某高速特大斜拉橋主梁C55 高性能混凝土應用研究

屈愛萍

（山西工程科技職業大學， 山西 太原 030619）

0 引言

某高速特大斜拉橋主梁標準段梁高3.5m，壓重段梁高3.61m，全寬28.5m。標準橫斷面頂板厚為28cm、水平底板厚為25cm、斜底板厚為25cm、索塔處梁段水平頂板板厚為115cm、水平底板厚為85cm。梁端頂板厚145cm，底板厚85cm，強度采用C55MPa 混凝土。

1 箱梁混凝土配合比設計

1.1 箱梁混凝土性能要求

（1）強度：≥55MPa；

（2）坍落度：20±2cm；

（3）泌水性：不泌水；

（4）具備良好的耐久性；

（5）具備良好的抗裂性能；

（6）滿足泵送要求；（7）混凝土的彈性模量大于3.55×104MPa。

1.2 C55 配合比設計原則及高性能混凝土材料的要求

（1）混凝土強度設計需滿足混凝土配置強度及其他力學性能、工作性能、耐久性能、長期性能、體積穩定性的要求，其中水泥選用標號不低于52.5 普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽水泥[1]，且水泥的實際強度fce(28d 膠砂抗壓強度（MPa）)不宜低于58MPa；砂的級配采用級配良好的Ⅱ區中砂，宜選用顆粒級配為5mm，累計篩余量0～5%；0.63mm 累計篩余量為40%～70%；0.16mm 累計篩余量95%～100%；含泥量≤2%，泥塊含量≤1%，且細度模數不宜小于2.6；碎石采用石灰巖，碎石的針片狀含量控制在5%以下，碎石的最大粒徑不宜大于26.5mm。

（2）C55 混凝土設計根據以往經驗，在保證工藝性能的前提下，水膠比盡可能低，本項目基本控制在0.28～0.31 之間，且偏低值。

（3）在保證設計強度的前提下，混凝土體積中膠結材料的體積不宜超過35%，宜在28%～32%之間。水泥中鋁酸三鈣（C3A）含量控制在6%～12%，Cl-含量應低于0.03%，堿含量≤0.6%。

（4）減水劑采用聚羧酸高效減水劑，具有減水率高、坍落度損失小，同時可以摻入不超2%的引氣劑，以改善和提高混凝土的綜合性能。

（5）細骨料品質指標：細骨料采用級配良好的天然砂，不宜使用機制砂和山砂，嚴禁使用海砂。

（6）拌合水的品質指標：采用飲用水。

（7）高性能混凝土必須具有高強度：諸如良好的工作性(施工性)，體積穩定性、耐久性、物理力學性能等等，高強高性能混凝土不能單純的用坍落度來衡量拌合物的性能[2]。

1.3 礦物摻合料

在混凝土中摻入礦物外摻料，特別是多元復合摻入，可以大大改善混凝土的工作性能，降低混凝土的溫升速度，改善其內部結構，提高混凝土的密實性，促進混凝土的后期強度發展，并且可以抑制堿-集料反應的發生，從而提高混凝土的安全性和耐久性。選用適應的外摻劑，如：粉煤灰、礦粉、硅粉等，可起到改善混凝土的技術性能，節約水泥、降低成本的良好作用，本項目因受工期制約因素等限制，未添加礦粉拌合物。

1.4 C55 高性能混凝土配合比設計

設計高性能混凝土配合比，應根據混凝土設計等級、混凝土耐久性以及侵蝕環境類別，施工工藝對工作性能的要求，原材料品質、施工管理水平的要求進行配合比設計；通過科學試配、調整、檢測、分析、總結等步驟確定配合比；配制的混凝土拌合物性能滿足施工和驗收要求以及混凝土構件的設計強度和耐久性能的技術要求。

1.5 施工配合比

配合比經過試配最終確定施工配合比為：水泥∶砂∶大石∶小石∶水∶減水劑=485:689:788:338:141:5.82。

2 C55 混凝土砂率對混凝土工作性能的影響

（1）不同砂率情況下，C55 混凝土所表現的工作性能（見表1）。

表1 不同砂率情況下混凝土工作性能試驗結果

（2）砂率偏大時，骨料的比表面積大，所需要的漿體量就大，這個可以保證足夠的包裹來確保需要的工作性能，但勢必會增加水泥用量或者用水量，這樣無形中也會增加結構早期的水化熱效應，不利于結構的穩定。

（3）砂率偏小，混凝土拌合物的工作性能就會降低，這樣就會降低混凝土的流動性，不利于大體積混凝土的施工需求。

（4）在相同水泥漿的情況下，砂率對混凝土的體積無影響，但對工作性能影響較大。

（5）砂率過大或過小，均會造成混凝土流動性降低，一方面使混凝土不易拌合均勻，均質性差；另一方面使混凝土在澆筑過程中，不易被振搗密實，澆筑后在其內部和模板的內側容易形成蜂窩和空洞，表面也會形成麻面。從我國多年建造橋梁的情況來看，大流動性混凝土中的砂率一直保持在38%～43%之間[3]。

