特大桥C55泵送混凝土配合比设计及应用

何增荣

（中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710024）

1 工程概况

某桥梁主桥为双塔双索面矮塔斜拉桥，全桥采用双塔斜向双索面PC 矮塔斜拉桥+预应力混凝土连续T梁组合结构体系，共 7 联，跨径布置为：2×（3×40）m+（87+160+87）m+2×（3×40）m+（87+160+87）m+4×40m。主跨径组合采用2×（87+160+87）m=668m，主跨结构支撑体系采用塔梁固结方式、分联墩处设置盆式滑动支座。主梁采用挂篮法施工，为C55 泵送混凝土。其余为C50T 梁。泵送设备选用SY5125THB 型超高压车载泵，主要使用在主跨悬浇箱梁。

2 原材料

2.1 设计技术指标及要求

（1）设计强度等级C55。

（2）设计坍落度160～200mm。

（3）水胶比≤0.50，最小胶凝材料用量350kg。

2.2 配合比使用的材料

（1）水泥：采用临汾威顿水泥集团P.O52.5 水泥，经试验各指标符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007）规范要求。

（2）砂：采用洪洞沙场河砂，经试验各指标符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）要求。

（3）碎石：采用浮山碎石场（5～20mm）碎石，粗集料掺配比例为：1#∶2#=10%∶90%，经试验各指标符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）要求。

（4）粉煤灰：采用山西兆光发电有限公司I 级粉煤灰。经试验各指标符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）要求[1]。

（5）外加剂：采用北京建研共创科技有限公司聚羧酸高性能减水剂。经试验各指标符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）要求。

（6）水：饮用水。经试验各指标符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）要求。采用北京建研共创科技有限公司生产的聚丙烯纤维，经试验各指标符合《公路工程水泥混凝土用纤维》（JT/T 524—2019）规范要求。设计要求掺量为0.9kg/m3。

3 配合比设计

3.1 确定单位用水量

塑性混凝土的用水量见表1。

表1 塑性混凝土的用水量 单位：kg/m3

（1）本表用水量采用中砂时的平均取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加510kg；采用粗砂时，则可减少510kg。

（2）掺用各种外加剂或掺合料时，用水量计算公式为：

式（1）中：mwa为掺外加剂时每立方米混凝土的用水量（kg）；mw0为未掺外加剂时每立方米混凝土的用水量（kg）；β为外加剂的减水率（%）。

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011），以表2中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm 用水量增加5kg，计算未掺外加剂时混凝土的用水量。根据设计坍落度160～200mm，选取用水量为227.5kg，本设计掺入胶凝材料1.0%的高效减水剂，根据厂家提供的检验报告单，高效减水剂掺量为1.0%时的减水率为26%，用水量为：227.5×（1-26%）=168.35（kg）；取168kg。

3.2 计算单位胶凝材料用量

单位胶凝材料用量mc计算公式为：

式（2）中：w/c为混凝土水灰比；mw为用水量。代入数据计算得：168/0.34=494kg。

设计要求最小水泥用量为350kg，本设计取胶凝材料用量为491kg。水泥取443kg。为改善混凝土的工作性能，采用内掺法掺入水泥用量9.8%的粉煤灰，故粉煤灰用量mfo=491kg×9.8%=48.12kg，取48kg。

聚羧酸高性能减水剂用量计算公式为：

式（3）中：β为外加剂减水率；mco为粉煤灰用量；mjo为减水剂用量。

代入数据计算得：（443+48）×1.2%=5.89kg ，取5.89kg。

3.3 试配和调整

采用水胶比分别为W/C=0.33、W/C=0.34、W/C=0.36拌制三组混凝土拌和物，其配合比见表2。

表2 三组混凝土拌和物用量 单位：kg/m3

3.4 检验强度

三组配合比经试拌成型，分别在标准条件下养护7d, 28d, 56d 后，按规定方法测定其立方体抗压强度值如表3所示。

表3 立方体抗压强度

根据28d,56d强度值对比，取②组为选定配合比。

4 质量控制措施

4.1 高压泵设备的合理选型

选择SY5125THB 型超高压车载泵，此设备最大出口压力125×106Pa，理论最大排量为80m3/h。参数控制中，混凝土泵最低输出量（Qmin）属于重点控制内容，即Qmin＜混凝土泵的实际平均输出量Q1。结合类似工程经验展开分析，混凝土浇筑量通常为20～25m3/h，进而结合下式展开计算：

式（4）中：a为泵送配管系数；η为泵送作业效率，泵送能力达到要求。代入数据计算得：Q1=32m3/h。

4.2 混凝土拌和期间的管理措施

切实提高泵送混凝土的性能对于推动浇筑作业、保证工程质量而言均有重要的意义，其中拌和则是重要的环节，合理的拌和方式有助于提高泵送混凝土的性能。为此，相关试验人员需严格依据设计配合比称量原材料，保证各原料用量的准确性，并需充分拌和，得到均匀性较好的混凝土。而各原材料的质量也必须达标，为此需加强材料进场时的质量检验，任何不满足要求的材料均不予入场。出场前，先检验黏聚性、保水性、坍落度，确保混凝土的各项性能均无误后，方可投入使用，以免因某方面不合理而影响正常的混凝土浇筑施工[2]。

