C60高强泵送混凝土配合比设计与质量控制

吴海京

摘要：本文结合连霍高速洛三改扩建工程，简要论述了许沟特大桥悬浇箱梁C60高强泵送混凝土设计方法、原材料的选择及泵送施工过程质量控制的要点，以供参考。

关键词：高强混凝土配合比设计 泵送质量控制

中图分类号： TU528 文献标识码： A

1、前言

高强混凝土系指C60及其以上强度等级的混凝土, 高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构、水工大坝等土木结构工程中得到了广泛的应用。做好高强混凝土配合比就显得尤为重要, 下文就许沟特大桥悬浇箱梁C60高强泵送混凝土配合比设计、原材料的选用及泵送施工过程中控制要点进行阐述,以供悬浇箱梁高强混凝土施工提供参考。

2、工程概况

我公司承建的许沟特大桥，是连霍高速公路洛阳至三门峡段改扩建工程唯一一座连续刚构桥梁。许沟特大桥主桥里程桩号为LK49+473.84～LK49+796.16,主桥全长322.32m，采用跨径为（82.92+156+82.92）m，桥宽20.5m，上部结构采用预应力混凝土变截面联系钢构+预应力混凝土连续箱梁，下部结构为柱式墩/薄壁墩、桩基础。许沟特大桥主墩墩柱及悬浇箱梁混凝土采用为C60泵送混凝土，由于主墩高68m，钢筋绑扎密、间距小,混凝土坍落度控制在180-220mm，扩展度不宜低于500mm。

3、配合比设计思路

C60高强泵送混凝土，混凝土强度高、粘度大，加之泵送高度大，造成泵送压力过高，泵送效率较低，为保证泵送施工的顺利实施，主要解决好在确保混凝土强度的前提下如何保证其可泵性，高强混凝土配合比设计思路应从五个方面考虑：①首先要精选水泥、骨料等各项原材料；②必须要掺用高效减水剂，以降低用水量和水灰比；③要掺用优质的矿物掺合料，以改善水泥石和界面区的微结构，提高致密性和胶结强度；④要仔细选择配合比，确定合理的砂率和水胶比，以降低水泥用量并提高混凝土的强度；⑤要满足施工所要求的混凝土坍落度（工作度）、和易性要求，并能保持坍落度经时1.5h损失小于30mm。

4、原材料的选择

要确保高强泵送混凝土质量，优选原材料是关键，这是保证工程质量的物质基础。

4.1水泥：

配制高强混凝土应选用标号不低于52.5低碱普通硅酸盐水泥。本工程选用的是洛阳黄河同力P.O52.5水泥，经检验3天抗压强度32.8Mpa，3天抗折强度6.3Mpa，28天抗压强度53.7MPa，28天抗折强度8.7MPa，初凝时间177min，终凝时间266min，标准稠度用水量26.5，安定性( 雷氏法) 符合要求。

4.2粉煤灰：

常用的矿物掺和料主要有粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰。在泵送混凝土中最常用的掺合料是粉煤灰，粉煤灰由于珠形玻璃体的作用，流动性要好于矿粉，掺用优质的粉煤灰有助于降低水化热，可大幅度提高混凝土后期强度，改善泵送性能和抗渗性，从而防止离析和堵泵现象。故选用洛阳新安电力集团Ⅰ级粉煤灰，细度8.5%，需水量比要求94%。

4.3细集料：

宜选用质地坚硬、级配良好的河砂，且细度模数宜为2.6～3.0。工程选用洛阳韩城砂场河砂，细度模数2.79, 属于Ⅱ区中砂，含泥量1.4%，泥块含量0.4%。

4.4粗集料：

宜选用质地致密坚硬、级配合理、粒径形状良好的洁净骨料且，最大公称粒径不宜大于25.0mm。通过对当地几个产地的石子进行压碎指标、粒径、粒形的对比，选用河南磬石石料场生产的5-10 mm、10-20mm两种规格碎石，按5-10mm25%、10-20mm75%的比例掺配，级配良好。其压碎指标5.9%，含泥量0.4%，针片状颗粒含量不应大于2.4%；

