淺析客運專線C50梁體混凝土冬季施工技術(shù)

【摘 要】采用礦物摻合料雙摻技術(shù)對混凝土配合比進行了試驗，研究了雙摻技術(shù)對混凝土的影響、組成及水膠比對基礎工程用高性能混凝土強度及耐久性的影響。試驗及分析結(jié)果表明：配制鐵路客運專線C50高性能混凝土，水膠比及膠凝材料總量是配合比設計的關鍵。

【關鍵詞】高性能混凝土；工程實例；雙摻技術(shù)；拌合；運輸澆注

高性能混凝土隨著混凝土從單一的高強度向高性能化的發(fā)展，在土木建筑工程施工中，對混凝土的研究重心從高強度轉(zhuǎn)向混凝土的耐久性。而高強度高性能的混凝土有抵抗嚴峻環(huán)境侵蝕、自然氣候侵蝕和化學侵蝕等較好性能，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)使用年限。隨著大量使用高強度高性能混凝土逐漸增多，對高強度高性能混凝土配合比的研究也逐漸深入。高性能混凝土一般水膠比較低，單位體積水泥用量較少，需使用外摻料來代替部份水泥，在保證高強度高性能混凝土的特點情況下，還必須滿足高流態(tài)、坍落度、經(jīng)時損失及特殊養(yǎng)護等。本文淺析了客運專線C50梁體混凝土冬季施工技術(shù)，可供借鑒。

一、本項目工程概況

新建蘭新鐵路大平羌溝大橋地處青藏高原東北緣，屬大陸性高原氣候。具有氣溫低、溫差大、日照長、降水少且四季不分明等特點。年平均氣溫0.48℃，年平均降水量530mm，區(qū)內(nèi)最大凍土層深度183cm，最大積雪厚度23cm。主橋采用（60+100×2+60）m預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，全長320m。

二、大平羌溝大橋高性能混凝土技術(shù)參數(shù)和措施

（1）高性能混凝土技術(shù)參數(shù)。大橋結(jié)構(gòu)設計使用年限為100年，箱梁混凝土采用強度等級為C50的預應力高性能混凝土，環(huán)境等級為T2、D2，抗凍等級不低于F300，56d電通量不大于1000C，抗?jié)B等級不低于P20?；诖髽蛱厥獾牡乩砦恢靡约案叨盏奶攸c，優(yōu)化配合比設計，選用水膠比小、用水量少的混凝土配合比，坍落度設計值控制在180mm～220mm之間，含氣量控制在2%～4%?，F(xiàn)場采用泵送混凝土施工，嚴格控制混凝土拌合物的性能。（2）高性能混凝土的技術(shù)措施。高性能混凝土是指抗裂、抗氯離子滲透、抗硫酸鹽腐蝕、抗凍融、抗碳化等耐久性混凝土。從提高混凝土材料本身的性能出發(fā)，提高混凝土材料本體的耐久性。主橋混凝土采用抗開裂高性能混凝土?；炷敛捎玫V物摻合料和新型高效減水劑摻合，較小水膠比、含氣量適中、砂率適宜等參數(shù)，采用假定容重進行配合比設計。通過反覆試驗即可科學地指導混凝土實際施工和過程中的調(diào)整，又便于分析施工中產(chǎn)生問題的原因。

