高架桥箱梁C50高性能混凝土配制与工程应用研究

殷玉珍 冒玉兵

(1.常州市建设工程质量监督站，江苏 常州 213017;2.常州大正恒固建材有限公司，江苏 常州 213022)

常州市高架道路二期工程范围为:龙城大道、青洋路和长虹路，全线总长度约27.9 km，其中环线方向长度为21.8 km。跨新运河、老运河大桥各1座，跨沪宁城际铁路桥梁1座，全线设置匝道21对，设计使用年限为100年。主线高架标准段采用双向六车道、桥宽25 m，梁高2.208 m，上部采用现浇预应力混凝土连续梁，标准桥墩采用Y形分叉立柱，基础采用钻孔灌注桩。其中立柱、箱梁、防撞墙混凝土部分为清水混凝土。外观要求如下:混凝土表面平整光滑、棱角分明、色泽均匀、无碰损和污染，具有装饰效果。混凝土满足抗渗防裂、抗冻、抗碳化、耐腐蚀等耐久性要求。

基于图纸提出的耐久性要求，本工程箱梁C50混凝土必须按高性能混凝土(HPC)配制。［1］中国工程院院士吴中伟［2］教授认为:高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标。本文主要阐述箱梁C50高性能混凝土的配合比设计和泵送施工过程中的注意事项。

1 C50高性能混凝土的配合比设计

箱梁C50高性能混凝土的主要技术指标［3－6］:

①混凝土7 d强度达到设计强度的90%以上。

②混凝土初凝时间在10 h左右。

③施工现场入泵坍落度控制在140±20 mm，坍落度1 h内无损失。

④混凝土和易性好，满足可泵性及施工性能。

1.1 配合比设计

基于抗裂和耐久性要求，加入矿物掺合料和高性能减水剂是配制高性能混凝土的主要措施。另外在配合比设计时应遵循低水胶比、低砂率、高骨灰比的原则。

1.2 原材料要求

箱梁C50高性能混凝土浇筑前，工程项目部组织监理方、施工方、混凝土搅拌站、水泥外加剂供应商对原材料提出如下要求:

1.2.1 胶凝材料

①水泥。金坛盘固水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，标准稠度不大于28%，28 d胶砂强度不小于49 MPa。

②粉煤灰。F类 I级粉煤灰，烧失量≤3.0%，需水量比≤100%。

1.2.2 骨料

①粗骨料。青石子，5～25 mm连续级配，硬质洁净，母岩强度大于配制强度的20%以上，粒形好，空隙率≤40%，压碎值≤10%，针片状≤5%，非碱活性。

②细骨料。细度模数宜为2.6～3.0，级配良好，硬质洁净，非碱活性。

1.2.3 外加剂

江苏博特新材料有限公司生产的PCA聚羧酸系减水剂，水泥净浆流动度≥200 mm，1 h后≥200 mm，砂浆减水率≥20%，水泥与外加剂适应性好。

1.2.4 水

符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》(附条文说明)［7］的生活用水，对混凝土强度、凝结时间等无明显影响。

1.2.5 原材料的取样

取样频次、取样过程的见证封样，包含取样车号、日期、见证人等均需详细填写取样记录。

1.3 配合比参数选择

1.3.1 水胶比

从100年设计年限要求的上海东海大桥和杭州湾跨海大桥预应力混凝土箱梁C50高性能混凝土的成功实践来看，胶凝材料总量控制在460～500 kg/m3，水胶比通常选择0.31～0.33，以此作为经验参考值。单位用水量控制在145～160 kg/m3之间，可按聚羧酸系外加剂厂家推荐的掺量范围进行调整，一般在1.0% ～1.2%。

1.3.2 矿物掺合料

由于常州高架二期箱梁部分混凝土浇筑正值冬季，考虑到工期紧，混凝土的早期强度要求高，7 d强度必须达到设计强度的90%以上方可张拉，原计划采用双掺矿粉和粉煤灰配制混凝土，现采用单掺粉煤灰配制。掺量为13%，超量系数取1.2。

1.3.3 浆集比

根据经验参考值的水胶比和胶凝材料用量，水泥浆和集料的比例即浆集比就能反映出来。有资料表明:HPC中水泥浆与集料的体积比宜为(0.33～0.37):(0.67～0.63)，可以解决强度、工作性和尺寸稳定性之间的矛盾。

1.3.4 砂率

砂率应视砂的细度模数、颗粒级配、粗骨料紧密堆积状态下的空隙率几个方面而定，细颗粒含量较多时应适当降低砂率，以防止过多的浆体黏度大，导致泵管内摩擦阻力增加;细颗粒含量较少时，则应适当提高砂率，增强保水性，避免出现分层离析;而粗骨料空隙率大，相应填充的细骨料、胶凝材料用量增加，不仅降低抗压强度，混凝土体积稳定性也大大降低。

