高架桥清水混凝土结构材料的配制及施工质量控制*

杨 俊 缪晓军

1.上海建工材料工程有限公司 上海 200086；2.昆山交通发展控股有限公司 昆山 215300

0 前言

昆山市中环快速化改造工程主线采用高架桥、地面道路形式。高架桥主柱、上部结构、箱梁混凝土均采用现浇混凝土形式，外观要求达到清水混凝土质量标准。因此必须对混凝土的材料、生产、浇筑等过程进行严格把关，规范工艺，以达到清水混凝土的设计要求和饰面效果。

1 清水混凝土容易发生的缺陷

1）清水混凝土表面颜色不均匀，整体观感差。

2）清水混凝土表面不光洁、起灰或起砂。

3）清水混凝土密实度不够，表面有蜂窝或麻面。

4）清水混凝土表面接缝不饱满、不平整、出现错台或漏浆。

5）拆模后保护与保养不到位，造成混凝土结构损伤或二次污染[1]。

2 清水混凝土材料的配制及施工控制要点

2.1 混凝土生产过程控制

2.1.1 原材料质量控制

为了达到清水混凝土饰面颜色均匀一致的效果，从材料本身选取上，我们考虑必须要做到以下几点：

1）上部结构混凝土所选用的胶凝材料必须是同一厂家、同一强度等级、同一生产线生产的，相同部位必须是同一批次进场的胶凝材料，每批胶凝材料必须留样进行比对。

根据以往经验，普通硅酸盐水泥配制的清水混凝土，较矿渣水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土和易性、匀质性好， 混凝土硬化时间短， 混凝土外观质量好，便于拆模[2]。因此，水泥品种应优先选择普通硅酸盐水泥。当选用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥时，应了解水泥中的混合材掺量、质量以及对强度发展与流变性能的影响。一般水泥用量为350～450 kg/m3。水泥用量超过500 kg/m3，将会增大混凝土的收缩，如低于350 kg/m3，则需掺加其他矿物掺合料如粉煤灰、磨细矿渣等来提高混凝土的和易性。

2）上部结构混凝土所选用的砂石材料，我们所采用的黄砂固定为长江流域九江段、洞庭湖或鄱阳湖的中砂，石子固定为湖州地域的5～25 mm的碎石，运输都采用水路运输至搅拌站码头，中途不得转运。所有砂石材料做好标准样品的留样比对。

清水混凝土的砂浆量大，如选用细砂，则混凝土的强度和弹性模量等力学性能将受影响，同时，细砂的比表面积较大将增大拌和物的需水量，也对拌和物的工作性产生不利影响，若选用粗砂则会降低混凝土的黏聚性，因而一般选用中砂或偏粗中砂，砂细度模数在2.5～2.8为宜。

3）外加剂的选取。我们选取巴斯夫公司生产的LN800及RH1100两种外加剂用于生产C40及C50混凝土（表1）。

表1 C40、C50混凝土配合比 （单位：kg/m3）

本工程高架桥上部结构混凝土强度等级为C40和C50。由于交通工程混凝土拌和物胶凝材料用量比较大，立柱施工要求混凝土工作性好，斜腹式箱梁底板施工要求扩展度小，故我们又选取2 种常用外加剂进行常规适配比较。

综合比较拌和物状态和28 d强度，LN800型萘系泵送剂、RH1100型萘系高效减水剂掺量分别达到胶凝材料的1.3%、1.4%时，混凝土的和易性与强度均比较理想， 易于泵送施工振捣，减少蜂窝和麻面，可保证清水饰面的效果。

2.1.2 清水混凝土配合比的确立及试验结果

本工程混凝土依据设计要求，C40不采用外掺料，用纯水泥配置，以保证混凝土早期强度，增加早期表面密实度。C50混凝土由于施工方量较大且单方水泥用量高，为延长其凝结时间并方便施工，故掺少量矿粉，以调节混凝土拌和物流变特性，提高流动性和抗分离性，同时增加活性，改善耐久性。经过10组试验，其结果如表2～表5所示。

表2 C40混凝土7 d强度 （单位：MPa）

表3 C40混凝土28 d强度 （单位：MPa）

表4 C50混凝土7 d强度 （单位：MPa）

表5 C50混凝土28 d强度 （单位：MPa）

通过试验与数据分析，我们确定的级配设计能满足中环高架工程强度设计要求和工地施工需要，故验证有效。

2.1.3 搅拌工艺的控制

现场设备为自行制造的单卧轴3 m3混凝土搅拌机，为了达到清水混凝土表面颜色均匀一致的效果，混凝土必须搅拌均匀，在工艺控制上我们有别于普通混凝土。

1）搅拌时间的确定。由于在历次试验中发现普通混凝土原有的拌机投料顺序无法达到清水混凝土要求的匀质型，因此，我们通过搅拌时间与电机电流的变化关系来确定最佳的搅拌时间并进行多次试验。