此外，砂率過低使混凝土保水性下降，泌水通道增加，增大混凝土內部連通孔隙的數量，降低混凝土的抗滲性能。

3 C55 高性能混凝土配合比性能測試

（1）采用不同劑量外加劑進行配合比性能測試見表3。

表3 不同劑量外加劑混凝土配合比試驗數據

（2）C55 高性能混凝土不同外加劑劑量，所表現的物理性能和工作性能見表4。

表4 不同外加劑劑量下混凝土物理性能和工作性能試驗數據

（3）C55 高性能混凝土拌合物力學性能見表5。

表5 C55 高性能混凝土拌合物力學性能試驗數據MPa

通過以上數據分析得出，編號HY-002 C55 高性能混凝土在合理使用配制添加高效減水劑的情況下，混凝土的物理力學性能、工作性能既可以滿足施工需要也可以達到設計強度。

4 混凝土施工

主箱梁采用C55 混凝土，箱梁各部分的混凝土必須采用同一料場的石料、砂料、外加劑、水泥，這樣最大程度保障混凝土質量均衡。

4.1 混凝土生產及運輸

箱梁混凝土由攪拌站集中供料，整個過程確保避免混凝土發生離析、泌水或坍落度損失過大，以免影響混凝土澆筑工作性能。采用攪拌運輸車運送混凝土，當坍落度損失較大時不能滿足施工要求時，可以在運輸車罐內加入適量的與原配合比相同成分的減水劑。減水劑加入量要由試驗確定。加入減水劑后，混凝土罐車應快速旋轉攪拌均勻，并應達到要求的工作性能后再組織施工。

4.2 混凝土澆筑

混凝土的澆筑順序是橫、順橋向均應由外向內澆筑，遵循先底板、再腹板、最后頂板的施工順序，主梁均勻、對稱澆筑,采用插入式（50、30）振搗器振搗。

4.2.1 箱梁混凝土布料

布料應先由鄰側腹板對稱放料，使底板混凝土由箱梁兩側向橫斷面中部流動，然后再中腹板放料。

4.2.2 混凝土澆筑質量控制原則

（1）混凝土澆筑根據工程對象、結構特點，結合具體條件，指定專項方案，并經監理工程師同意后方可組織施工。

（2）混凝土施工時嚴格注意施工天氣變化情況，避免在雷雨及大風天氣施工，確保構件施工質量安全。對于混凝土拌合物，要求其出機溫度不能低于10℃，入模溫度則不能低于5℃。對于混凝土澆筑振搗施工后的養護處理，則應當要求其養護氣溫高于5℃[4]。

（3）混凝土澆筑嚴格按照規范分層澆筑，上下層分層時，上層混凝土振搗器應插入下層混凝土不得小于5cm,以確保混凝土構件質量滿足設計要求，振搗時注意振搗器碰觸模板，影響混凝土的外觀質量。

4.3 混凝土檢測

為更好地控制混凝土的施工質量，提高混凝土達到設計強度時具有更好的混凝土耐久性能，本項目對C55 混凝土達到設計強度時進行了系統的檢測。采用混凝土回彈法與混凝土強度抗壓法進行了對比檢測，同時對28d 混凝土抗壓回彈模量進行了檢測，具體檢測值統計如下（見表6）。

表6 C55 混凝土回彈強度、抗壓強度、抗壓彈性模量試驗數據對比 MPa

通過數據分析得出，某特大斜拉橋C55 混凝土配合比設計合理，且具有很高的施工性、和易性等特點。且混凝土7d 強度在25℃時達設計強度的87.8%，如外界溫度大于30℃時混凝土強度的保證系數會更高，混凝土28d 抗壓強度滿足設計要求，且達到設計強度的117.5%。

5 結束語

（1）某特大橋C55 混凝土采用聚羧酸高效減水劑是可行的；特別是添加引氣劑更好地改善了混凝土的可泵性，增加了混凝土的流動性能，大大減少了混凝土施工的堵管危險；

（2）本項目對混凝土的抗壓彈性模量有較高的要求，所以在施工時對細集料的含泥量項目進行了嚴格的控制。為保證工程總體進度，因摻加粉煤灰會使混凝土構件早期強度偏低，所以項目對粉煤灰進行了控制，這樣既保證了施工質量也保證了施工進度；

（3）砂率對混凝土的彈模影響較大，在滿足施工性能的要求下，易采用低值；

（4）C55 混凝土工作性能的檢測除進行坍落度的檢測外，還需檢測擴展度及粘度，當坍落度損失快時，可以適當增加粉煤灰對水泥的替代率[5]；

（5）通過本項目C55 高性能混凝土的施工，對混凝土砂率及礦物材料的控制，以及高效減水劑合理的應用，施工質量是可靠的，在今后的施工中會更加廣泛。