特大桥工程高墩泵送混凝土配合比控制要点分析

潘世兰

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550000）

1 工程概况

赫六高速公路项目一标殷家特大桥工程位于赫章县境内，该地属于暖温带季风湿润气候区，年均气温为13.3℃，极端最高气温为37.1℃，极端最低气温为-10.1℃。降水量在793.1～987.5mm 之间，年均降水851.6mm，年均日照数1380.7 小时，年平均相对湿度79%。历史最大风速28m/s，平均风速2.1m/s，年无霜期207 天。灾害气象主要为干旱、倒春寒、冰雹、凝冻等。其中3#、4#、5#等桥墩为高墩施工，采用C55混凝土，容重2450kg/m3，坍落度为180～220mm，硅灰掺量为8%。

2 特大桥工程高墩泵送混凝土配合比设计概述

2.1 混凝土配合比设计思路

以往在桥梁高墩施工中，混凝土设计强度等级大多较低，一般为C30～C40，混凝土流动性、黏聚性和泵送性能通过调试容易达到较好的效果，混凝土强度、开裂情况、耐久性能等也较容易满足要求；混凝土结构一般也不涉及预应力张拉[1]。但在殷家特大桥工程高墩施工中，设计采用C55 混凝土，垂直距离142m，横向水平距离90m，由于项目地势坡度较大，处于山谷地段，接力输送泵施工难度大、不安全，现场不具备可操作性，因此不采用接力输送泵，而是一次泵送到高墩顶部；混凝土结构还涉及纵横向预应力张拉施工，早期强度要求严格[2]。因此，为保证混凝土性能达到上述要求，需严格控制高墩泵送混凝土的配合比。

考虑混凝土的耐久性，从以下几个方面提高配合比的合理性：第一，采用高性能减水剂，减少水的用量，将水胶比控制在0.38 以下。第二，掺加高质量硅灰，以减少水化热，控制混凝土的抗裂性。第三，采用优质的砂石料，控制含泥量、石粉含量、碱含量等[3]。

2.2 混凝土原材料技术要求

水泥：采用低热P·O42.5 的普通硅酸盐水泥。

细集料：采用0～4.75mm 的砂，细度模数2.8～3.2，石粉含量≤7%，吸水率≤2%，硬质、洁净、机制砂。

碎石：采用赫六一标自建料场生产的5～26.5mm三档合成级配碎石（5～10mm、10～20mm、16～26.5mm，三种碎石按20%、40%、40%比例混合而成)。

掺和料：采用硅灰，掺量为8%。一般掺硅灰主要是为了提高泵送性能，掺量一般为2%～3%，这种情况下没有考虑混凝土的早期强度，而实际上5%～10%是硅灰的最佳掺量，因此结合经验，同时考虑该项目抗裂、早期强度等方面的因素，最终确定硅灰掺量为8%[4]。

外加剂：采用聚羧酸系高性能减水剂，掺量为1.4%（一般要求聚羧酸高效减水剂的掺量为胶凝材料总重量的0.4%～2.5%，常用掺量为0.8%～1.5%），同时适度增加引气剂，起到缓凝，降低坍落度损失，改善流动性和可塑性的作用。总之，要合理开展配合比试验，调整相关外加剂的掺量，以确保混凝土性能满足施工要求，将混凝土初终凝时间控制在合理范围内[5]。

水：采用野马川山泉水。注意，不可采用含泥浆、杂物的水，且经外委检测相关指标合格方可采用。

3 特大桥工程高墩泵送混凝土配合比控制要点

3.1 混凝土配合比设计计算

3.1.1 计算试配强度（ƒcu,o）：

式（1）中：ƒcu,o为混凝土试配强度；ƒcu,k为设计混凝土强度标准值；σ为混凝土强度标准差。

通过式（1）计算得出ƒcu,o=55+1.645×6.0=64.9（MPa）

3.1.2 水胶比（W/B）：从以往参与的100 年设计年限要求的预应力混凝土梁C55 高性能混凝土的成功实践来看，水胶比0.28～0.32 较适应国内预应力C55 高性能混凝土施工。考虑混凝土中硅灰掺量8%，影响系数yf取1，结合经验该项目高墩泵送C55 混凝土选择0.31 的水胶比。

3.1.3 计算用水量（m′wo）：确定坍落度设计值为160～200mm，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）第5.2 节规定计算用水量，坍落度90mm，标准值取205kg/m3，增加坍落度90mm，按照每增加20mm 增加5kg 的水计算，90×5/20=22.5（kg），所以用水量取值为205+22.5=227.5（kg/m3）。

