特大橋工程高墩泵送混凝土配合比控制要點分析

潘世蘭

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州貴陽 550000）

1 工程概況

赫六高速公路項目一標殷家特大橋工程位于赫章縣境內，該地屬于暖溫帶季風濕潤氣候區，年均氣溫為13.3℃，極端最高氣溫為37.1℃，極端最低氣溫為-10.1℃。降水量在793.1～987.5mm 之間，年均降水851.6mm，年均日照數1380.7 小時，年平均相對濕度79%。歷史最大風速28m/s，平均風速2.1m/s，年無霜期207 天。災害氣象主要為干旱、倒春寒、冰雹、凝凍等。其中3#、4#、5#等橋墩為高墩施工，采用C55混凝土，容重2450kg/m3，坍落度為180～220mm，硅灰摻量為8%。

2 特大橋工程高墩泵送混凝土配合比設計概述

2.1 混凝土配合比設計思路

以往在橋梁高墩施工中，混凝土設計強度等級大多較低，一般為C30～C40，混凝土流動性、黏聚性和泵送性能通過調試容易達到較好的效果，混凝土強度、開裂情況、耐久性能等也較容易滿足要求；混凝土結構一般也不涉及預應力張拉[1]。但在殷家特大橋工程高墩施工中，設計采用C55 混凝土，垂直距離142m，橫向水平距離90m，由于項目地勢坡度較大，處于山谷地段，接力輸送泵施工難度大、不安全，現場不具備可操作性，因此不采用接力輸送泵，而是一次泵送到高墩頂部；混凝土結構還涉及縱橫向預應力張拉施工，早期強度要求嚴格[2]。因此，為保證混凝土性能達到上述要求，需嚴格控制高墩泵送混凝土的配合比。

考慮混凝土的耐久性，從以下幾個方面提高配合比的合理性：第一，采用高性能減水劑，減少水的用量，將水膠比控制在0.38 以下。第二，摻加高質量硅灰，以減少水化熱，控制混凝土的抗裂性。第三，采用優質的砂石料，控制含泥量、石粉含量、堿含量等[3]。

2.2 混凝土原材料技術要求

水泥：采用低熱P·O42.5 的普通硅酸鹽水泥。

細集料：采用0～4.75mm 的砂，細度模數2.8～3.2，石粉含量≤7%，吸水率≤2%，硬質、潔凈、機制砂。

碎石：采用赫六一標自建料場生產的5～26.5mm三檔合成級配碎石（5～10mm、10～20mm、16～26.5mm，三種碎石按20%、40%、40%比例混合而成)。

摻和料：采用硅灰，摻量為8%。一般摻硅灰主要是為了提高泵送性能，摻量一般為2%～3%，這種情況下沒有考慮混凝土的早期強度，而實際上5%～10%是硅灰的最佳摻量，因此結合經驗，同時考慮該項目抗裂、早期強度等方面的因素，最終確定硅灰摻量為8%[4]。

外加劑：采用聚羧酸系高性能減水劑，摻量為1.4%（一般要求聚羧酸高效減水劑的摻量為膠凝材料總重量的0.4%～2.5%，常用摻量為0.8%～1.5%），同時適度增加引氣劑，起到緩凝，降低坍落度損失，改善流動性和可塑性的作用。總之，要合理開展配合比試驗，調整相關外加劑的摻量，以確保混凝土性能滿足施工要求，將混凝土初終凝時間控制在合理范圍內[5]。

水：采用野馬川山泉水。注意，不可采用含泥漿、雜物的水，且經外委檢測相關指標合格方可采用。

3 特大橋工程高墩泵送混凝土配合比控制要點

3.1 混凝土配合比設計計算

3.1.1 計算試配強度（?cu,o）：

式（1）中：?cu,o為混凝土試配強度；?cu,k為設計混凝土強度標準值；σ為混凝土強度標準差。

通過式（1）計算得出?cu,o=55+1.645×6.0=64.9（MPa）

3.1.2 水膠比（W/B）：從以往參與的100 年設計年限要求的預應力混凝土梁C55 高性能混凝土的成功實踐來看，水膠比0.28～0.32 較適應國內預應力C55 高性能混凝土施工。考慮混凝土中硅灰摻量8%，影響系數yf取1，結合經驗該項目高墩泵送C55 混凝土選擇0.31 的水膠比。

3.1.3 計算用水量（m′wo）：確定坍落度設計值為160～200mm，根據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55—2011）第5.2 節規定計算用水量，坍落度90mm，標準值取205kg/m3，增加坍落度90mm，按照每增加20mm 增加5kg 的水計算，90×5/20=22.5（kg），所以用水量取值為205+22.5=227.5（kg/m3）。

