某高速特大斜拉桥主梁C55 高性能混凝土应用研究

屈爱萍

（山西工程科技职业大学， 山西 太原 030619）

0 引言

某高速特大斜拉桥主梁标准段梁高3.5m，压重段梁高3.61m，全宽28.5m。标准横断面顶板厚为28cm、水平底板厚为25cm、斜底板厚为25cm、索塔处梁段水平顶板板厚为115cm、水平底板厚为85cm。梁端顶板厚145cm，底板厚85cm，强度采用C55MPa 混凝土。

1 箱梁混凝土配合比设计

1.1 箱梁混凝土性能要求

（1）强度：≥55MPa；

（2）坍落度：20±2cm；

（3）泌水性：不泌水；

（4）具备良好的耐久性；

（5）具备良好的抗裂性能；

（6）满足泵送要求；（7）混凝土的弹性模量大于3.55×104MPa。

1.2 C55 配合比设计原则及高性能混凝土材料的要求

（1）混凝土强度设计需满足混凝土配置强度及其他力学性能、工作性能、耐久性能、长期性能、体积稳定性的要求，其中水泥选用标号不低于52.5 普通硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥[1]，且水泥的实际强度fce(28d 胶砂抗压强度（MPa）)不宜低于58MPa；砂的级配采用级配良好的Ⅱ区中砂，宜选用颗粒级配为5mm，累计筛余量0～5%；0.63mm 累计筛余量为40%～70%；0.16mm 累计筛余量95%～100%；含泥量≤2%，泥块含量≤1%，且细度模数不宜小于2.6；碎石采用石灰岩，碎石的针片状含量控制在5%以下，碎石的最大粒径不宜大于26.5mm。

（2）C55 混凝土设计根据以往经验，在保证工艺性能的前提下，水胶比尽可能低，本项目基本控制在0.28～0.31 之间，且偏低值。

（3）在保证设计强度的前提下，混凝土体积中胶结材料的体积不宜超过35%，宜在28%～32%之间。水泥中铝酸三钙（C3A）含量控制在6%～12%，Cl-含量应低于0.03%，碱含量≤0.6%。

（4）减水剂采用聚羧酸高效减水剂，具有减水率高、坍落度损失小，同时可以掺入不超2%的引气剂，以改善和提高混凝土的综合性能。

（5）细骨料品质指标：细骨料采用级配良好的天然砂，不宜使用机制砂和山砂，严禁使用海砂。

（6）拌合水的品质指标：采用饮用水。

（7）高性能混凝土必须具有高强度：诸如良好的工作性(施工性)，体积稳定性、耐久性、物理力学性能等等，高强高性能混凝土不能单纯的用坍落度来衡量拌合物的性能[2]。

1.3 矿物掺合料

在混凝土中掺入矿物外掺料，特别是多元复合掺入，可以大大改善混凝土的工作性能，降低混凝土的温升速度，改善其内部结构，提高混凝土的密实性，促进混凝土的后期强度发展，并且可以抑制碱-集料反应的发生，从而提高混凝土的安全性和耐久性。选用适应的外掺剂，如：粉煤灰、矿粉、硅粉等，可起到改善混凝土的技术性能，节约水泥、降低成本的良好作用，本项目因受工期制约因素等限制，未添加矿粉拌合物。

1.4 C55 高性能混凝土配合比设计

设计高性能混凝土配合比，应根据混凝土设计等级、混凝土耐久性以及侵蚀环境类别，施工工艺对工作性能的要求，原材料品质、施工管理水平的要求进行配合比设计；通过科学试配、调整、检测、分析、总结等步骤确定配合比；配制的混凝土拌合物性能满足施工和验收要求以及混凝土构件的设计强度和耐久性能的技术要求。

1.5 施工配合比

配合比经过试配最终确定施工配合比为：水泥∶砂∶大石∶小石∶水∶减水剂=485:689:788:338:141:5.82。

2 C55 混凝土砂率对混凝土工作性能的影响

（1）不同砂率情况下，C55 混凝土所表现的工作性能（见表1）。

表1 不同砂率情况下混凝土工作性能试验结果

（2）砂率偏大时，骨料的比表面积大，所需要的浆体量就大，这个可以保证足够的包裹来确保需要的工作性能，但势必会增加水泥用量或者用水量，这样无形中也会增加结构早期的水化热效应，不利于结构的稳定。

（3）砂率偏小，混凝土拌合物的工作性能就会降低，这样就会降低混凝土的流动性，不利于大体积混凝土的施工需求。

（4）在相同水泥浆的情况下，砂率对混凝土的体积无影响，但对工作性能影响较大。

（5）砂率过大或过小，均会造成混凝土流动性降低，一方面使混凝土不易拌合均匀，均质性差；另一方面使混凝土在浇筑过程中，不易被振捣密实，浇筑后在其内部和模板的内侧容易形成蜂窝和空洞，表面也会形成麻面。从我国多年建造桥梁的情况来看，大流动性混凝土中的砂率一直保持在38%～43%之间[3]。