4.5外加剂：

高强高性能混凝土，所选用的外加剂品质质量极为关键。选用时应着重考虑外加剂与水泥的适应性、保水性等，这样可以有效地控制混凝土拌合物的坍落度损失，提高混凝土拌和物的保水性，减少混凝土拌和物的离析和泌水。经对几种外加剂按照配合比设计进行试配比较，本工程选用减水剂为山西格瑞特GRT- HPC聚羧酸盐高性能减水剂, 掺量为胶凝材料重量的1.1%，减水率为30%，泌水率比48%，28天抗压强度比143%。

5、混凝土配合比设计方法

高强混凝土配合比设计按原材料品质、设计强度等级、耐久性以及施工工艺对工作性能的要求，参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/T F50-2011）的要求进行。

5.1 试配强度的确定：

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）规定，混凝土的试配强度应不低于设计强度的1.15倍，故该混凝土配制强度确定为69Mpa。

5.2 水胶比

水胶比是决定混凝土强度的主要参数，应使用低的用水量和低的水胶比，这是高强混凝土设计的一个重要原则，水胶比宜控制在0.28～0.33范围内。根据以上设计原则，结合工程实践与试验初步选择水胶比为0.30～0.32 进行混凝土性能试验。

5.3选择胶凝材料用量

配制高强混凝土所用的硅酸盐水泥量不宜超过500kg/m3，水泥与掺合料的胶结材料总量宜控制480～560kg／m3范围内。为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性和抗裂性能，宜适量掺加优质的粉煤灰，其最佳用量应根据混凝土的性能通过试验确定。

5.4 计算用水量

根据初选的水胶比和胶凝材料用量计算用水量，当流动性不能满足设计要求时，再通过调整减水剂品种或掺量加以调整。

5.5外加剂掺量确定

外加剂的最佳掺量应通过混凝土试配结果确定的，根本的原则是在满足混凝土性能要求的前提下，采用最低掺量。生产厂家提供的的掺量，须通过混凝土试配确定外加剂的合理掺量。本工程选用的是山西格瑞特GRT-HPC聚羧酸盐高性能减水剂, 掺量为胶凝材料重量的1.1%。

5.6 确定砂率

砂率一般可根据胶凝材料总量、粗细骨料的颗粒级配及混凝土泵送要求等因素来确定，高强泵送混凝土的砂率宜控制在35～42% 范围内。本工程考虑到 C60 混凝土胶凝材料用量较大、用水量较少，砂率取中初步选用38%，并通过试验确定最优砂率。

5.7计算砂石用量

在实际工程中，混凝土配合比设计通常采用质量法，对于C60高强混凝土的计算湿表观密度一般取2500kg/m3，根据上述所选胶凝材料用量、用水量及确定的砂率，计算砂、石用量。

5.8 混凝土试配与调整

5.8.1 试配。试配用的粗、细骨料称量均以干燥状态为基准,搅拌方法应尽量与施工时相同,试配时每盘混凝土的用量不应少于15L。

5.8.2和易性调整。当实测混凝土坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；直到满足施工要求的和易性。同时测定混凝土拌合物的实际表观密度，此满足和易性的配比作为供检验强度的基准配合比。

5.8.3 强度检验。采用三个不同配合比的水胶比，其中一个为基准配合比，考虑到高强混凝土水胶比变化比一般强度等级混凝土敏感，另外两个配合比的水胶比值，较基准配合比分别增加及减少0.02，制作试件，进行抗压强度和弹性模量的试验。

5.9 确定试验室理论配合比

通过三个不同配合比对应的混凝土拌合物的性能、抗压强度以及弹性模量试验结果，选择一个最佳的配合比作为试验室理论配合比。三组配合比材料用量及试验结果详见下表1：

表1三组配合比材料用量及试验结果

根据 C60高强混凝土对工作性、抗压强度、可泵性的要求，并结合表1的试验结果，最终选取编号02的配合比为最佳配合比。

6、C60高强混凝土配合比验证

最佳配合比确定后, 采用工程实际使用的原材料用该配合比拌合混凝土，进行6次重复试验验证拌合物的和易性、可泵性、表观密度、坍落度及扩展度损失检测，并成型6组试件测试混凝土各龄期的抗压强度。C60高强混凝土最佳配合比生产验证检测结果如表2