三、混凝土原材及配合比

（一）混凝土原材

1.水泥。甘肅金昌水泥股份有限公司P.O42.5水泥；其主要技術(shù)性能指標見表1。

表1 水泥物理化學分析

2.礦粉。甘肅立之林建材有限公司，生產(chǎn)的S95級磨細礦渣粉，其主要技術(shù)性能見表2。

表2 礦粉物理化學分析

3.粉煤灰。粉煤灰：甘肅電投景泰分公司，F(xiàn)類Ⅰ級；其主要指標見表3。

表3 粉煤灰物理化學分析

4.細骨料。酒泉清水河河砂；細度模數(shù)2.8；Cl-含量

0.001%，硫化物及硫酸鹽含量0.02%。

5.粗骨料。山丹縣清水溝石場，由5mm～10mm、10mm～20mm兩種規(guī)格的碎石按質(zhì)量比2：8摻配成5mm～20mm連續(xù)級配。

6.減水劑。江蘇博特新材有限公司JM-PCA（l）聚羧酸高效減水劑，減水率29%，摻量1.0%。

7.引氣劑。江蘇博特新材料有限公司GYQ（l）型高效引氣劑，摻量0.3%；

8.拌合水。山丹軍馬場地下水。

（二）配合比設計方案

高性能混凝土采用低水膠比、控制膠凝材料用量并采用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰和礦渣粉等多種礦物摻合料，并摻加復合多功能外加劑，不僅能改善拌合物性能指標，同時也提高強度和耐久性?？梢姄郊觾?yōu)質(zhì)礦物摻合料和復合多功能外加劑是達到“高性能”的主要途徑?！半p摻法”是配制高性能混凝土的常用技術(shù)，能有效改善混凝土抗化學侵蝕性能，摻合料選擇優(yōu)質(zhì)粉煤灰和磨細礦粉，該摻合料具有較高的力學性能和耐久性能，作用機理可概括如下：（1）形態(tài)效應——通過反復試驗證明，摻合料的細度、分布對其水化成度、水化深度及硬化后的性能有不同程度的影響。由于礦粉顆粒不規(guī)則且表面粗糙，摻入混凝土中可能會降低新拌混凝土的流動性，但礦粉與粉煤灰的結(jié)合可補償這一缺陷，使拌合物流動性得以優(yōu)化可泵性能更好。（2）活性效應——高性能混凝土施工以粉煤灰與磨細礦粉二者雙摻，通常雙摻的組合范圍為粉煤灰（10%～25%）+磨細礦粉（20%～30%）為宜，總量30%～55%。外摻料的使用大大提高了混凝土工作性；由于“顆粒效應改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加了混凝土的抗蝕能力，提高了混凝土的耐久性；對混凝土后期強度發(fā)展及為有利，節(jié)約工程經(jīng)濟成本，對于環(huán)保有積極意義。（3）微集料效應——在混凝土中，粗骨料的間隙由細骨料填充，水泥顆粒、磨細礦粉及粉煤灰進行填充。通過適當比例的混合，改善混凝土中各組材料級配。各組材料在拌制及水化過程中，不同粒徑的材料相互填充減少了顆粒間的孔隙，從而進一步減少了復合膠凝材料體系凝結(jié)硬化的總孔隙率，使混凝土更為密實，大大提高了混凝土抗?jié)B透性能。本試驗采用普通硅酸鹽水泥、活性礦物摻合料、高效減水劑為主要材料，同時采用常規(guī)的集料和工藝方法拌制C50高性能混凝土。根據(jù)混凝土拌合物性能、力學和耐久性指標，結(jié)合施工環(huán)境和經(jīng)濟成本以及施工進度等各種因素，最終選定配合比見表4，混凝土拌合物和力學及耐久性能見表5。

表4 選定的C50混凝土配合比

表5 選定配合比設計混凝土拌合物和力學及耐久性能

四、混凝土配制、拌合、運輸

本工程混凝土采用冬季施工方案，須在以下環(huán)節(jié)進行質(zhì)量控制：（1）各種原材料進場前必須進行常規(guī)項目檢驗，嚴格控制骨料的含泥量和泥塊含量。對每批減水劑與膠凝材料進行相容性試驗，嚴格減水劑的減水率，必要時對進場減水劑進行混凝土配合比驗證。（2）攪拌混凝土前，應先經(jīng)過熱工計算，并經(jīng)試拌確定水和骨料需要預熱的最高溫度，保證混凝土出機溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。（3）拌合設備進行防寒處理，設置在溫度不低于10℃廠房或暖棚內(nèi)。若拌合場所環(huán)境溫度低于10℃，必須采取升溫措施滿足混凝土攪拌環(huán)境溫度的需要；攪拌混凝土前或停止攪拌后，應用熱水沖洗攪拌機鼓筒，提高攪拌鼓筒溫度并避免混凝土在鼓筒中凝固。（4）拌合用水溫度不低于5℃，必要時可先將拌合用水加熱，當加熱水不能滿足拌合溫度時，可將水加熱到不高于80℃；當骨料不加熱時，水可加熱到100℃，為防止熱水直接與水泥接觸發(fā)生假凝現(xiàn)象，投料時采用加熱水與骨料先拌合后再投入膠凝材料進行攪拌，當加熱水不能滿足要求時，可將骨料均勻加熱，但骨料加熱溫度不應高于60℃。（5）混凝土拌合時間較常溫施工延長50%左右，最短攪拌時間應不少于180秒?；炷列冻霭韬蠙C時的最高溫度不應大于40℃。（6）拌制混凝土時，砂石骨料的溫度保持在0℃以上，骨料中不得混有冰雪、凍塊及易被凍裂的礦物質(zhì)，含水量不得大于3%。（7）當拌制的混凝土出現(xiàn)坍落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時，應重新調(diào)整加熱溫度，并改變投料順序，先讓骨料與水拌合后再投入膠凝材料進行攪拌；保證混凝土拌合物的出機溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃。（8）嚴格按照混凝土配合比施工，混凝土開盤前，測試細骨料和粗骨料的含水率，正確得出施工配合比。在混凝土開盤后，及時檢測混凝土的出機溫度、坍落度、含氣量是否符合要求，作為對混凝土施工配合比調(diào)整的依據(jù)。（9）冬期混凝土施工方法的選擇應考慮的因素。一是綜合考慮自然條件，環(huán)境的極端惡劣程度；二是混凝土結(jié)構(gòu)類型；三是工期限制；四是經(jīng)濟指標；五是工作人員的勞動保護。