此外，砂率过低使混凝土保水性下降，泌水通道增加，增大混凝土内部连通孔隙的数量，降低混凝土的抗渗性能。

3 C55 高性能混凝土配合比性能测试

（1）采用不同剂量外加剂进行配合比性能测试见表3。

表3 不同剂量外加剂混凝土配合比试验数据

（2）C55 高性能混凝土不同外加剂剂量，所表现的物理性能和工作性能见表4。

表4 不同外加剂剂量下混凝土物理性能和工作性能试验数据

（3）C55 高性能混凝土拌合物力学性能见表5。

表5 C55 高性能混凝土拌合物力学性能试验数据MPa

通过以上数据分析得出，编号HY-002 C55 高性能混凝土在合理使用配制添加高效减水剂的情况下，混凝土的物理力学性能、工作性能既可以满足施工需要也可以达到设计强度。

4 混凝土施工

主箱梁采用C55 混凝土，箱梁各部分的混凝土必须采用同一料场的石料、砂料、外加剂、水泥，这样最大程度保障混凝土质量均衡。

4.1 混凝土生产及运输

箱梁混凝土由搅拌站集中供料，整个过程确保避免混凝土发生离析、泌水或坍落度损失过大，以免影响混凝土浇筑工作性能。采用搅拌运输车运送混凝土，当坍落度损失较大时不能满足施工要求时，可以在运输车罐内加入适量的与原配合比相同成分的减水剂。减水剂加入量要由试验确定。加入减水剂后，混凝土罐车应快速旋转搅拌均匀，并应达到要求的工作性能后再组织施工。

4.2 混凝土浇筑

混凝土的浇筑顺序是横、顺桥向均应由外向内浇筑，遵循先底板、再腹板、最后顶板的施工顺序，主梁均匀、对称浇筑,采用插入式（50、30）振捣器振捣。

4.2.1 箱梁混凝土布料

布料应先由邻侧腹板对称放料，使底板混凝土由箱梁两侧向横断面中部流动，然后再中腹板放料。

4.2.2 混凝土浇筑质量控制原则

（1）混凝土浇筑根据工程对象、结构特点，结合具体条件，指定专项方案，并经监理工程师同意后方可组织施工。

（2）混凝土施工时严格注意施工天气变化情况，避免在雷雨及大风天气施工，确保构件施工质量安全。对于混凝土拌合物，要求其出机温度不能低于10℃，入模温度则不能低于5℃。对于混凝土浇筑振捣施工后的养护处理，则应当要求其养护气温高于5℃[4]。

（3）混凝土浇筑严格按照规范分层浇筑，上下层分层时，上层混凝土振捣器应插入下层混凝土不得小于5cm,以确保混凝土构件质量满足设计要求，振捣时注意振捣器碰触模板，影响混凝土的外观质量。

4.3 混凝土检测

为更好地控制混凝土的施工质量，提高混凝土达到设计强度时具有更好的混凝土耐久性能，本项目对C55 混凝土达到设计强度时进行了系统的检测。采用混凝土回弹法与混凝土强度抗压法进行了对比检测，同时对28d 混凝土抗压回弹模量进行了检测，具体检测值统计如下（见表6）。

表6 C55 混凝土回弹强度、抗压强度、抗压弹性模量试验数据对比 MPa

通过数据分析得出，某特大斜拉桥C55 混凝土配合比设计合理，且具有很高的施工性、和易性等特点。且混凝土7d 强度在25℃时达设计强度的87.8%，如外界温度大于30℃时混凝土强度的保证系数会更高，混凝土28d 抗压强度满足设计要求，且达到设计强度的117.5%。

5 结束语

（1）某特大桥C55 混凝土采用聚羧酸高效减水剂是可行的；特别是添加引气剂更好地改善了混凝土的可泵性，增加了混凝土的流动性能，大大减少了混凝土施工的堵管危险；

（2）本项目对混凝土的抗压弹性模量有较高的要求，所以在施工时对细集料的含泥量项目进行了严格的控制。为保证工程总体进度，因掺加粉煤灰会使混凝土构件早期强度偏低，所以项目对粉煤灰进行了控制，这样既保证了施工质量也保证了施工进度；

（3）砂率对混凝土的弹模影响较大，在满足施工性能的要求下，易采用低值；

（4）C55 混凝土工作性能的检测除进行坍落度的检测外，还需检测扩展度及粘度，当坍落度损失快时，可以适当增加粉煤灰对水泥的替代率[5]；

（5）通过本项目C55 高性能混凝土的施工，对混凝土砂率及矿物材料的控制，以及高效减水剂合理的应用，施工质量是可靠的，在今后的施工中会更加广泛。