大體積高強(qiáng)度高性能混凝土的控制和應(yīng)用

趙 磊

（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 工程簡介

宜萬鐵路宜昌長江大橋，其主跨采用結(jié)構(gòu)為（130+2*275+130）m縱橫豎三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)柔性拱結(jié)構(gòu),其跨度和結(jié)構(gòu)形式在同類橋梁中居世界第一。主梁頂面寬14.4米，底寬9.2~12.727米，斜腹板斜率5.5：1的單箱雙室變截面箱梁結(jié)構(gòu)，三個(gè)主墩的0#塊高14.5米，每個(gè)0#塊的混凝土方量有三千多方，加上其它材料總共近萬噸，有"萬噸0#塊"之稱，施工時(shí)其質(zhì)量控制難度較大。每個(gè)主墩的梁體有30個(gè)塊段，其中0#-7#塊的混凝土都在250方以上，根據(jù)混凝土的體積和結(jié)構(gòu)尺寸，前7個(gè)塊段均為需要特殊施工工藝的大體積混凝土。所有主梁的混凝土都采用C60高性能混凝土。

2 混凝土配合比的設(shè)計(jì)

宜萬鐵路宜昌長江大橋的主梁的混凝土都采用C60高性能混凝土，高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)首先要保證其滿足耐久性要求，耐久性包括抗?jié)B性、抗凍性、抗化學(xué)侵蝕性、抗碳化性和體積穩(wěn)定性以及堿-集料反應(yīng)等。還要保證其低收縮性、最大密實(shí)性和較小的徐變等性能。結(jié)合工地的實(shí)際情況，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)我們要同時(shí)滿足以下幾點(diǎn)：

2.1 在保證質(zhì)量的情況下使混凝土四天強(qiáng)度達(dá)到90%，以便工程的塊段施工的工期要求。

2.2 由于泵送的高度高、距離遠(yuǎn)和鋼筋布置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求混凝土有特別好的工作性和可泵性，工作性是保證混凝土澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵，還要求高性能混凝土拌合物具有高流動(dòng)性（坍落度應(yīng)不小于200mm）、自密性、坍落度損失小，同時(shí)還應(yīng)具有體積穩(wěn)定性好、不離析、不泌水等特性。

2.3 由于本工程施工時(shí)各個(gè)塊段的體積較大，要求混凝土具有低水化熱、低水膠比和低用水量，只有這樣才能保證大體積混凝土不開裂，盡量不采用內(nèi)部預(yù)埋散熱管，保證混凝土的耐久性。

通過大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，我們要解決以上問題的主要技術(shù)途徑是：采用P·O42.5水泥，摻入活性礦物細(xì)摻料和聚羧酸高效減水劑。

水泥的確定：根據(jù)水泥的水化熱、強(qiáng)度和工地的實(shí)際施工情況，決定采用P·O42.5水泥。

活性礦物細(xì)摻料的確定：

通過大量的混凝土實(shí)驗(yàn)比對(duì)和對(duì)混凝土的膠凝材料微觀分析，宜萬鐵路宜昌長江大橋采用的是比表面積大于600m2/kg的超細(xì)礦物摻和料，礦物摻和料是由性能好的一級(jí)粉煤灰和高爐礦渣按3：1的比例混合在加工磨細(xì)而成，其主要指標(biāo)見表1：

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經(jīng)過實(shí)驗(yàn)我們選擇了在混凝土中摻入15% 、20% 、25% 、30%的摻和料，綜合比較最終確定在混凝土中摻入20%（占膠凝材料）的礦物摻和料用來改善混凝土的性能，這樣礦物細(xì)微顆粒均勻分散到水泥漿體中，填充水泥石孔隙，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，達(dá)到最大密實(shí)度，提高混凝土的抗?jié)B性。同時(shí)礦物摻和料的摻入取代了部分水泥，降低了混凝土初期水化熱，減少了溫度裂縫。

高效減水劑的確定：

配合比確定初期，我們采用的是萘系和氨基磺酸鹽系減水劑，用這兩種外加劑混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)雖然能滿足C60高性能混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)，但是可泵性稍差，混凝土粘度大，4天強(qiáng)度不能達(dá)90%以上。經(jīng)過討論對(duì)比并試驗(yàn)我們采用了目前減水率達(dá)到40%以上的聚羧酸鹽類外加劑，采用這種外加劑能在水膠比0.28的情況下獲得高流動(dòng)性，混凝土工作性能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

