王愉康，趙文俊，汪 浩

(中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安 710100)

0 引 言

新建國(guó)道108線禹門口黃河公路大橋及引道工程主橋采用“H”型索塔，塔身由下塔柱、中塔柱、上塔柱、下橫梁、上橫梁等組成。主橋11#、12#索塔總高度(承臺(tái)頂至塔頂)均為171.3 m，塔身采用箱型截面，從下至上共分為3段(下、中、上塔柱)，2座主塔塔座高度為3 m，下塔柱均為25.75 m，中塔柱均為71.0 m，上塔柱均為71.55 m。下塔柱為連續(xù)變截面，索塔截面尺由8.0 m×12.0 m變化至6.5 m×11.202 m，橫橋向塔壁壁厚為1.3 m，順橋向塔壁壁厚為1.6 m；中塔柱為連續(xù)變截面，截面尺寸由6.5 m×11.202 m變化至5.5 m×9.0 m，橫橋向塔壁壁厚由1.3 m變化至0.9 m，順橋向塔壁壁厚為1.4 m；上塔柱為等截面，截面尺寸為9.0 m×5.5 m，橫橋向塔壁壁厚為0.9 m，順橋向塔壁壁厚為1.1 m。下橫梁截面尺寸為7.4 m×6.5 m，壁厚1.0 m；上橫梁截面尺寸為7.4 m×6.5 m，壁厚為0.8 m。

塔柱和上、下橫梁均采用C50高性能混凝土，在正式施工前所用混凝土必須進(jìn)行配合比試驗(yàn)，以保證泵送澆注時(shí)的流動(dòng)性、和易性及早強(qiáng)、緩凝等各項(xiàng)工作性能。應(yīng)盡量縮短塔柱起步段混凝土與承臺(tái)、塔座混凝土之間的齡期差，澆筑下塔柱實(shí)心段時(shí)應(yīng)采取必要的溫控措施，防止溫度及收縮裂縫的產(chǎn)生。索塔各部分的混凝土應(yīng)盡量保持原材料穩(wěn)定，從而保持結(jié)構(gòu)外觀色澤均勻，還應(yīng)提前規(guī)劃好塔柱混凝土的分段澆筑方案，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)盡量保證實(shí)體段與塔柱壁變化連接處一次澆筑成型。

1 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)需求

通過在實(shí)驗(yàn)室試配以及現(xiàn)場(chǎng)模擬驗(yàn)證試驗(yàn)，在保證強(qiáng)度的前提下，降低泵送壓力，改善混凝土各項(xiàng)工作性能[1-4]。充分結(jié)合本工程所處環(huán)境和施工工藝安排，決定采用分階段配合比設(shè)計(jì)方案，將整個(gè)塔柱的配合比設(shè)計(jì)分為2個(gè)階段[5-8]。塔高100 m以下(即下塔柱與中塔柱)采用第1階段配合比，塔高100 m以上(即上塔柱)采用第2階段配合比。主橋橋型結(jié)構(gòu)如圖1所示。第1階段配合比施工過程中遇到的問題應(yīng)在第2階段配合比設(shè)計(jì)過程中優(yōu)化，以保證施工節(jié)奏及要求。同時(shí)，在不同高度階段，根據(jù)原材料供應(yīng)及質(zhì)量波動(dòng)情況配合比及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

圖1 主橋橋型結(jié)構(gòu)布置

1.2 原材料的選擇

1.2.1 水泥

主塔高壓泵送混凝土所用水泥宜選用普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥。由于禹門口黃河大橋處于陜西和山西交界處，地理位置較偏，附近高品質(zhì)、大產(chǎn)量水泥廠家較少，綜合各方面因素決定采用由山西威盾水泥有限公司生產(chǎn)的P·O52.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其物理化學(xué)性能如表1所示。

1.2.2 粉煤灰

本項(xiàng)目采用河津市龍輝建材有限公司生產(chǎn)的F類Ⅰ級(jí)粉煤灰，經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其性能指標(biāo)如表2所示。

表1 水泥檢測(cè)結(jié)果

表2 粉煤灰檢測(cè)結(jié)果

1.2.3 磨細(xì)礦渣粉

磨細(xì)礦渣粉作為混凝土中的礦物摻合料，可超量替代水泥，能大大改善混凝土膠凝材料體系中的顆粒級(jí)配，增加大體積混凝土施工過程中的和易性，還可以延長(zhǎng)水泥水化熱產(chǎn)生時(shí)間，降低其早期過程水化熱放熱峰值[9-12]。本文選用西安德龍粉體工程有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉。經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其性能指標(biāo)見表3。

表3 磨細(xì)礦渣粉檢測(cè)結(jié)果

1.2.4 集料

級(jí)配較好的集料不僅可以有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量，優(yōu)化混凝土的各項(xiàng)工作性能，還可以大大減少混凝土早期成型過程中的干燥收縮、徐變、細(xì)小裂紋等的不利影響[13-16]。規(guī)范規(guī)定細(xì)集料宜采用Ⅱ區(qū)中砂，且其通過公稱直徑為0.315 mm篩孔的顆粒含量不宜少于總量的15%；本項(xiàng)目選用臨潼區(qū)新豐鎮(zhèn)春光砂場(chǎng)生產(chǎn)的Ⅱ區(qū)中砂。經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其性能指標(biāo)見表4。