五、混凝土澆注、養(yǎng)護、拆模

1.混凝土澆筑。（1）混凝土采用普通混凝土澆注的方法施工，盡可能縮短混凝土的運輸時間，且運輸及灌注設備須采取保溫措施，保證混凝土的澆注溫度在任何情況下均不低于5℃。（2）梁體混凝土澆注前，應采取防風、防凍措施，保證混凝土的入模溫度不低于5℃，在混凝土澆筑過程中混凝土的分層厚度不宜小于20cm。

2.混凝土養(yǎng)護。（1）混凝土開始養(yǎng)護時的溫度，應根據(jù)施工方法通過熱工計算確定，但不得低于5℃，不得高于結(jié)構(gòu)中心水化熱的最高溫度。采用蓄熱法養(yǎng)護最高溫度不高于40℃，最低溫度不低于5℃，細薄截面結(jié)構(gòu)不宜低于10℃。（2）混凝土外露面應采用2m棉棚布遮擋風雪，必要時可安設足夠的典鎢燈以提高混凝土表面溫度。能夠包裹的部位可用塑料薄膜、棉棚布嚴密包裹，確保混凝土水化過程中水分散失，冷空氣侵蝕混凝土表面。（3）混凝土養(yǎng)護初期的溫度，不得低于防凍規(guī)定的溫度，且內(nèi)外溫度差不能大于15℃，若內(nèi)高外低的溫差超過15℃，可在棉棚內(nèi)加以適當蒸汽升溫。

3.混凝土拆模。（1）在混凝土強度達到2.5Mpa時拆模比較合適。以確保其表面及棱角不因拆模而導致混凝土試件缺邊掉角。（2）混凝土與環(huán)境的溫差不得大于15℃，當溫度差10℃<15℃時，拆除模板后立即在混凝土表面采取覆蓋保溫措施，內(nèi)模應在混凝土強度能保證其表面不發(fā)生塌陷和裂縫時可拆除內(nèi)模板。（3）采用外部熱源加熱養(yǎng)護的混凝土，當養(yǎng)護完畢后的環(huán)境氣溫仍在0℃以下時，應待混凝土冷卻至5℃以下且混凝土與環(huán)境之間的溫差不大于15℃后，方可拆除模板。

六、結(jié)論

（1）高性能混凝土采用粉煤灰、礦渣粉雙摻技術(shù)，是配制高性能耐久性混凝土的先進技術(shù)，總膠凝材料的比例組成是獲得高強度混凝土的重要條件。（2）高性能減水劑特別是聚羧酸不僅減水率高，而且混凝土坍落度保持性好，對大計量的外摻料混凝土有較好的激發(fā)作用。（3）在有彈模要求的橋梁及有凍融要求的混凝土施工中，粉煤灰摻量不宜過高，宜在22%之內(nèi)。（4）高性能混凝土對原材料的要求很高，要求粗骨料的粒徑應控制在≯25mm，并仔細檢測粗骨料的各種性能；砂率對混凝土彈模影響較大，在滿足工作性的條件下，應盡量降低為宜。（5）高性能混凝土施工須加強工序工藝控制，特別是摻入大量的礦物摻合料后，混凝土的后期強度優(yōu)于普通混凝土，對養(yǎng)護等環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

參 考 文 獻

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