表2 C60高强混凝土最佳配合比生产验证检测结果

对配比编号02的C60泵送混凝土配合比的7次重复试验结果进行汇总分析表明,混凝土的坍落度均值为230mm, 60min后坍落度均值为225mm,扩展度均值为640mm,容重均值为2430kg/ m3,凝结时间均值符合要求,可泵性良好,28天抗压强度均值为7112MPa,28天强度标准离差均值为2.3MPa,结果表明该配合比是稳定可行的。因此选用02配合比用于C60泵送混凝土施工。

7、泵送混凝土施工过程质量控制

7.1加强原材料控制

混凝土中的原材料的质量直接影响混凝土的质量,应严格控制原材料的相关性能指标，尤其是加强对砂石料的筛分检测，根据砂子细度模数（或砂中砾石含量）和石子粒径变化，及时调整砂率和石子比例，确保混凝土和易性。

7.2加强计量和搅拌时间控制

高强混凝土的计量控制比普通混凝土的计量控制更为严格,在生产时,砂石的计量误差控制在±2%以内,水泥、外加剂、掺合料、水的计量误差控制在±1%以内。搅拌时应注意外加剂的投入时间, 应在细骨料与胶凝材料充分拌和后再加入, 而不能使其与水泥接触, 否则将严重影响混凝土的质量并导致离析。搅拌时间不低于 3min,以保证搅拌物均匀。

7.3严格控制混凝土坍落度

施工过程中应经常实测搅拌机和泵管出口混凝土坍落度, 做到每车混凝土出厂前必须检查坍落度及和易性,坍落度及和易性不合格的混凝土不准出站。

7.4把好混凝土的运输关

从搅拌站到施工现场的运输主要应解决好坍落度损失问题。这就需要搅拌站和施工现场之间密切配合。在运送过程中,混凝土车滚筒必须慢速转动,以免混凝土发生离析；到达工地施工现场后,在泵送前,快速转动运输车的滚筒,使混凝土搅拌均匀后再卸料入泵；如果现场坍落度小于180mm,可加入少量的高效减水剂,快速转动2min后再卸料,严禁工地施工人员随意加水。

7.5施工浇筑、振捣控制

根据工程特点、施工环境与施工条件设计浇筑方案，并做好技术交底工作。同时应加强混凝土振捣工作，防止过振、欠振和漏振，振捣时应快插慢拔, 每点振捣时间以混凝土表面呈现浮浆和不再沉落、不再冒气泡为止, 振捣应连续进行，确保不出现蜂窝麻面。

7.6 强度性能检验现场

浇筑混凝土的同时，应制作同条件养护试块和标准养护试块，供拆模和结构实体强度的验收。混凝土试件成型应具有代表性、真实性；

7.7 混凝土养护控制

混凝土浇筑完毕后，立即进行养护，泵送混凝土比普通混凝土更应加强养护，因其胶凝用量大，坍落大等易出现干缩裂缝，必须加强早期养护，并建立养护制度，保证养护时间。

8、应用效果

C60高强泵送混凝土在生产应用过程中,坍落度稳定,1h内坍落度损失很小只有30mm,流动性、粘聚性、可泵性良好,泵送压力正常,抗压强度符合设计要求。在泵送过程中未出现堵管等不良现象,混凝土表面平整,未出现裂纹、蜂窝麻面等不良缺陷。按《混凝土强度检验评定标准》GB/T 50107-2010,混凝土强度评定合格。

9、结语

通过采用掺聚羧酸盐高性能减水剂、粉煤灰及优化配合比等措施,使高强混凝土的坍落度损失减少、提高其可泵性,减少其水化热,确保了泵送混凝土质量。在生产应用过程中,通过对原材料、计量和搅拌时间、出厂坍落度、运输、浇筑泵送过程、现场质量检验采取了有效措施，实践证明该工程悬浇箱梁C60高强泵送混凝土能满足设计、施工质量要求。

参考文献

《公路桥涵施工技术规范》 JTJ/T F50-2011

《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T 10-2011

《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ55-2011