文 / 候睿

大跨高低塔斜拉橋懸臂現(xiàn)澆主梁混凝土施工配合比設計

文 / 候睿

1.引言

大跨度高低塔斜拉橋以其獨特新穎的造型而馳名?；炷翝仓|量決定了橋梁是否能與環(huán)境融為一體，渾然天成。隨著我國橋型設計越來越多融入景觀元素，橋梁混凝土施工配合比設計的要求也是越來越高。本橋設計為不對稱橋跨結構，最遠懸臂澆筑梁段需泵送超過200m。由于斜拉索張拉程序的要求：斜拉索進行第二次張拉時，現(xiàn)澆段內(nèi)混凝土必須處于流塑狀態(tài)。在不平衡斜拉橋主梁懸臂現(xiàn)澆施工前，設計一種完全符合本橋施工要求的高性能混凝土成為本橋能否完美竣工的基礎。

2.工程概況

大沖邕江特大橋主橋設計為三跨連續(xù)高低（雙“H”型）塔、跨徑193+332+113混凝土斜拉橋，全長638m；結構形式采用高低塔、雙索面、密索、對稱扇形布置、雙分離邊箱形斷面主梁、塔梁分離的半漂浮體系結構。主梁標準節(jié)段長8m、中心梁高3m、梁面設2%橫坡、梁底水平、梁面寬31m、梁底寬19.2m，每節(jié)標準節(jié)段均設斜拉索一對(左右對稱布置），C55混凝土為180m3、重約480t（見圖2-1）。

3.研究的必要性

3.1 混凝土外觀需要

我國懸臂現(xiàn)澆梁施工已形成一項非常成熟的施工技術，無論從模板選擇，還是新型脫模劑的應用，亦或是模板處理、面板保護等都有一套完整、嚴謹?shù)拇胧?。為此，切實決定梁體外觀質量的就是混凝土施工配合比的設計和實施。大跨度懸臂梁施工澆筑，由于采用地泵泵送混凝土入模的方式，施工時間相對較長，施工配合比的設計更是顯得尤為重要。設計出一個優(yōu)秀的施工配合比，可以說是抓住了混凝土外觀的根本。

3.2 施工需要

本橋斜拉索張拉分為三階段張拉，即懸臂現(xiàn)澆段混凝土澆筑前進行斜拉索第一次張拉；混凝土澆筑一半時進行斜拉索第二次張拉；混凝土澆筑完成、梁內(nèi)預應力束張拉完成并完成斜拉索索力轉換之后進行第三次張拉。斜拉索進行第二次張拉時，要求混凝土必須處于流塑狀態(tài)，以避免因混凝土初凝后進行斜拉索張拉而導致梁段接茬處出現(xiàn)拉裂縫，致使主梁出現(xiàn)質量隱患。

圖2-1 主梁標準節(jié)段橫斷面圖

圖2-2 主橋示意圖

4.懸臂現(xiàn)澆主梁C55混凝土施工配合比設計

4.1 對混凝土配合比的要求

大沖邕江特大橋主梁部分設計混凝土強度等級為C55，地泵澆筑，混凝土罐車運輸，拌合站距泵送地點4km，全部走施工便道。由于南寧地理位置處于亞熱帶多雨地區(qū)，施工便道經(jīng)常處于顛簸狀態(tài)，拌合站到泵送地點需行使40分鐘左右。且懸臂現(xiàn)澆主梁鋼筋稠密，每節(jié)掛籃8米，兩邊共16米，混凝土方量360m3左右，正常一個節(jié)段澆筑時間約13h。

由于C55混凝土膠凝材料用量大，水膠比大，混凝土黏稠，每小時實際泵送能力為15m3左右，這就對泵送混凝土的工作性能提出了具體要求：混凝土出拌合機坍落度設計為200mm～230mm，擴展度不小于520mm，入模坍落度不小于200mm，擴展度不小于500mm，坍落度損失1小時不大于20mm且不泌水，不離析，混凝土初凝時間不小于14h，各項工作性能指標必須良好。

4.2 原材料的選擇

4.2.1 水泥

根據(jù)施工圖紙要求用P·Ⅱ52.5水泥，所以選用扶綏新寧海螺水泥有限責任公司生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5水泥。

4.2.2 細集料

細集料采用合浦洋江砂場生產(chǎn)的河砂中砂。

4.2.3 粗集料

采用南寧長塘汶水坡石場生產(chǎn)的最大粒徑為19mm的兩級配碎石。

4.2.4 礦粉

采用防城港萬鑫建材有限公司生產(chǎn)的S95級礦粉，摻量（內(nèi)摻）為9%。

4.2.5 外加劑

采用山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSX-A聚羧酸高性能減水劑（緩凝型）摻量1.5%，減水率達到40～44%，緩凝時間為超緩凝型，緩凝時間為16h±2h，外加劑性能檢測見表4.2-7。

4.2.6 水

水采用飲用水。

4.3 實驗室（初步）配合比計算與選定

4.3.1 按《普通砼配合比設計規(guī)程》JGJ55-2011進行實驗室配合比計算

⑴試配強度計算：

在無實際統(tǒng)計資料計算混凝土標準差時，按照《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范》（GB50204）的規(guī)定，混凝土強度標準差取6.0Mpa,則配制強度為：