在综合比较了不同搅拌时间下混凝土的状态与电机电流、扩展度的变化后，最终确定搅拌时间为90 s。

2）投料方式的确定。为进一步改善混凝土胶凝材料结团现象，有效降低搅拌机负荷，控制电机电流，我们又对投料顺序进行了对比试验（图1、图2）。

图1 第1种投料搅拌方式工艺流程

上述搅拌时间不包括骨料及胶凝材料的下料时间，即粗骨料和70%细骨料投入后搅拌10 s，然后投入胶凝材料，将外加剂投入水中，在第10秒后开始加60%水。搅拌20 s后，30%细骨料投入，搅拌30 s再投入40%水和外加剂，搅拌40 s，总共搅拌70 s出料。

图2 第2种投料搅拌方式工艺流程

第2种投料搅拌方式，即先投60%黄砂和碎石搅拌，20 s后再投另外40%黄砂，将外加剂投入水中，加70%的水投入胶凝材料搅拌，40 s后再投另外30%的水。整个过程用时90 s。经比较，这种投料方式可以比较有效地降低电机电流，减少胶凝材料的结团。

3）原材料的计量。搅拌一盘的方量不宜大于2.5 m3；计量必须精确，混凝土原材料（按质量计）允许偏差不得超过表6的规定。

表6 混凝土原材料计量允许偏差

2.2 施工模板工艺控制

清水混凝土模板须按照清水混凝土技术要求进行设计加工，须满足清水混凝土的质量要求和表面装饰效果[3]。

1）制作模板时，应保证模板的几何尺寸精确，拼缝严密，材质一致，并保持较好的强度。刚度及整体拼装后的稳定性好的模板，可以有效防止漏浆、蜂窝、麻面现象。同时能满足便于组装和拆除、确保周转使用次数要求。

2）露天环境下存放模板时，应用帆布等其他物品覆盖，避免钢模板出现锈蚀的现象，影响钢模板的使用。

3）使用清水混凝土专用脱模剂不仅能保护模板置于室外或阴雨天而不生锈，还有利于提高混凝土外观质量，尽显混凝土本色，达到清水混凝土效果。

4）对于反复使用的模板，在每次拆除后必须对模板进行打磨抛光，以清除上次留在模板上的泥浆、油污及其他杂物，保证表面充分洁净后再涂上脱模剂。

5）模板使用前，应检查模板是否有变形并加以调整，变形超标的应废弃使用。

6）拆模时，不得硬撬凿挖，以免挖伤模板和混凝土的表面及棱角，模板要轻拿轻放，如有损伤处，应修整清理后再均匀涂刷脱模剂，集中堆放。

2.3 施工过程控制

1）混凝土浇筑前应先选定合理的运输路线、浇筑时间（最好避免早晚高峰），控制发料速度，减少运输途中的坍落度损失。搅拌车在等待泵送过程中不应熄火，应保持全程匀速搅拌，避免浆石分离沉降现象。一般搅拌车大多为16 m3搅拌筒，如满载混凝土，则运达工地后易产生混凝土砂石拌和不均现象。为避免这一现象发生，我们硬性规定每辆搅拌车最多装14 m3混凝土，且在上泵浇筑前再快速搅拌1 次，使筒内混凝土进行2 次拌和，以增加其匀质性。

2）严格控制混凝土水灰比，每天按批次对砂石含水率进行检测，尤其是雨天，应根据砂石实际含水率对用水量进行调整，以保证正确的混凝土水灰比。

3）重视现场与拌站之间横向联系，由拌站安排外场技术人员驻守工地，对到场混凝土坍落度、和易性等技术指标进行监控。工地上常常遇到的问题是混凝土坍落度损失过快，这与浇筑现场人员是否合理安排工序、机械设备性能和数量、当天气温变化、运输路线远近、原材料波动有关。因此，内外场试验员应及时沟通，具体问题具体分析，及时采取措施对配合比进行相应调整。例如小范围调整砂率；在保持水灰比不变情况下，适当增加水泥浆用量，适当放大出厂坍落度；根据当天气温适当提高或降低外加剂或者矿粉掺量，改善混凝土凝结时间等[4]。

4）混凝土的浇筑与养护时，需要注意以下细节。

（1）在浇筑混凝土前，应先计算结构混凝土总量和每层混凝土用量，并控制每层下料的混凝土数量。如果混凝土下落高度超过2 m，要使用串筒，防止下落混凝土离析。

（2）混凝土布料要均匀，分层进行，控制好每层厚度，并认真做好混凝土的振捣，防止欠振、漏振，避免过振。操作时必须严格做到快插慢拔，振捣至混凝土表面不再沉降，无气泡，表面泛浆即可。

（3）混凝土浇筑过程中，为避免混凝土溅到上层模板，以致脱模后，由于溅点而形成麻面现象，为此要求施工人员随着浇筑高度上升位置的变化，不断用干净毛巾抹去溅点，保持模板清洁。

（4）混凝土浇筑完毕后应经过多次反复抹光压面，在12 h内用土工织物或塑料薄膜对混凝土表面加以覆盖并保湿养护（夏季时，在8～10 h内即可）。养护时间不得少于7 d[5]。

3 结语

目前昆山市中环快速化改造工程的主体施工已顺利完竣，根据现场检验和观测，桥体外观平整、梁底线性流畅、实体强度合格，施工取得成功。说明通过对混凝土质量的全程控制，高架桥主体混凝土结构从外观到质量均满足清水混凝土设计要求，同时技术人员也积累了宝贵的施工管控经验[6]。