最終確定的配合比如表2：

其中編號(hào)為C166的為冬季使用，編號(hào)為C161的為夏季使用。

配合比確定后，我們對(duì)其進(jìn)行了一系列的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，主要有膠凝材料混合后的顆粒分析，混凝土耐久性的六大指標(biāo)，混凝土的干縮和徐變，混凝土的水化熱，混凝土德強(qiáng)度增長等實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證明我們的混凝土配合比完全滿足高性能混凝土的各項(xiàng)要求，在質(zhì)量上特別是在收縮和徐變上比同類混凝土有很大的提高。

該配比為首次在鐵路大跨度預(yù)應(yīng)力梁上使用此種型號(hào)的減水劑和大量摻入礦物摻和料的工程。

根據(jù)使用的膠凝材料數(shù)量，經(jīng)水化熱公式計(jì)算，混凝土的絕對(duì)溫升在55℃左右。綜合考慮不需要再施工時(shí)內(nèi)部布置散熱管降溫。

3 混凝土的施工控制

在工程中我們首先要施工11號(hào)墩的0#塊，混凝土量在3000方左右，體積較大，高度在14.5米，底板厚在1.5米左右。由于高度大，模板側(cè)壓力和底板壓倉板的壓力都特別大，再加上混凝土方量較大，施工中很難控制。施工日期在溫度較高的2006年的7月底，采用以上配合比，在工程中取得了較好的效果。宜萬鐵路宜昌長江大橋的三個(gè)主墩施工中我們?cè)诓捎昧烁咝阅芑炷恋幕A(chǔ)上，摻入了較多緩凝保塑劑，用于延長混凝土的放熱速度和混凝土的升溫峰值，并做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，在箱內(nèi)和頂面采用蓄水養(yǎng)護(hù)，側(cè)面和底部不間斷撒水養(yǎng)護(hù)。同時(shí)預(yù)埋測(cè)溫元件對(duì)混凝土不同的部位每隔2到4個(gè)小時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，總結(jié)大體積高性能混凝土的內(nèi)部溫度隨著齡期的變化情況，并根劇溫度的變化采取措施。在監(jiān)測(cè)中測(cè)得混凝土芯部溫度最高達(dá)到90℃左右，但是混凝土30厘米表層溫度和環(huán)境溫度之差均小于20℃，在后期的檢查中混凝土沒有出現(xiàn)有害裂紋。下表是我們監(jiān)測(cè)的11號(hào)墩0#塊部分溫度見表3：

在其它塊段的施工中，我們根據(jù)環(huán)境條件、施工情況和水泥的三天強(qiáng)度。靈活調(diào)整和使用配合比，在前7個(gè)塊段都預(yù)埋了測(cè)溫線，時(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土的溫度，為現(xiàn)場(chǎng)提供更好的服務(wù)。

4 大體積高強(qiáng)高性能混凝土施工總結(jié)

在過去普通的大體積混凝土施工中，混凝土的溫度高峰期多出現(xiàn)在第三天到第五天，溫度上升較快，隨著水泥水化的完成溫度迅速下降，易造成混凝土表面產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)影響混凝土的質(zhì)量，通常要采取內(nèi)部降溫或外部保溫措施來保證混凝土的質(zhì)量。

從我們施工中可以看出，采用摻加20%經(jīng)過配制和加工的礦物摻和料的大體積高性能混凝土，不僅在性能和強(qiáng)度滿足質(zhì)量和施工需要外，而且對(duì)于大體積混凝土施工也較為有利，其溫度高峰期出現(xiàn)在混凝土施工完的第三天到第七天之間，其峰值比較平緩，有效地降低了混凝土的梯度溫差，減小了混凝土由于溫差變化而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，混凝土的表層30厘米內(nèi)的溫度與環(huán)境溫度之差小于20℃，從而預(yù)防了混凝土的開裂。從而避免了混凝土內(nèi)部使用散熱管降溫，不僅使結(jié)構(gòu)的安全得到保證，而且也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李保華.大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)與裂縫控制[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006.

[2]宋錕.筏板基礎(chǔ)大體積混凝土溫度裂縫控制研究[D]，遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2005.