3.1.4 摻外加劑時的混凝土用水量：

式（2）中：mwo為摻外加劑的混凝土用水量；m′wo為未摻外加劑的混凝土用水量；β 為外加劑的減水率，取β=27%（高性能減水劑減水率不少于25%）。

通過式（2）得出 mwo=227.5×(1 -27%)=166(kg/m3)。

同時結合經驗，以及耐久性、和易性要求，故最終取用水量為154kg/m3。

3.1.5 計算膠凝材料用量（mb0）：

式（3）中：mb0為混凝土膠凝材料用量；mw0為混凝土用水量；W/B 為水膠比。

通過式（3）得出mb0=154/0.31=497（kg/m3）。

3.1.6 計算外加劑用量（ma0）：

式（4）中：ma0為混凝土外加劑用量；mba為混凝土膠凝材料用量；βa為外加劑摻量，取βa=1.4%。

通過式（4）得出ma0=497×1.4%=7.00（kg/m3）。

3.1.7 計算粉煤灰用量（mf0）：

式（5）中：mf0為混凝土粉煤灰用量；mb0為混凝土膠凝材料用量；βf為選用硅灰取代水泥用量，根據摻和料的應用技術規范，取βf=8%。

通過式（5）得出ma0=497×8%=40（kg/m3）。

3.1.8 計算水泥用量（mc0）：

式（6）中：mc0為混凝土水泥用量；mb0為混凝土膠凝材料用量；mf0為混凝土粉煤灰用量。

通過式（6）得出mc0=497-40=457（kg/m3）。

3.1.9 選取砂率（βs）：

取βs=42%，依據《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ 55—2011)5.4.2 條規定，可在其中表5.4.2 的基礎上，按坍落度每增大20mm 砂率增大1% 的幅度予以調整[6]。

3.1.10 計算砂、石用量（mso，mgo）：

采用質量法計算，粗、細骨料用量按下列公式計算[7]：

式（7）～式（8）中：mC0為混凝土水泥用量；mf0為混凝土粉煤灰用量；mso為混凝土砂用量；mgo為混凝土碎石用量；mcp為混凝土假定質量，取mcp=2450kg/m3；βs為砂率。

通過式（7）、式（8）計算得出：ms0=756（kg/m3），mg0=1043（kg/m3）。

3.1.11 計算初步配合比：

設計每立方米混凝土的質量為2450kg（不計算外加劑自身水分），初步配合比詳見表1。

表1 混凝土初步配合比指標表

3.2 試拌調整工作性、提出混凝土試拌配合比

按初步配合比試拌0.037m3混凝土拌和物，經機械拌和后測得混凝土拌和物坍落度為210mm，表觀密度為2470kg/m3，混凝土黏聚性和保水性良好，無泌水、離析現象。砂率、用水量無須調整。

3.3 計算混凝土調整配合比

用水量不變，水膠比增減0.05，砂率相應調整1%，經調整后的配合比詳見表2。

表2 混凝土調整配合比指標表

3.4 混凝土強度和耐久性驗證

按照上述三種水膠比各拌制0.037m3混凝土拌和物，混凝土配合比表觀密度實測值與設計值之差的絕對值不超過設計值的2%[8]，故不再調整。其各項性能指標，7d、28d 強度，以及抗滲等級詳見表3。

表3 混凝土強度和耐久性驗證指標表

3.5 混凝土配合比選擇

根據試拌及抗壓強度結果，選用A 組水膠比0.31的配合比為設計配合比，詳見表4。

表4 最終確定的混凝土配合比指標表

4 結語

綜上所述，在赫六高速公路項目一標殷家特大橋工程中，在考慮強度、耐久性的前提下，為滿足C55 高墩泵送高性能混凝土有良好的工作性能和可泵送性能（即滿足流動性、黏聚性，不離析、不堵管），采用“低熱P·O42.5 的普通硅酸鹽水泥，摻優質硅灰+高性能減水劑”，圓滿地完成了C55 高墩泵送高性能混凝土的配制，只需采用一臺輸送泵，可直接將混凝土泵送到高墩頂端，施工快捷、方便、安全，適應項目所處山谷地段的復雜環境，滿足施工進度要求。在殷家特大橋3#、4#、5#墩及箱梁連接段等施工中表現優異，施工性能、外觀、強度滿足要求，混凝土表面未發現開裂情況，取得了良好的效果。