梨川大桥C60 大体积混凝土应用技术总结

潘亚波，张健，李德志

（1. 广州市三骏建材科技有限公司，广东 广州 511370；2. 东莞市交港建材有限公司，广东 东莞 523000）

0 前言

东莞市东江梨川大桥，位于东莞城区北部，是东莞市“十二五”规划重点建设项目，同时也是东莞市中心城区连接广州的重要通道。该工程东莞水道主桥，采用“主跨 138m无背索曲塔曲梁钢与混凝土结合斜拉桥”，塔、梁、墩固接，倾斜钢壳混凝土曲塔配钢混凝土结合曲梁，塔、索、梁呈竖琴式布置，为国内首创。主桥下部结构为 V 型预应力混凝土实体墩，V 型墩及箱梁 0# 段均为 C60 大体积预应力钢筋混凝土结构，混凝土采用搅拌站生产，混凝土罐车运送至施工地点，汽车泵泵送浇筑施工。

CTF 混凝土增效剂是近年来出现的一种新型外加剂，目前已被广泛使用，特别是针对高强大体积混凝土施工，它的使用能够减少混凝土中胶材使用量，改善混凝土和易性，有效控制混凝土裂纹的产生，对混凝土施工性能和耐久性具有显著的提升作用[1-4]。

本文介绍了 C60 大体积混凝土从原材料选择、配合比优化、施工过程控制措施等，并针对该大桥使用的 C60 大体积混凝土泵送施工困难问题，引入了 CTF 混凝土增效剂，全面提升混凝土整体质量作为介绍。

1 混凝土施工特点

（1）高强大体积混凝土配合比一般都具有低水胶比、水化放热量大、绝热温升高、温度收缩应力大等特点，如何控制因体积收缩和温度收缩而产生的裂缝，成为混凝土配合比设计中的难点。

（2）该工程工期紧张，要求悬浇量段 7d 具备张拉条件，即抗压强度大于设计强度的 90% 以上，28d 设计强度达到 75MPa 左右，弹性模量同比增长，28d＞35000MPa。

（3）混凝土中胶凝材料用量过大，水胶比低，新拌混凝土粘聚性较大，对新拌混凝土泵送施工具有一定的困难。另外，混凝土施工处于夏秋高温季节施工，加大了配合比设计的难度。

2 配合比优选控制

2.1 原材料控制

（1）水泥作为混凝土中的重要组分，尤其是在高强大体积混凝土中选择合适的水泥尤为重要。水泥宜选用水化热低，凝结时间长的中热硅酸盐水泥、矿渣水泥等。

（2）减水剂：减水率应大于 25%，坍落度 1h 损失不宜大于 20mm，12h 以上的缓凝时间，且其中碱、氯离子含量不得大于胶材的 0.02%。

（3）粉煤灰，一方面降低初凝期水化热，另一方面，掺合料的填充作用和二次水化作用，减少混凝土孔隙率并改善孔径分布，提高混凝土的自身防护能力。粉煤灰及未水化的水泥颗粒能对微裂纹具有自愈合的功能，还能明显抑制混凝土碱骨料反应，预应力混凝土中粉煤灰掺量应控制在 30% 以内。通过试配情况，选用 Ⅱ 粉煤灰即可。

（4）矿粉：具备较为优异的早期强度和耐久性，矿粉细度越大，体积收缩越大，活性也越高，增强作用明显，其早期增强作用明显高于粉煤灰，但当比表面积过大时，掺量过高会导致混凝土开裂，因而，应合理控制矿渣粉掺量与细度（细度不宜超过 420m2/kg)。

（5）粗骨料：堆积密度宜大于 1500kg/m3，孔隙率不超过 40%，粒径宜控制 5～25mm，压碎值不大于 10%，吸水率不大于 2%，针片状颗粒不超过 5%，宜使用碎石。

（6）细骨料：使用级配良好、干净的河砂，中粗砂即可。

2.2 配合比优化的关键指标

2.2.1 胶材用量

在满足混凝土达到设计要求的基础上，控制胶凝材料最低使用量，并尽可能减少水泥用量，提高掺合料的掺量。配比设计中不宜过分追求混凝土的高强。

2.2.2 水胶比（W/B）

水胶比应尽可能降低。若 W/B 过大，多余的水在混凝土硬化后形成气孔，减少了混凝土抵抗荷载作用的有效截面在空隙周围产生应力集中。W/B 控制在 0.24～0.36 范围内，使用优质高效减水剂，尽可能降低拌合用水，并控制混凝土早期强度，保证混凝土 28d 强度控制在 70MPa 以上。

