大体积抗渗混凝土在双拥大桥中的应用

梁海区，李青川，黄崇奕，刘鑫，李绍新，陈向荣

（1. 广西鱼峰混凝土有限公司，广西 柳州 545008；2. 广西建材科研设计研究院，广西 南宁 530022）

1 工程概况

柳州双拥大桥位于柳州市城中区河东新村下茅洲屯附近，大桥呈西北—东南走向，北岸位于鹧鸪江旧码头，连接北外环路；南岸位于下茅洲屯以北，连接双拥大道，是国内首座单主缆斜吊杆地锚式悬索桥。全桥总长 1937m，其中主桥长 510m，为钢箱结构，主跨 430m，一跨过江；主塔为 A型三维变截面钢箱结构，高达 105m，垂跨比为 1/9，主桥面重量 9000 多吨，南北岸的两个重力式锚碇承载着桥面的重量。锚碇是该工程的核心部分和技术难度系数最大的部分，每个锚碇需浇筑 3 万方的混凝土，每次连续浇筑 2～3 千方，设计使用 C30P10 的大体积抗渗混凝土，对混凝土的各项指标要求极高。

2 原材料

（1）水泥：实验和施工过程中采用广西鱼峰水泥集团生产的鱼峰牌 P·Ⅱ42.5 水泥，其技术性能指标见表 1 所示。

表1 水泥的技术性能指标

（2）粗骨料：粒径为 5～3.15mm 级配的碎石，紧密堆积密度 1480kg/m3，表观密度 2650kg/m3，含泥量 0.8%，泥块含量为 0。

（3）细骨料：融安中砂，细度模数 M=2.8，紧密堆积密度 1520kg/m3，表观密度 2700kg/m3，含泥量 1.5%，泥块含量为 0，有机物含量合格。

（4）矿物掺合料：柳州台泥新型建材有限公司出品的S95 级粒化高炉矿渣粉，粉煤灰来自来宾 B 电厂，达到 Ⅱ 级指标。矿渣和粉煤灰的技术指标分别见表 2 和表 3。

表2 矿渣粉的技术指标 %

表3 粉煤灰的技术指标 %

（5）外加剂：减水剂采用山西黄腾（HTHPC）聚羧酸系缓凝高性能减水剂，减水率为 27.8%；混凝土增效剂采用广州市三骏建材科技有限公司生产的 CTF 增效剂，掺量为胶凝材料用量的 0.6%；膨胀剂使用武汉三源特种建材有限公司生产的 SY-G 系列高性能抗裂膨胀剂，掺量为 6%～8%。

（6）纤维：采用掺聚乙烯纤维，掺量为水泥用量的0.3%～0.5%。

3 实验分析

3.1 配合比设计

3.1.1 配合比设计的要求

在进行混凝土配合比设计时，根据双拥大桥地下锚碇结构混凝土的使用环境，设计的混凝土应具有抗渗性及抗侵蚀性。大桥下部构造承接着整个大桥的重量，混凝土体积巨大，施工时需采用泵送混凝土，并且整个工期历时较长（跨 4个季度），综合以上几方面考虑，本文根据工程项目部提出的 C30P10 大体积抗渗混凝土的技术要求进行针对性实验，只要实验结果能够同时满足技术要求，即满足工程需要，可确定配合比进行量化生产。

根据大体积混凝土的特点，在满足工程要求的基础上，设计配合比时考虑采用 CTF 混凝土增效剂，可减少一定的水泥用量，而达到满足“低水泥用量”的设计理念。按照GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》[1]关于粉煤灰混凝土验收的规定，混凝土强度的验收期定为 60d。其技术指标要求如表 4 所示。

表4 大体积抗渗混凝土的技术指标

3.1.2 试验配合比的确定

根据 JGJ 55-2011 《普通混凝土配合比设计规程》[2]，以 W/C=0.47 为中间值增减 0.05，采用水灰比为 0.42、0.47、0.52 进行试验。在温度（20±2)℃、相对湿度大于 95% 的条件下经过养护 28d，经调整，其试配的配合比用量见表 5。经试验测得新拌混凝土粘聚性、保水性均良好，坍落度见表 5。

表5 C30P10混凝土试配各材料用量 kg/m3

3.2 试验结果及生产配合比的确定

3.2.1 凝结时间的测定

根据 JIS A 1147-2007《混凝土凝结时间试验方法》[3]，本实验用 SGO—2000 型混凝土贯入阻力仪进行凝结时间的测定。实验结果如表 6 和图 1 所示。0.2MPa。因此，设计值为 P10，试验结果应该≥P12，从表 8和图 3 可以得出，A、B 配合比都达到设计要求，考虑大体积混凝土，B 更加合理。

表6 混凝土凝结时间试验记录表

图1 三种配合比凝结时间曲线图

表7 混凝土抗压试验对比表

图2 三种配合比的抗压强度折线图

表8 混凝土抗渗试验记录表 MPa

图3 三种配合比的抗渗试验结果直方图

3.2.4 生产配合比的确定

根据以上凝结时间、抗压强度和抗渗等级的试验结果可以看出，配合比 A 和配合比 B 都能满足设计的要求，由于本工程配合比设计的指导思想是在满足规范的前提下，采取低水泥用量的方式，尽量降低大体积混凝土的水化热，在掺加CTF 混凝土增效剂的基础上，B 水泥用量少于 A，因此确定B 为最佳配合比，确定其为生产配合比。

