官渡黃河大橋連續梁混凝土研究

魏軍輝，李文波，張輝

（中交一公局第三工程有限公司，北京101102）

1 引言

混凝土有很多技術要求，如混凝土抗凍性、混凝土抗壓強度以及混凝土的耐久性等，其中，混凝土的抗壓強度是混凝土的重要性能之一。由于混凝土結構主要用于承受荷載和沖擊力等作用，因此，混凝土的抗壓強度是評價混凝土質量的重要指標。官渡黃河大橋是連接鄭州市與新鄉市黃河兩岸地區的經濟重要通道，主橋跨徑布置為3×（75m+5×125m+75m），南引橋跨徑布置為12×30m。主橋上部結構形式為預應力混凝土變截面混凝土連續箱梁，下部結構為12m×4m空心墩、大體積承臺、14根樁的群樁基礎；南引橋下部結構依次為蓋梁、墩柱系梁和單排樁基礎。本文以官渡黃河大橋為例，對影響混凝土抗壓強度的所有影響因素進行深入分析。

2 影響混凝土強度的因素

施工混凝土結構時，要在混凝土攪拌站對原材料進行混合，然后在施工現場進行混凝土的澆筑、振搗、拆模以及養護等一系列復雜的工序，必須使用粗、細骨料，飲用水，水泥，外加劑等原材料。水泥的強度、水灰比、骨料的質量、外加劑的用量、現場的施工環境以及現場的養護條件對混凝土結構強度有很大的影響。

2.1 水泥強度

在各種混凝土原料中，水泥用量及其強度對混凝土的強度有重要的影響。通過各種水泥指標的測試結果可知：在各種原料和水灰比的比例恒定的情況下，水泥的強度越高，混凝土的強度則越高。但是，在實際工程中，應根據工程需要合理選擇水泥材料，例如，工程中通常用的混凝土為C30和C40混凝土，選擇強度等級為P·O42.5水泥即可，而C50及以上混凝土采用P·O52.5水泥，官渡黃河大橋墩柱混凝土C40，承臺混凝土為C30，C55混凝土用于預應力混凝土變截面連續箱梁。

2.2 水灰比

在混凝土施工過程中，影響混凝土強度的重要因素是水灰比。水灰比會影響混凝土的流變性能，是決定混凝土強度和耐久性以及其他物理和化學性能的重要參數。官渡黃河大橋預應力混凝土變截面連續箱梁混凝使用C55混凝土，試驗室配合比為水泥∶砂∶碎石∶水=1∶1.38∶2.35∶0.45，現場檢測砂子含水率為 4.8%，則各材料用量為：水泥為：490kg/m3；砂為：707kg/m3；碎石為：1148kg/m3；水為：188kg/m3。

如果水泥強度Fce=57.8MPa，粗骨料采用碎石，回歸系數A=0.53，B=0.2，按此配置混凝土28d強度為：R=AFc（eC/W-B）=0.53×57.8×（2.20-0.2）=61.26MPa（式中，C為水泥用量；W為水的用量）。

若因誤差多加5kg的水，則水灰比為227/490=0.46，這樣配置出的混凝土 28d 強度為：R′=AFce（C/W-B）=0.53×57.8×（2.15-0.2）=59.73MPa。

由此可見，由于水量的增多，水灰比變大，導致混凝土強度下降，因此，為保證結構物的強度，在保證混凝土和易性的前提下，嚴禁給出場的混凝土隨意加水，保持水灰比穩定[1]。

2.3 粗骨料

粗骨料的分級和表面清潔度會影響水泥砂漿和骨料之間的黏結力，從而影響混凝土的強度。由于碎石表面粗糙，黏結性較強，而卵石表面光滑，黏結性較差，因此，在其他原材料不變的前提下，礫石級配混凝土的強度高于卵石級配混凝土的強度。因此，在條件允許的情況下粗骨料宜選用碎石，不宜選用卵石，官渡黃河大橋施工中選用河南滎陽賈峪石料廠生產的碎石。