2.2.3 矿物掺合料

两种掺合料复合掺入，具有优势互补、复合叠加的作用。复合矿物掺合料与水泥水化产物中的氢氧化钙发生化学反应，生成水化硅酸钙，能有效改善混凝土中浆体与骨料的界面过渡区性能；此外，由于掺合料良好的填充作用，在提高混凝土拌合物和易性的同时，能降低水化热，对大体积混凝土裂纹产生具有良好的抑制作用。

2.2.4 砂率

水泥浆不变的情况下，砂率若过大，表面砂浆层过厚，对耐磨、减水收缩不利，且混凝土的抗裂能力随粗骨料的增加而增加，因而在保证满足混凝土工作性能的前提下，应尽量减少砂率，以提高强度及抗裂性。

2.2.5 粗骨料强度及级配

抗压破坏极少发生在浆骨界面，主要是表现为粗骨料颗粒径与胶材一起发生的贯穿性破坏裂缝，表明粗骨料的强度、弹性模量是影响高强混凝土力学性能的重要指标。

另外，级配良好的粗骨料减少了孔隙率，降低水泥砂浆用量，节约水泥降低成本，从而减少收缩徐变，降低水化热，提高强度、弹性模量并提高混凝土的和易性。

2.2.6 集灰比（骨胶比）

W/B 一定时，随集灰比增长，混凝土强度呈现增长趋势，这与集料数量增大，集料吸收的水分量增大，实际水胶比变小和混凝土内部总孔隙率减少有关。

2.2.7 CTF 混凝土增效剂

CTF 混凝土增效剂作为一种新型外加剂，能在有效降低混凝土中水泥的基础上，显著改善混凝土和易性，特别是在高强大体积混凝土中，因减少过多的水泥产生的水化热，明显控制后期裂纹的产生，能满足高强大体积混凝土“低水泥用量”的设计理念。

3 原材料及配合比设计

3.1 原材料

3.1.1 水泥

华润水泥有限公司生产的 P·Ⅱ42.5R 硅酸盐水泥，其技术性能见表1。

表1 水泥的物理性能

3.1.2 粉煤灰

本实验中采用广州运宏 Ⅱ 级粉煤灰，密度 2.40g/m3，需水量比 102%，烧失量为 2.8%，细度（0.045 mm方孔筛）为19.5%。

3.1.3 矿粉

采用东莞正盈 S95 级矿粉，比表面积为 400m2/kg，7d 抗压强度为 82%，28d 抗压强度为 101%。

3.1.4 粗骨料

博罗石灰质碎石，粒径范围 5～25mm，表观密度为2650kg/m3，堆积密度 1510kg/m3，连续级配，含泥量 0.5%，针片状含量 4.5%，压碎指标 6.9%。

3.1.5 细骨料

西江中砂，粒径小于 5mm，表观密度为 2620kg/m3，细度模数 Mx=2.7， 含泥量 0.3%。

3.1.6 减水剂

东莞市寮步新型建筑材料厂生产，FPC—1000 聚羧酸系缓凝型高性能减水剂，减水率为 27%，固含量 10.7%；

3.1.7 CTF 混凝土增效剂

广州市三骏建材科技有限公司生产的一种以聚合物为主体的高效复合混凝土外加剂，产品为半透明液体，密度为（1.005±0.020）g/cm3，pH值为 10.0±1.0，不含氯离子等对混凝土有害的成分，在混凝土中的掺量为胶凝材料的0.6%～1.0%。

3.2 配合比设计

配合比设计以耐久性、经济性为原则，通过提高掺合料掺量，降低水泥用量，尽可能的控制胶材总量。本实验中为了配制出满足强度等级要求的混凝土，根据前期实验的多组交叉试配结果进行筛选，确定总胶材量在 530kg/m3左右，砂率为 0.35，通过配合使用高效减水剂，为了保证混凝土达到工地的泵送需求，前期混凝土坍落度控制在 (220±100)mm，扩展度维持在 500～550mm。

试验中，从混凝土的坍落度、扩展度、强度及坍落度损失方面进行了对比，确定了混凝土的基准配比（未掺加 CTF混凝土增效剂），将掺加 CTF 混凝土增效剂的配比作为对比样。

加入 CTF 混凝土增效剂后，减少水泥用量的 10% 左右，为了尽可能的减少水泥用量，试验中适当增加了矿粉用量，适当的调整用水量，保持水胶比在一定范围内，将减少的重量（胶材用量与用水量总和）分别加到骨料中，保持砂率一致。试验中，通过调节砂率、用水量和减水剂掺量，确保混凝土基准与对比样一致，具体的混凝土配合比设计如表2 所示。