坍落度是重点控制指标，随着该值的增加，泵送效率有所提高，同时也能够减小泵送压力。实际施工中，若施工高度增加，则需要视实际情况适当加大混凝土的坍落度。当然，不可无限制地增加坍落度，其上限为23cm，但通常该值以不超过20cm 为宜，否则将加大混凝土离析的可能性。料斗底部聚集大量的石子，不利于搅拌轴的正常运转，压力在短时间内大幅提高。在输送距离、现场气温等多重因素的共同作用下，坍落度会有一定程度的损失。为尽可能缓解此问题，可向其中掺入SW1 缓凝型减水剂，同时混凝土在拌筒内需以相对缓慢的速度转动，最大限度减小坍落度损失。还需考虑到水泥用量与坍落度存在矛盾的情况，此时需要在合理范围内增加坍落度，有效调整水泥用量。混凝土入泵机前，需再次检测坍落度，为了顺利完成泵送作业，该值以（180±20）mm较为合适。

4.3 加强泵送过程的协调管理工作，完善应急措施

为了保证混凝土顺利输送，避免发生堵管，在混凝土泵送过程中，要加强协调管理工作，保证满足泵送要求的混凝土能连续不断地进入泵机。重点做好如下协调管理工作：

（1）加强混凝土拌制和输送过程中调度的统一管理，保证泵机因等待混凝土而发生堵管，同时避免混凝土到达现场等待浇筑时间过长，造成混凝土坍落度损失过大；

（2）在首次混凝土运输至现场时，根据混凝土的坍落度，及时联系混凝土拌和站，对混凝土的用水量进行调整，提高混凝土拌和质量的同时，加强混凝土质量的控制，保证混凝土不离析、不堵管，黏聚性好、摩阻力小。

混凝土顺利输送至浇筑部位，但在浇筑现场仍会出现不顺畅的情况，因此，要做好各项应急措施：

（1）混凝土输送车要随车配有减水剂，混凝土到现场一经检测坍落度不合格，可立即加入减水剂，进行现场搅拌，避免泵机等待混凝土；

（2）当泵机等待混凝土时间过长，混凝土坍落度损失过大无法泵送时，应及时清除料斗内的混凝土，不可在料斗中加水搅拌；

（3）在泵管发生堵管时，通过反复正泵和反泵作用，逐步吸出堵塞处的混凝土，并在料斗中重新加以搅拌正常输送，或清除料斗后重新倒入合格混合料；

（4）若发生堵管后，通过正泵和反泵作用不可疏通，要立即查明堵塞部位，对堵塞部位进行拆管清洗，防止时间过长，产生更多的堵管情况。

4.4 泵送期间的控制措施

（1）合理规划配管的布设位置，水平管按1.5m 的间隔依次设置钢管支架，目的在于给后续的堵管清理、装拆作业提供便捷的条件。此外，配管不可直接支承在钢筋、模板及预埋件上。

（2）注重泵送装置的日常保养，做到及时发现故障、妥善处理故障。在实际操作中，设备启动后先泵送适量水，待泵管和泵机均被有效润湿后，方可继续泵送砂浆。

（3）泵送的速度遵循阶段性变化的原则，即先慢后快，循序渐进地增加泵送速度。工作人员密切观察各仪表显示的数据，若有异常则及时查明原因，及时处理，不可强行泵送混凝土[3]。

（4）随着混凝土泵使用时间的延长，其呈现出一定程度的老化现象，泵送性能有所降低。为了顺利完成泵送作业，需适当增加泵送压力，同时在原有基础上加大坍落度（增幅以1～2cm 较为合适）。若由于混入空气而影响混凝土的正常泵送，需以反泵的方式将混凝土吸入料斗，继续做充分的搅拌处理，有效地将空气排出。

（5）混凝土泵送时若堵管，需明确具体的堵塞管段，将其疏通。

5 应用效果分析

本工程现浇箱梁混凝土标号为C55，采用汽车泵进行泵送，一次性浇筑混凝土280m3左右。施工方对混凝土技术要求：含气量应控制在2%～4%，混凝土出机坍落度大于220mm，放置1h 后坍落度要大于200mm，扩展度50mm 以上，初凝时间控制在5h 左右，并且具备良好的和易性。表4 为工程应用中混凝土性能测试指标。

表4 工程应用中混凝土性能测试指标

严格依据配合比拌和C55泵送混凝土，遵循随拌随用的原则，将其用于混凝土浇筑中，可以发现此时的混凝土坍落度、扩展度等各项性能均满足要求。实际泵送施工中，未发生堵管问题，浇筑后的混凝土有足够的平整性，表面未见蜂窝麻面、裂纹等质量缺陷，28d抗压强度及实测回弹也均能满足要求。

6 结语

综上所述，在桥梁工程建设中，泵送混凝土属于重要材料，其应用较为广泛。为充分发挥出该材料的优势，需注重精细化的设计和合理的应用。本文结合工程实例，提出泵送混凝土的设计及应用要点，可为同类施工提供参考。