粗集料應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)性級(jí)配，其針、片狀顆粒含量不宜大于總量的10%；混凝土中粗集料的最大公稱粒徑與所選的泵輸送管徑之比應(yīng)符合表5的規(guī)定[17-18]。

表4 細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果

表5 混凝土中粗集料的最大公稱粒徑與所選地泵輸送管徑之比

本項(xiàng)目選用靈寶市牛心石料有限公司生產(chǎn)的5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，選擇內(nèi)徑為125 mm輸送泵管，滿足高度在大于100 m時(shí)粗集料最大公稱粒徑與輸送管徑之比不大于1∶5.0的規(guī)定，經(jīng)過檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其性能指標(biāo)如表6所示。

1.2.5 外加劑

緩凝型聚羧酸高性能減水劑能有效延緩混凝土水化熱的釋放，推遲混凝土水化熱放熱峰值，使混凝土水化熱釋放過程更加平緩。本項(xiàng)目選用山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的 HJSX-A(緩凝型)聚羧酸高性能減水劑，經(jīng)過檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其性能指標(biāo)如表7所示。

1.2.6 水

混凝土拌合用水采用陜西省渭南市韓城市龍門鎮(zhèn)渚北村拌合站井水，經(jīng)過檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。其各項(xiàng)指標(biāo)如表8所示。

表6 粗集料檢測(cè)結(jié)果

表7 減水劑檢測(cè)結(jié)果

表8 拌合水檢測(cè)結(jié)果

2 C50高性能混凝土配合比試配與選擇

結(jié)合本工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及配合比試配計(jì)劃，采用分階段配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，將整個(gè)塔柱的配合比設(shè)計(jì)分為2個(gè)階段。

2.1 第1階段

首先根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求對(duì)混凝土用各種原材料進(jìn)行自檢和委外檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均合格后依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)、《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 10—2011)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)混凝土坍落度為160～200 mm，設(shè)計(jì)混凝土表觀密度為2 430 kg·m-3，計(jì)算配制強(qiáng)度為59.9 MPa，依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)水灰比選擇為0.30。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程，依據(jù)外加劑減水率確定用水量為145 kg·m-3，得出總膠凝材料用量為483 kg·m-3，選取礦物摻合料總量占膠凝材料總和為23%，分別得出水泥、粉煤灰、礦渣粉摻入量。規(guī)范規(guī)定砂率宜為35%～45%，根據(jù)查表選取砂率為38%，從而計(jì)算得出粗、細(xì)集料數(shù)量，依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行配合比試拌及比對(duì)，各項(xiàng)技術(shù)性能如表9所示。

依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080—2016)和《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2016)的有關(guān)規(guī)定對(duì)新拌混凝土的各項(xiàng)工作性能進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)多次試配優(yōu)選，確定采用編號(hào)為c的配合比，其水膠比為0.30；每方混凝土用水量為145 kg，砂率為38%，水泥、粉煤灰、礦渣粉、細(xì)集料、粗集料、水、外加劑的比例為373∶60∶50∶686∶1 117∶145∶5.80。經(jīng)檢測(cè)該混凝土配合比初始坍落度為190 mm，1 h后坍落度為180 mm，混凝土初凝時(shí)間為350 min,混凝土終凝時(shí)間為420 min，7 d抗壓彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的108.7%，28 d抗壓彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求(3.45×104N·mm-2)的125.2%，表觀密度實(shí)測(cè)值為2 440 kg·m-3，與計(jì)算值之差的絕對(duì)值未超過計(jì)算值的2%，依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)規(guī)定配合比可維持不變。經(jīng)檢驗(yàn)該混凝土的工作性符合規(guī)范及設(shè)計(jì)文件要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工工藝條件，可以用于本項(xiàng)目施工。

表9 混凝土配合比和各項(xiàng)技術(shù)性能

2.2 第2階段

根據(jù)第1階段施工過程中存在的問題進(jìn)行優(yōu)化。

(1)在澆注中塔柱混凝土過程中，在混凝土各項(xiàng)工作性能符合規(guī)范要求情況下，由于環(huán)境溫度降低混凝土變的更加黏稠。經(jīng)分析是因?yàn)閾郊恿舜罅磕ゼ?xì)礦渣粉，加之環(huán)境溫度及原材料溫度較低，混凝土拌合后反應(yīng)不充分。

(2)由于水泥、集料等原材單價(jià)、運(yùn)輸費(fèi)上漲等多方原因，決定更換水泥和粗集料。

(3)中塔柱施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)振搗較好的情況下拆模后仍出現(xiàn)較小片區(qū)的氣孔居多現(xiàn)象，需要調(diào)整外加劑的摻量。

