高強機制砂泵送混凝土配合比設(shè)計與質(zhì)量控制

摘要：通過摻用部分河砂與外加劑進行多種配合比設(shè)計，解決了機制砂配制混凝土的強度和工作性能，滿足了長距離、多彎道、大高差的泵送要求，確保了施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機制砂　高強混凝土　泵送

    位于貴州省余慶縣境內(nèi)的構(gòu)皮灘烏江大橋，是烏江梯級電站—構(gòu)皮灘電站前期“四通一平”的重點工程項目。橋長為347m，是一座三跨連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，橋跨布置為90m+160m+90m。1號、2號橋墩為雙肢薄壁墩，墩高為72m。橋臺為肋板式和重力式U形橋臺。上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁，強度等級為C50，共計5489m³ ，最大泵送距離折合直線為820m。

    烏江兩岸，山高、坡陡、谷深，尤其是橋位處，有幾處是懸崖峭壁，交通極為不便。施工場地的狹窄除了給施工布置帶來困難外，給材料運輸也造成極大困難。更困難的是大量混凝土圬工所使用的砂石料，烏江兩岸幾乎找不到符合質(zhì)量要求的河砂，外購需到200km外的砂場，不僅運輸條件極差，且時間上無保證，必將加大工程成本，耽誤工期。加之橋梁墩高跨大，梁體采用懸臂灌注施工，對混凝土的質(zhì)量要求(新拌混凝土的工作性及早期強度) 也高。因此，經(jīng)過多種施工方案的反復(fù)比較，最后決定采用機制砂配制高標(biāo)號混凝土，并采用長距離的泵送管道運輸方式。通過現(xiàn)場反復(fù)試驗，這兩項高難技術(shù)均得到較圓滿的解決。表征內(nèi)在質(zhì)量的混凝土強度穩(wěn)定性好，表征外部質(zhì)量的橋墩和梁部外觀平整光滑，受到業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評。

    此項技術(shù)2004年7月經(jīng)湖北省科技查新檢索結(jié)果表明，國內(nèi)尚未見C50機制砂泵送混凝土泵送距離達820m的文獻報道，經(jīng)中鐵建總公司科技評審定為國內(nèi)先進。

1 　高強機制砂泵送混凝土的配制

    泵送混凝土與一般混凝土主要區(qū)別在于其不僅要滿足設(shè)計要求的強度、耐久性等，還要有良好的工作性及可泵性，即拌合物在輸送管道中摩擦阻力小、粘聚性好，不離析、不堵管。尤其在大高差、長距離泵送條件下，原材料的質(zhì)量控制和配合比設(shè)計是實現(xiàn)良好工作性能的首要基礎(chǔ)。

1.1 　原材料性能

    泵送混凝土對原材料主要技術(shù)指標(biāo)的要求為：

    1)水泥　水泥考慮長距離泵送，初凝時間宜>2h ，其余指標(biāo)符合國家質(zhì)量標(biāo)準。施工現(xiàn)場選擇了花崗牌42.5RPO和華峰牌42.5PO兩種水泥進行配合比設(shè)計，兩種水泥常規(guī)指標(biāo)見表1。

    2)粗集料　主要控制指標(biāo)為最大粒徑、針片狀含量和級配。根據(jù)泵送混凝土施工技術(shù)規(guī)范，最大粒徑與輸送管管徑之比為:泵送高度<50m 時， ≯1∶3 ，泵送高度在50～100m時，宜為(1∶3～1∶4)，泵送高度>100m時，宜為(1∶4～1∶5)。為此確定墩及下部結(jié)構(gòu)最大粒徑為31.5mm ，懸灌梁用集料最大粒徑為25mm。級配連續(xù)，針片狀顆粒含量<10%。針片狀顆粒含量多和級配不良時，輸送管彎頭處的管壁易磨損，同時易造成管道堵塞。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041—2000) ，混凝土用粗集料母材強度為混凝土設(shè)計強度的1.5倍以上。本著就地取材，經(jīng)濟適用的原則，懸灌梁采用了敖溪石材生產(chǎn)的粗細集料。粗集料主要指標(biāo)見表2。

    3) 細集料　泵送混凝土宜采用級配良好的中砂，<0.315mm顆粒含量≮15%，小于此值易發(fā)生堵管。因敖溪機制砂和烏江河砂級配均不能滿足長距離泵送要求，用細集料級配要求通過圖解法確定懸灌梁配比時，采用敖溪機制砂與烏江河砂按1∶1 的比例(質(zhì)量比)配制。細集料各項性能指標(biāo)見表3。