1.3.5 含气量

适宜的含气量，可以提高混凝土的抗冻性能，改善混凝土的和易性，弥补骨料的某些缺陷。箱梁混凝土通常含气量控制在4%左右。

1.4 配合比的初步确定

混凝土原材料经检测均能满足各项指标要求，后根据上述的参数选择，配合比方案初步确定，具体见表1。

表1 初步配合比表 kg/m3

1.5 混凝土试配

试配期间为冬季，室外温度平均在5℃左右，为符合现场实际情况，尽量使室内外温度保持一致。考虑到该箱梁混凝土配制强度较高，28 d抗压强度一般可达到60 MPa以上，水灰比差值保持一般的0.05，将导致低水灰比28 d强度会达到不可操作区，而高水灰比则进入了非高强区，均失去了对高强混凝土的代表性，后水灰比差值按0.02计算。外加剂按1.13%掺量分别试拌，具体试验数据如表2所示。

表2 立方体抗压强度一览表

经试验发现:编号PHB3强度最高，但从经济性和富余强度方面考虑，混凝土配合比W∶(C+FA)∶S∶G=0.32∶1∶1.58∶2.66 为最佳配合比，混凝土强度平均值在61.1 MPa，和易性好，无泌水、离析现象，坍落度1 h基本无损失，初凝时间在9～10 h。

1.6 混凝土的抗渗性试验

混凝土的耐久性由多因素共同作用影响，基于本工程所用混凝土提出的耐久性要求，考虑到混凝土的渗透性直接影响抗碳化能力、抗冻性和抵抗各种介质侵蚀等耐久性指标，本文主要检测28 d后混凝土抗渗性，抗渗试验结果见表3。

表3 抗渗试验结果

2 箱梁混凝土的泵送浇筑

箱梁混凝土方量大，为保障泵送的连续、顺利进行，项目部组织了各参建单位召开了现场协调会，制订高性能混凝土的浇筑施工方案。

2.1 泵送前的准备工作

1)混凝土搅拌站应备足原材料，检查各机械设备的运行情况，作好现场泵车的停放布管，并安排现场试验员和现场调度员各1人与搅拌站保持联系。

2)施工单位制订施工方案，组织相关人员将模板内杂物清除，注意预留孔洞的覆盖等前期工作。

2.2 泵送过程中的注意事项

1)砂石含水率大小直接影响坍落度的控制，搅拌楼操作人员按试验的含水率指导生产。试验员按班次每隔1 h测定1次含水率，将含水率测定值及时通知搅拌楼。

2)混凝土搅拌时间不得低于60 s，若搅拌时间过短，外加剂活性释放不出来，出机坍落度小，而工地入泵坍落度过大。

3)搅拌车驾驶员从装料到卸料过程中，不得随意加水，否则坍落度难以控制。尽可能做到快装、快运、快卸。

4)混凝土到达工地后要有专人指挥，及时移动泵车下料管口，入模坍落度要求120～160 mm。底板坍落度宜按下限控制，顶板按上限控制。

5)浇筑过程中要安排专人保护、检查钢束，注意预留泄水孔道、通气孔位置，经常对支架变形进行观测，发现问题立即向技术负责人报告，以便及时采取措施。

6)混凝土横向入模顺序:先浇筑底板，两肋砼对称入模，底板浇筑完成后即将内模顶板封口，再浇筑肋板及顶板。混凝土纵向入模自低处开始向高处或由跨中向两端墩台进行，斜向分段水平分层浇筑。整个箱梁的浇筑必须分层、分段浇筑，以免水化热过大而产生温度裂缝。

7)混凝土振捣以机械为主、人工振捣为辅相结合的办法。底板用插入式振动棒，顶板先用插入式振动棒，后用平板振动器振捣。局部可用橡胶锤或木锤敲打，确保混凝土振捣密实。

8)混凝土浇筑完成后，表面应及时整平、压实、二次收光及养护。当气温低于5℃时，应覆盖棉被保温，且不得向覆盖物上洒水。

3 结语

1)查阅有关成功案例资料，结合配合比设计规范，确定高性能混凝土配合比的设计参数，经试验得出最佳配合比。

2)选用优质的粉煤灰，有利于改善混凝土的和易性，降低混凝土的内部温升，而且有利于混凝土后期强度的增长。

3)掺入聚羧酸高性能外加剂，能够大幅度减水增强，混凝土保坍性、流动性好。抗渗、抗冻融能力和抗碳化能力等耐久性指标显著提高，满足了高性能混凝土的设计要求。

4)制订科学合理的施工方案，各参建方组织协调好，保证混凝土泵送顺利进行。混凝土强度、耐久性指标、外观质量均符合图纸设计要求。

［1］王伟芳.箱梁高性能混凝土试验研究及应用［D］.河北:河北工程大学，2010.

［2］吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］孙树，刘加平，缪昌文.客运专线箱梁C50高性能混凝土配合比设计与泵送施工［J］.铁道建筑技术，2007(2):10－13.

［4］刘晓龙.高性能混凝土在武广客运专线的应用［J］.现代城市轨道交通，2009(3):79－81.

［5］侯永生.铁路现浇箱梁高性能混凝土的配制与施工控制［J］.山西建筑，2011(33):112 －113.

［6］上海城建集团.《常州二期高架桥混凝土生产要求》通知书［R］.上海:上海城建集团，2009.

［7］中华人民共和国建设部.JGJ 63—2006混凝土用水标准(附条说明)［S］.北京:中国建筑工业出版社，2006.