(4)夏季施工時(shí)由于環(huán)境溫度高，施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間停頓時(shí)，易出現(xiàn)睹塞泵管現(xiàn)象?，F(xiàn)設(shè)計(jì)第2階段配合比并優(yōu)化第1階段時(shí)存在的諸多弊端。更換水泥采用由山西龍門五色石建材有限公司生產(chǎn)的P·O52.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其物理化學(xué)性能如表10所示。

更換粗集料采用河津石佳石場(chǎng)生產(chǎn)的5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，其性能指標(biāo)如表11所示。

表10 更換水泥檢測(cè)結(jié)果

表11 更換的粗集料檢測(cè)結(jié)果

新的配合比設(shè)計(jì)混凝土坍落度為160～200 mm，設(shè)計(jì)混凝土表觀密度為2 420 kg·m-3，計(jì)算配制強(qiáng)度為59.9 MPa，依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)水灰比選擇為0.30。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程，依據(jù)外加劑減水率確定用水量為144 kg·m-3，得出總膠凝材料用量為480 kg·m-3，選取礦物摻合料總量占膠凝材料總和為20%，分別得出水泥、粉煤灰摻入量，規(guī)范規(guī)定砂率宜為35%～45%。選取砂率為37%，從而計(jì)算得出粗、細(xì)集料數(shù)量，依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行配合比試拌及比對(duì)，結(jié)果如表12所示。

表12 新的混凝土配合比和各項(xiàng)技術(shù)性能

經(jīng)多次試配優(yōu)選，確定采用編號(hào)為b的配合比，其水膠比為0.30，用水量為144 kg·m-3，砂率為37%，水泥、粉煤灰、細(xì)集料、粗集料、水、外加劑的比例為384∶96∶641∶1 131∶144∶5.76。經(jīng)檢測(cè)該混凝土配合比初始坍落度為195 mm，1 h后坍落度為185 mm，7 d抗壓彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的110.5%，28 d抗壓彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的128.3%，表觀密度實(shí)測(cè)值為2 420 kg·m-3，與計(jì)算值之差的絕對(duì)值未超過計(jì)算值的2%,配合比可維持不變。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工注意事項(xiàng)

3.1 混凝土輸送泵管選型

混凝土泵送設(shè)備的選型首先應(yīng)考慮混凝土工程量的大小及現(xiàn)場(chǎng)施工特點(diǎn)、最大輸送高度和距離、單位時(shí)間內(nèi)混凝土的最大輸出量等因素，其次要從現(xiàn)場(chǎng)澆筑進(jìn)度要求以及施工工藝等因素綜合考慮。本工程主塔采用C50一級(jí)泵送混凝土，選用三一重工股份有限公司所生產(chǎn)的型號(hào)為SY5123THB-9022Ⅲ車載式混凝土輸送泵?；炷凛斔凸軓綖?25 mm?；炷凛斔蛪毫刂圃?2～22 MPa。調(diào)整系統(tǒng)控制壓力在1.1～1.3 MPa，使泵送壓力在17～19 MPa。

3.2 防止混凝土或砂漿堵塞泵管

泵送第1車混凝土之前，應(yīng)采用大量清水完全潤(rùn)濕泵管，后反循環(huán)將泵管中清水從料斗底部全部放光，再將洗完罐的罐車裝適量砂漿及時(shí)打入泵管中，再緩緩放入各項(xiàng)工作性能正常的混凝土開始正常泵送。

3.3 拌合站控制

(1)必須使用遮陽防雨棚里的粗細(xì)集料，且料堆的堆放高度必須符合規(guī)范要求，嚴(yán)禁使用戶外臨時(shí)堆放的材料，確保集料含水率穩(wěn)定、材質(zhì)均勻。

(2)混凝土運(yùn)輸罐車必須包裹帆布，高溫期間罐車先裝適溫井水冷卻罐體，冬季施工期間實(shí)施罐車裝熱水提前預(yù)熱罐體。

4 結(jié) 語

本文關(guān)于新建禹門口黃河大橋主橋的配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究得到以下結(jié)論。

(1)根據(jù)不同泵送階段控制最少膠凝材料用量，不僅有利于混凝土的順利泵送還有利于低水化熱的放熱峰值，避免細(xì)小裂紋的產(chǎn)生。

(2)加強(qiáng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)集料、水泥等原材料的質(zhì)量控制，對(duì)每批次外加劑均進(jìn)行配合比試拌，以避免正式澆注混凝土?xí)r發(fā)生異?，F(xiàn)象。

(3)對(duì)混凝土配合比進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控，在原材料波動(dòng)大的情況下，對(duì)基準(zhǔn)混凝土配合比予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確?；炷涟韬?、現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

(4)在符合規(guī)范的情況下，配合比中摻加較大比例的高品質(zhì)摻合料，摻加一定摻量緩凝型高性能減水劑，可大大降低混凝土中膠凝材料和水的用量，使混凝土達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài)。

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