    4) 外加劑　外加劑的使用目的:減水、增稠、緩凝、早強、高強，尤其是象這種用機制砂配制的高強混凝土，更需具有高性能的外加劑來增加其工作性。本橋施工場地狹窄，墩高、跨度大，梁部泵送距離折合水平距離達到820m。因此，現(xiàn)場選了數(shù)家外加劑進行配合比設(shè)計及拌合物性能進行比較，決定選取湛江外加劑廠生產(chǎn)的FDN型混凝土高效泵送劑。

1.2 　配合比設(shè)計

    1) 設(shè)計依據(jù)及控制指標(biāo)　主要設(shè)計依據(jù)為《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041—2000) 、《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55—2000)、《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準》(GBPT50080 —2002)、《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》(GBPT50081—2002) ，主要控制指標(biāo)為拌合物和易性，坍落度經(jīng)時損失、凝結(jié)時間及強度。

    2) 初步配合比確定　根據(jù)混凝土設(shè)計強度等級，集料最大粒徑、泵送坍落度要求等施工、原材料綜合情況考慮計算混凝土配制強度、水灰比及材料用量，考慮到機制砂的棱角性及級配等特點對混凝土和易性的影響，首先按理論配合比同一統(tǒng)計參數(shù)選用不同的砂率進行試拌。通過對41 %、40%、39%、38%、37%一系列砂率在其他條件相同情況下拌合物性能的比較，確定砂率為38% ，然后以此做為基準砂率進行計算，以確定初步理論配合比。

    3) 校正復(fù)核　根據(jù)不同材料，計算出理論配合比后，按W/C間隔0.03～0.02計算出5個不同配比進行拌合物性能試驗及強度試驗。根據(jù)拌合物性能及R7、R28 強度確定初步配合比，然后對初步確定的配合比通過回歸計算并再次進行拌合物性能及強度、凝結(jié)時間、坍落度經(jīng)時損失試驗，以確定最終配合比(見表4) 。

2 　施工質(zhì)量控制

2.1 　原材料

    對每批進場材料在使用前按標(biāo)準抽檢，合格后方能使用。重點控制指標(biāo)為：①水泥　凝結(jié)時間、安定性及3d強度； ②集料　顆粒級配、最大粒徑、針片狀顆粒含量及含泥量；③外加劑　使用前3d試拌混凝土，測定拌合物性能及3d強度。

2.2 　過程控制

    1)    拌合時嚴格執(zhí)行施工配合比，確保拌制時間≮2min。并定期校驗配料機的計量準確性；

    2)    入泵前拌合物坍落度控制在180～200mm，確保在澆筑地點坍落度為160～180mm；

    3) 采用連續(xù)性泵送工藝，停泵時間≯15 min；

    4) 搗固時防止過搗、漏搗；

    5) 在加強養(yǎng)護方面，C50 懸灌梁張拉強度以同條件養(yǎng)護試件的強度為準，不得超前張拉。

2.3 　工藝改善

    在泵送管道中自行設(shè)計加工兩端帶弧形的三通管，通過增設(shè)閥門在墩頂實現(xiàn)自由切換，保證結(jié)構(gòu)兩端平衡灌注及施工質(zhì)量。

2.4 　強度檢測

    懸灌梁張拉施工時同條件養(yǎng)護試件強度按大于設(shè)計值的80%控制張拉時間，所有張拉強度試件3d強度均>40MPa ，47組試件強度平均值為44.8MPa ，保證了張拉施工質(zhì)量及工程進度。懸灌梁分別制作試件27組、26組，根據(jù)GBJ107—87和JTJ041—2000評定，強度合格(強度匯總評定見表5) 。

3 　結(jié)語

    使用機制砂配制高強泵送混凝土一直是一個技術(shù)難題，尤其是本橋還需進行長距離多彎點泵送，更增加了技術(shù)的難度。烏江大橋成功地解決了機制砂高強泵送混凝土施工技術(shù)難題，全橋混凝土質(zhì)量達到一次性合格，且墩身、梁部外觀整潔美觀。該項技術(shù)不僅為全橋的創(chuàng)優(yōu)做出了應(yīng)有的貢獻，同時也為今后類似工程提供借鑒。