4 大体积抗渗混凝土的施工

4.1 冷却管

在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部最高温度一般可达 50～55℃，且有较长的延续时间。应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起温度应力[4]。施工时，采用循环冷却水的方式进行降温，冷却管采用具有一定强度、导热性能好的 40×2mm 电焊钢管。安装时应保证管道畅通、丝口连接可靠，并经通水实验，防止管道漏水、阻水。

4.2 混凝土的浇筑

混凝土被运送到现场，采用两台汽车泵同时泵送浇筑。浇筑前应将前一层混凝土面用水清理干净，并保持湿润，然后涂刷界面处理剂，保证新老混凝土结合得更好。

混凝土浇筑层的厚度，应不大于振捣棒作用部分长度的1.25 倍。浇筑混凝土应连续进行，当必须间歇时，其间歇时间宜尽量缩短，并应在前层混凝土凝结之前，将次层混凝土浇筑完毕[5]。确保每层混凝土之间的浇筑间歇时间不超过混凝土初凝时间。为了防止出现裂缝，在混凝土初凝前和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施。其施工现场图如图 4 所示。

图4 双拥大桥锚碇施工现场图

4.3 混凝土的测温

混凝土浇筑前应预埋好测温管，布置图见图 5。由于建筑体积大，混凝土内部装有三层冷却循环水管，施工时，当混凝土把冷却水管完全埋好之后，即可开通水阀，进行冷却。如果温差异常，接近或者超过 25℃，则将加快循环水流速，做好表面保温措施，使整个过程在可控范围内。

以图 5 中点 E 轴为例，将 E 测轴监测所得数据绘成混凝土最高温度及内外温差曲线（以时间为 X 轴，最高温度及里外温差为 Y 轴），见图 6。

从图 6 可以看出，E 轴线内部最高温度为 52.0℃，出现在浇筑后 48h；表面最高温度出现在浇筑后 64h，为 29℃；温差最高峰值出现在浇筑之后 48h，为 24.4℃，符合小于 25℃的要求，整个过程属于可控范围。

混凝土测温时配备专职测温人员，按时按孔测温，不得遗漏或弄虚作假。测温记录要填写清楚、整洁。测温工作应连续进行，升温时每 2h 测一次，降温时每隔 6h 测一次，做好记录后对比分析是否正常并及时向负责人汇报。直至混凝土表面与环境温差小于 20℃ 并达到稳定方可停止测温。测温时发现混凝土内部最高温度与表面温差达到 25℃ 或温度异常，应及时通知技术部门和项目技术负责人采取措施控制。

图5 锚碇内部测温管布置及本次施工测温区

图6 E 轴线测温点内部温度—内外温差曲线图

4.4 混凝土的养护

工程施工采用循环冷却水的方式降低混凝土的芯部温度，一般情况下，循环冷却水的流量应控制在 2.2～2.8m3/h 之间[6]，从冷却管出来的水蓄养在大体积混凝土表面，出管水温一般在 50℃ 左右，可以很好降低芯表温差和表环温差。当混凝土温度稳定后，在混凝土表面处于潮湿状态时，迅速采用麻布、草帘等材料将暴露面混凝土覆盖或包裹，再用塑料布或帆布等将麻布、草帘等保湿材料包覆。包覆期间，包覆物应完好无损，彼此搭接完整，内表面应具有凝结水珠。有条件地段应尽量延长混凝土的包覆保湿养护时间，最短养护时间不小于 14d。

5 结语

双拥大桥锚碇施工历时一年，图 7 所示为竣工后实际效果图。大桥南北岸锚碇共用约 6万方 C30P10 混凝土，对 600余组混凝土抗压试块、150 余组混凝土抗渗试块进行试验，合格率达 100%；经对现场各个控温点的监控，混凝土的芯表温差小于 25℃，表环温差都未超过 20℃，完全达到设计要求。通过实体检测，一次性通过验收。由此可以得出以下结论：

（1）对配合比进行大胆的调整，采用“低水泥用量”的指导思想，通过使用 CTF 混凝土增效剂成功实现 C30P10 大体积混凝土单方水泥用量降低 15% 左右，并在重要工程的核心部位中运用而满足设计要求，同时也一定程度上降低了生产成本。

图7 双拥大桥竣工后实际效果图

（2）采用了矿物掺合料大掺量的方式，本试验实现了40%（粉煤灰+矿粉）的替代率，很好的解决了大体积混凝土水化热、坍落度损失和成本等一系列问题，大大提高了后期强度，改变了现有的设计理念。

（3）通过添加纤维和膨胀剂，可以大大提高混凝土的抗渗和抗裂性能，同时可以消除因水化热而引起的应力裂缝。

（4）在整个施工过程中，测温点内外温差均在 25℃ 的设计范围内，说明配合比设计和施工方案合理。

[1]GB 50204-2002. 混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[2]JGJ 55-2011，普通混凝土配合比设计规程[S].

[3]JIS A 1147-2007. 混凝土凝结时间试验方法[S].

[4]吴立业，高玉良.论大体积混凝土的施工[J].赤峰教育学院学报，2011(1): 71-72.

[5]王广州，叶柏龙.大体积混凝土施工技术及其应用[J].科技咨询导报，2007(22): 193-195.

[6]周凯华，赵菁.论桥梁大体积混凝土施工技术[J].民营科技，2011(4): 229.