⑵計算水膠比：

取基準:0.28。

4.3.2 確定用水量

根據(jù)JGJ55-2011規(guī)定,經(jīng)試拌用水量調整為=205kg/m3，在加入1.5%減水劑時混凝土用水量為

4.3.3 確定膠凝材料用量

即:減水劑為:536×1.5%=8.04kg/m3

4.3.4 確定膠凝材料用量

根據(jù)JGJ55-2011規(guī)定,經(jīng)試拌調整及工地施工情況,礦粉取代膠凝材料重量為536×9%=48kg/m3

即水泥用量為:536-48=488kg/m3

4.3.5 砂率

4.3.6 計算集料用量：（用體積法）

4.3.7 實驗室初步配合比

水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20：0.31：0.016：0.1

4.4 基準配合比B組的試拌及配合比選定

基準配合比B根據(jù)初步計算配合比進行確定，暫定水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉=488：688：1076：150：8.04：48=1:1.41:2.20:0.31:0.016:0.1，水膠比=0.28、=39%。

4.4.1 基準配合比B組的試配試驗

⑴材料基礎用量

按計算初步配合比，試拌40L混凝土拌合2組7d、2組28d各材料用量為:

水泥：488×0.04= 19.52kg

表4.4-1 基準配合比B組抗壓強度試驗檢測報告

砂子：688×0.04=27.52kg

碎石：1076×0.04=43.04kg

水:150×0.04= 6.0kg

外加劑：8.04×0.04=0.322kg

礦粉：48×0.04=1.92kg

⑵試拌檢測

測定坍落度為220mm，擴展度520mm，粘聚性、保水性好，滿足施工和易性要求，實測混凝土容重為245kg/m3。

4.4.2 基準配合比B組的選定

根據(jù)試驗檢測結果確定基準配合比B組為：

水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20：0.31：0.016:0.1

4.5 確定實驗室配合比

4.5.1 確定實驗室配合比

A組各材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

455：719：1079：150：7.50：45

1：1.58：2.37：0.33：0.016：0.1

拌和40L材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

18.2：28.76：43.16：6.00:0.3：1.8

試驗檢測結果：

①實測坍落度為225mm，實測容重為2454kg/m3

②成型試件7d、28d各3組

③混凝土凝結時間不滿足施工要求。

B組各材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20： 0.31：0.016：0.1

拌和40L材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

19.52 ：27.52：43.04：6.00：0.322：1.92

試驗檢測結果：

①實測坍落度為220mm，實測容重為2457kg/m3

②成型試件7d、28d各5組

C組各材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

525:657:1071:150:8.655:52

1:1.25:2.04:0.29:0.016:0.1

40L材料用量為：水泥：砂子：碎石：水：外加劑：礦粉

21.00：26.28：42.84：6.0：0.346：2.08

試驗檢測結果：

①實測坍落度為210mm，實測容重為2467kg/m3

②成型試件7d、28d各3組

③混凝土凝結時間不滿足施工要求。

4.5.2 配合比的調整與確定

⑴和易性比對：

通過對三組混凝土配合比進行試拌檢測，A、B、C、三組砼配合比混凝土的和易性、粘聚性、保水性等各項性能均滿足施工和易性要求。

⑵分組試配抗壓強度比對：

三組試配混凝土抗壓強度經(jīng)檢測，符合設計要求。

⑶緩凝時間比對：

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在自然然溫度下用混凝土貫入阻力測定儀對混凝土凝結時間進行了測定（自然溫度20～33℃）。

①A組混凝土試配初、終凝時間記錄：其緩凝時間12h：56min，不滿足施工要求。

②B組混凝土試配初、終凝時間記錄：緩凝時間16h：40min，滿足施工要求。

③C組混凝土試配初、終凝時間記錄：緩凝時間13h：50min，不滿足施工要求。

⑷實測容重比對：

根據(jù)砼A組、B組、C組容重實測值2454kg/ m3、2457kg/m3、2467kg/m3與混凝土理論容重計算值2456kg/m3、2458kg/m3、2464kg/m3所對應之差的絕對值0.08%；0.04%；0.12%，B組試配配合比實際與理論容重偏差最小，最為接近理論容重值，故B組試配最為適宜。

⑸配合比確定

綜合上述⑴～⑷A、B、C三組混凝土試配各項指標比對，B組混凝土無論是混凝土和易性、強度還是緩凝時間、實測容重與理論容重偏差均能滿足設計要求和混凝土現(xiàn)場施工需要，可視為最佳配合比，故推薦B組配合比最佳配合比作為現(xiàn)場施工理論配合比（見表4.5-1）。

表4.5-1 大沖邕江特大橋主梁C55混凝土理論配合比 單位：Kg

5.結論

大沖邕江特大橋C55泵送現(xiàn)澆混凝土配合比設計，參照JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》、GB50119—2003《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》、GB/ T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》等標準，本配合比在試驗室經(jīng)過了長達6個月的試驗驗證。先通過從4種外加劑，逐個進行試配篩選，確定采用山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSX-A聚羧酸高性能減水劑（緩凝型）；而后以選定外劑為基礎后，確定初步配合比，并以此進行3組基礎配合比試驗驗證比對、優(yōu)化。優(yōu)化試配時，采取通過對水泥用量450kg/m3～500kg/ m3，礦粉用量8%～12%，外加劑用量1.0%～1.7%等方面進行摻量細微調整的方法，形成3個配合比。優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)：凝結時間達到施工要求，強度達不到設計及施工要求；強度設計及施工要求，凝結時間達不到施工要求。又經(jīng)過2個多月的試配調整、反復驗證，最終確定大沖邕江特大橋主梁C55混凝土理論配合比，順利通過監(jiān)理辦試驗室及業(yè)主中心試驗室的驗證，并批復使用。

通過現(xiàn)場施工驗證，證明此配合比設計科學合理，具有較高的適用性，有效保證主梁施工質量，為今后類似高低塔斜拉橋主梁混凝土配合比設計提供可靠理論基礎。由于本配合比采用外加劑價格偏高，膠凝材料用量偏大，有違設計配合比時要經(jīng)濟這一理念，在今后的工作中有待進一步探討。

（作者單位為中鐵十六局集團地鐵工程有限公司）