本实验中的配比是经过了实验室的反复试验得出，工作性能及强度方面等方面都满足了施工技术要求，可确定配合比进行量化生产。

表2 混凝土配合比

从前期混凝土试配对比方面，对于高强大体积混凝土，在加入了 CTF 混凝土增效剂后，混凝土减少了胶材（主要是水泥）用量，因增效剂的超强分散作用，使得混凝土内部的胶凝材料分散更为均匀，水化作用也更为充分，新拌混凝土和易性良好。与基准相比较，新拌混凝土料更柔和，粘聚性显著降低，更易于泵送施工。

混凝土在到达工地后，基准和对比样坍落度损失均小于20mm，坍落度控制在 200mm，其中加了 CTF 混凝土增效剂的混凝土，其可泵性、施工性均完全满足工地的施工要求，试块强度亦达到设计要求；另外，拆模后，也没出现明显的可见裂纹，对比基准混凝土，根据以往的工程案例，裂缝确实得到了很明显的改善。

4 施工过程控制

4.1 原材料降温

由于施工正处于初秋季节，广东地区日平均气温均在25℃ 以上，为了降低入模温度，混凝土施工定在夜间施工为主。原材料降温方面，利用地下水不间断的为碎石降温，同时，在拌合用水中加冰块进行冷却，用冰水混合物拌合混凝土。混凝土施工模板采用钢制模板，以利于混凝土散热。

4.2 混凝土运输与浇筑

混凝土入模的坍落度应根据运输、泵送和施工进度来综合安排确定。泵送前，混凝土在罐车内须高速搅拌，确保混凝土的均匀性。高强大体积混凝土粘度大、坍损快，采取分层浇筑时，为了保证混凝土浇筑的合理衔接时间，注意上下层混凝土必须在终凝前完成，每层浇筑厚度控制在300～500mm，确保混凝土初凝前覆盖第二层并加强交界面的穿插振捣工作，适当延长振捣时间。

混凝土浇捣时，应按照规范控制混凝土自由倾落，保证混凝土不因抛落过程中被钢筋分散。振捣采取快插慢拔，按顺序进行，不因遗漏或过振。

4.3 混凝土降温

混凝土导热性能差，水泥水化初期不宜散热，温度升高快，加速了水化进程，导致水化热过于集中，内外温差扩大。浇筑前混凝土应预埋设冷却水管，用连续流动的冷水可以降低混凝土内部的温度。

在桥墩大体积混凝土中，通过预埋循环降温水管，施工中对混凝土内外温差进行检测，采用循环冷却水合理控制芯部温度及内外温差。在浇筑中，混凝土覆盖冷却水管后即可开始通水，通水持续时间应保证混凝土第二次温升不超过初次温升，并时刻测试混凝土内部各测点温度，若温度出现异常情况，应控制循环水流速，保证混凝土合理降温速率。

4.4 拆模与养护

大体积混凝土浇筑周期长，对养护工艺要求更为严格，养护重点在于混凝土的保温保湿。浇筑完毕后的混凝土，应在 12h 加以覆盖并浇水养护，要保证内外温差小于 25℃，且要保持二次水化过程中需要有充足的水分，因而保湿时间应尽量延长，保湿养护的时间一般不得少于 14d，并经常检查养护措施的完好情况，保持混凝土表面处于良好的润湿状态，避免干缩，使混凝土强度增长以抵抗开裂应力。

5 结语

大桥结构施工中，通过施工过程的严格控制，达到了前期设计要求：工作性能良好，强度、弹性模量、施工周期等都满足设计要求，混凝土未出现温度裂缝和收缩裂缝，且经济效益明显，由此得出如下结论：

（1）高强大体积混凝土对原材料的要求更为严格，只有通过从正确的原材料选择，合理的配合比设计，科学的施工过程控制以及严格的后期养护措施这几方面多管齐下，才能保证生产质量合格的混凝土。

（2）CTF 混凝土增效剂在高强大体积混凝土应用中，能降低混凝土粘聚性，使得混凝土易于泵送施工，且能大量减少混凝土中水泥用量，降低水化热，从而能有效减少裂缝的生成，对提高混凝土耐久性方面具有显著作用，具备客观的经济性。

[1] 舒怀珠.商品混凝土使用技术读本[M].北京：中国建材工业出版社，2012.

[2] 李恒峰.CTF 混凝土增效剂在 C50 预应力桥梁中的应用[J]. 商品混凝土，2011(7): 66-67.

[3] 潘亚波，杨阳.CTF 混凝土增效剂对水泥及混凝土性能影响研究[J].商品混凝土，2013(9): 56-58.

[4] 梁海区，李青川，黄崇奕，等.大体积抗渗混凝土在双拥大桥中的应用[J].商品混凝土，2012(9): 56-58.