3.1.4 掺外加剂时的混凝土用水量：

式（2）中：mwo为掺外加剂的混凝土用水量；m′wo为未掺外加剂的混凝土用水量；β 为外加剂的减水率，取β=27%（高性能减水剂减水率不少于25%）。

通过式（2）得出 mwo=227.5×(1 -27%)=166(kg/m3)。

同时结合经验，以及耐久性、和易性要求，故最终取用水量为154kg/m3。

3.1.5 计算胶凝材料用量（mb0）：

式（3）中：mb0为混凝土胶凝材料用量；mw0为混凝土用水量；W/B 为水胶比。

通过式（3）得出mb0=154/0.31=497（kg/m3）。

3.1.6 计算外加剂用量（ma0）：

式（4）中：ma0为混凝土外加剂用量；mba为混凝土胶凝材料用量；βa为外加剂掺量，取βa=1.4%。

通过式（4）得出ma0=497×1.4%=7.00（kg/m3）。

3.1.7 计算粉煤灰用量（mf0）：

式（5）中：mf0为混凝土粉煤灰用量；mb0为混凝土胶凝材料用量；βf为选用硅灰取代水泥用量，根据掺和料的应用技术规范，取βf=8%。

通过式（5）得出ma0=497×8%=40（kg/m3）。

3.1.8 计算水泥用量（mc0）：

式（6）中：mc0为混凝土水泥用量；mb0为混凝土胶凝材料用量；mf0为混凝土粉煤灰用量。

通过式（6）得出mc0=497-40=457（kg/m3）。

3.1.9 选取砂率（βs）：

取βs=42%，依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)5.4.2 条规定，可在其中表5.4.2 的基础上，按坍落度每增大20mm 砂率增大1% 的幅度予以调整[6]。

3.1.10 计算砂、石用量（mso，mgo）：

采用质量法计算，粗、细骨料用量按下列公式计算[7]：

式（7）～式（8）中：mC0为混凝土水泥用量；mf0为混凝土粉煤灰用量；mso为混凝土砂用量；mgo为混凝土碎石用量；mcp为混凝土假定质量，取mcp=2450kg/m3；βs为砂率。

通过式（7）、式（8）计算得出：ms0=756（kg/m3），mg0=1043（kg/m3）。

3.1.11 计算初步配合比：

设计每立方米混凝土的质量为2450kg（不计算外加剂自身水分），初步配合比详见表1。

表1 混凝土初步配合比指标表

3.2 试拌调整工作性、提出混凝土试拌配合比

按初步配合比试拌0.037m3混凝土拌和物，经机械拌和后测得混凝土拌和物坍落度为210mm，表观密度为2470kg/m3，混凝土黏聚性和保水性良好，无泌水、离析现象。砂率、用水量无须调整。

3.3 计算混凝土调整配合比

用水量不变，水胶比增减0.05，砂率相应调整1%，经调整后的配合比详见表2。

表2 混凝土调整配合比指标表

3.4 混凝土强度和耐久性验证

按照上述三种水胶比各拌制0.037m3混凝土拌和物，混凝土配合比表观密度实测值与设计值之差的绝对值不超过设计值的2%[8]，故不再调整。其各项性能指标，7d、28d 强度，以及抗渗等级详见表3。

表3 混凝土强度和耐久性验证指标表

3.5 混凝土配合比选择

根据试拌及抗压强度结果，选用A 组水胶比0.31的配合比为设计配合比，详见表4。

表4 最终确定的混凝土配合比指标表

4 结语

综上所述，在赫六高速公路项目一标殷家特大桥工程中，在考虑强度、耐久性的前提下，为满足C55 高墩泵送高性能混凝土有良好的工作性能和可泵送性能（即满足流动性、黏聚性，不离析、不堵管），采用“低热P·O42.5 的普通硅酸盐水泥，掺优质硅灰+高性能减水剂”，圆满地完成了C55 高墩泵送高性能混凝土的配制，只需采用一台输送泵，可直接将混凝土泵送到高墩顶端，施工快捷、方便、安全，适应项目所处山谷地段的复杂环境，满足施工进度要求。在殷家特大桥3#、4#、5#墩及箱梁连接段等施工中表现优异，施工性能、外观、强度满足要求，混凝土表面未发现开裂情况，取得了良好的效果。