C50T型梁机制砂泵送混凝土的配制与应用研究

文/周涛、林喜华、何德军、张广智 中建西部建设贵州有限公司 贵州贵阳 550081

1、工程概况

贵州省遵义市乐理至冷水坪高速公路（即南环高速），全长53.5公里，桥隧比41.83%，是遵义市高速公路的重要组成部分，建成通车后，遵义市城区外环将形成一条约130公里的“闭环”。落泮溪大桥主桥中心桩号为K18+405，上部结构为4×40m的C50预应力混凝土T梁+（65+120+65）m的 C50预应力混凝土连续刚构箱梁+3×40m 的C50预应力混凝土T梁，采取现浇的方式进行施工。工程所在地与现场搅拌站之间距离较远，路况复杂；砂石材料含泥量高、粒形较差、针片状含量较高、级配不合理；为保证7d张拉强度，要求混凝土具备早强、凝结时间适宜的特性；施工无作业平台，要求混凝土可以一次泵送110m，同时杜绝堵管现象，这要求混凝土具备良好的工作性能和力学性能，给混凝土的配制带来了巨大挑战。

针对落泮溪大桥的特殊情况，本文结合工程所在地的相关原材料，对C50T型梁机制砂泵送混凝土的配合比进行了优化设计。同时，为保证所浇筑T梁的质量，对施工过程控制及混凝土养护制度进行了研究。

2、原材料及试验方法

2.1 原材料

1）水泥：海螺P.O 42.5水泥，其技术指标满足相关标准要求。

2）粉煤灰：重庆万电的I级粉煤灰，其技术指标满足相关标准要求。

3）硅灰：浩通的加密硅灰，其技术指标满足相关标准要求。

4）粗骨料：南环高速三标自产的粒径为5-20mm的连续级配碎石。

5）细骨料：南环高速三标自产的机制砂，细度模数为3.0，MB值为0.5，0.075mm以下颗粒为11.7%。

6）外加剂：自产高保坍型复合外加剂，固含量为27%，减水率为30%。

2.2 试验方法

混凝土拌合物的工作性能按照《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T50080-2016进行，测定混凝土坍落度和扩展度。混凝土的力学性能按照《普通混凝土力学性能试验方法》 GB/T50081-2002进行，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，经标准养护3d、7d和28d后，测定相应龄期的强度。

3、混凝土配合比设计

按照混凝土配合比的相关设计规范，混凝土的配制强度应达到59.9MPa。预制T型梁的截面面积较小，钢筋布置较密，采取泵送施工，使得混凝土的浇筑难度较大，故要求混凝土具备良好的工作性能[4-5]。

见表1 混凝土的工作性与强度试验结果

3.1 水胶比的影响

由表1可知，随着水胶比从0.31增加到0.34，混凝土的坍落逐渐增加，水胶比为0.33时，倒筒时间为最低值3.1s，表明水胶比为0.33时混凝土工作性能最佳。从图1可以看出，随着水胶比的降低，混凝土的强度逐渐增加，混凝土的7d强度均能达到设计强度，满足7d张拉要求。综合考虑混凝土的工作性能、强度和经济性，优选水胶比为0.33。

3.2 砂率的影响

由表1可知，随着砂率在42%-46%增加时，混凝土的工作性能得到改善，但砂率增加50%时，混凝土的工作性能下降，混凝土粘度增大。由图2可知，随着砂率的增加，混凝土的强度先增加后降低，但整体变化不大。这是因为，随着砂率的增加，混凝土中的石粉含量增加，在混凝土水化的早期发挥填充作用，增加了混凝土的强度；而水化后期，对于强度较高的混凝土，随着石粉含量的增加，混凝土的强度又会有所降低。结合强度数据结果，优选砂率范围为44-46%。

表1 混凝土的工作性与强度试验结果

3.3 硅灰掺量的影响

硅灰含有大量的不定形二氧化硅，粒径极小，具有较强的胶结力。硅灰掺入混凝土时，可以增加混凝土内部的粘聚力，改善混凝土的工作性能。同时，由于硅灰颗粒极细，可以发挥微集料填充效应，作为火山灰质胶凝材料可以发挥火山灰效应，硅灰掺入混凝土可以显著提高各龄期的强度[5]。由表1可知，硅灰掺量为0-10%时，随着掺量的增加，混凝土的坍落度和扩展度先增加后降低，掺加5%的硅灰时，倒筒时间为最低值3.1s，较未掺硅灰及掺加10%的硅灰有显著提高，表明硅灰掺量为5%时，可显著提高混凝土的工作性能。从强度数据来看，掺加硅灰可以显著改善混凝土各龄期的强度。

4、工程应用及过程控制

结合以上实验结果，优选的施工配合比如表2所示。

表2 优选的混凝土配合比

将以上配合比用于落泮溪大桥混凝土的生产，所配制的混凝土倒筒时间为5±1s左右，坍落度为230±10mm，扩展度为630±10mm，2h坍损＜20mm，所配制的混凝土工作性能良好，能满足泵送要求，施工过程中未出现堵管现象。现场留样的混凝土试块7d强度均能达到设计要求，强度最高为56.4 MPa，最低为52.7 MPa,平均值为55.2 MPa。T梁表观质量良好，经现场经回弹检测，其强度值为55.8 MPa，。

由于机制砂原材料波动较大，在配制及施工时，除严格按照普通砂混凝土的施工工艺要求外，还需注意过程控制及混凝土的养护。严格控制机制砂的细度模数、石粉含量及MB值。延长混凝土搅拌时间，采用双卧轴强制式搅拌机拌和，搅拌时间控制在90-120s，提高混凝土的保水性与粘聚性。在浇筑过程中，采用分层连续推移的方式，并辅以附着式振捣器侧振及振捣器振捣。早期采取喷洒养护剂养护，后期采用雾化水喷淋养护，养护时间为14 d。

结论：

通过配合比优化设计，使用机制砂可以配制出工作性能满足泵送要求的C50 T型梁混凝土，并成功应用于落泮溪大桥。通过现场试块强度及回弹数据，可以得知混凝土的早期强度满足张拉要求；

施工工艺和养护条件会影响C50 T型梁的外观和使用性能，需加强原材料的质量控制，采用科学合理的搅拌、浇筑和养护措施。

参考文献：

[1]谢春磊.机制山砂的制备、性能及应用研究[D].武汉理工大学, 2011.

[2]孙向阳.砂石针片状、含泥量对混凝土性能的影响[J].商品混凝土, 2014(5).

[3]杜毅.机制山砂的泥含量对混凝土性质的影响[J].贵州工业大学学报：自然科学版, 2008,37(4)：113-115.

[4]李艳芳,刘战鳌,周明凯.机制砂混凝土在C50预制T梁中的应用研究[J].交通科技 ,2012(5)：90-92.

[5]何小芳,卢军太,李小楠,等.硅灰对混凝土性能影响的研究进展[J].硅酸盐通报,2013, 32(3)：423-428.