同齡期回彈強(qiáng)度值序號強(qiáng)度（MPa）齡期（d）3728標(biāo)養(yǎng)回彈標(biāo)養(yǎng)回彈標(biāo)養(yǎng)回彈141.742.152.950.265.860.2240.441.054.149.368.062.3341.841.153.350.662.760.4444.640.752.647.862.858.7543.539.451.948.264.257.96.結(jié)論通過對上述環(huán)節(jié)嚴(yán)格、有效控制，結(jié)合工程實(shí)踐驗(yàn)證使整個生產(chǎn)過程質(zhì)量可控，外觀良好，取得良好的社會效益。（1）針對C50混凝土特點(diǎn)，選擇水泥強(qiáng)度穩(wěn)定的水泥，優(yōu)選質(zhì)地堅(jiān)硬、粒形、級配良好的骨料，是保證混凝土質(zhì)量的前提。（2）針對C50箱梁混凝土7d張拉的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)