2.4 細集料

細骨料級配是否良好會影響混凝土的和易性，使混凝土的黏結力較弱，從而影響混凝土的強度。細集料中的含泥量、泥塊含量、石粉含量對混凝土的和易性、坍落度影響較大，外加劑的用量對其有非常明顯的影響，并且含泥量對外加劑的影響較大。且本項目混凝土采用泵送澆筑，因此，細骨料需要具有小的泥漿含量，良好的級配，質地堅硬，細度模數為2.3～3.0且粒徑小于4.75 mm的中粗河砂，因施工區域200km內無符合要求的天然中粗河砂，故采用符合要求的機制砂，但機制砂存在一個比較普遍的問題就是石粉含量超標，骨料的比表面積增加，需要包裹更多的水泥，并且獲得所需的強度是不經濟的。為了保證混凝土的強度，節約成本，首先，從源頭進行機制砂的生產，嚴格控制機制砂分級和泥漿含量。設專人駐廠監督生產，嚴格控制每批材料的出廠質量，其次，對母巖進行篩選，選擇質地堅硬的石材，定期檢查和校準生產設備篩網，以確保精細骨料的質量[2]。

2.5 外加劑

一般來說，影響混凝土強度的主要因素為水膠比和水泥強度，在水泥用量不變的情況下，減少單方混凝土用水量會提高混凝土的強度，如果添加減水劑只是為了增加混凝土的流動性而不減少用水量，不一定能提高混凝土強度，如果添加的減水劑含引氣組分，會降低混凝土強度。在官渡黃河大橋項目施工中，根據相關設計規范的技術要求，需加入相應的外加劑，項目開工前期，通過大量的配比實驗研究，發現大連西卡建筑材料公司生產的聚羧酸高性能減水劑性能比較穩定，與項目入圍的每種水泥相容性較好，且摻量為0.8%～1.2%，屬于正常范圍，調整出的混凝土和易性、保水性、黏聚性良好，在其他原材料不變的情況下，外加劑摻量在0.8%～1.8%，混凝土強度隨減水劑摻量的增加而提高，加入少量減水劑只會提高坍落度，不會對水灰比造成影響，混凝土強度也不會受影響。

2.6 施工條件的影響

現場混凝土施工環境及施工設備的正確使用是確保混凝土結構達到設計強度的基本條件。混凝土拌和物的拌和時間要達到規范的規定，澆筑混凝土時，要分層進行振搗，混凝土每層厚度嚴禁超過30cm，振搗至混凝土不再冒泡為止。施工溫度對混凝土也有影響，夏天施工要對拌和用水進行冷卻，防止溫度過高初凝過快。冬天，由于溫度較低，水化作用逐漸減弱，混凝土強度增加緩慢，施工時要對拌和用水進行加溫，保證混凝土入模溫度，并及時進行覆蓋蒸汽養護。在施工時要根據外界條件調整混凝土施工環境，以保證混凝土強度。

2.7 養護條件

現場混凝土澆筑和成型養護是混凝土強度的重要組成部分。混凝土凝固過程的環境溫度，濕度和養護齡期對混凝土的強度有重要影響。混凝土澆筑成型時，且在空氣相對干燥的情況下，應及時覆蓋土工織物，并在表面進行灑水養護，否則，混凝土中的水分會迅速蒸發，導致脫水，這將導致混凝土的水泥不能完全水化，不能轉化為穩定的晶體。缺乏足夠的黏結性會在混凝土表面上產生粉末、薄片等一系列問題。如果水過早蒸發，混凝土將發生大的收縮變形和裂縫。因此，混凝土澆筑后的早期維護非常重要。GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》規定，普通養護不得少于7d。實驗室混凝土標準養護室的溫度應為（20±2）℃，相對濕度應大于或等于95%。

3 結語

綜上所述，影響混凝土強度的因素有很多，以上僅對幾個主要因素進行分析，在施工中應從原材料質量到生產過程中的各方面確保混凝土各項指標符合要求，為提高混凝土質量提供有力保障。