高強(qiáng)機(jī)制砂泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制

摘要：通過(guò)摻用部分河砂與外加劑進(jìn)行多種配合比設(shè)計(jì)，解決了機(jī)制砂配制混凝土的強(qiáng)度和工作性能，滿足了長(zhǎng)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(jī)制砂　高強(qiáng)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(jí)電站—構(gòu)皮灘電站前期“四通一平”的重點(diǎn)工程項(xiàng)目。橋長(zhǎng)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(hào)、2號(hào)橋墩為雙肢薄壁墩，墩高為72m。橋臺(tái)為肋板式和重力式U形橋臺(tái)。上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁，強(qiáng)度等級(jí)為C50，共計(jì)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(chǎng)地的狹窄除了給施工布置帶來(lái)困難外，給材料運(yùn)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(gòu)需到200km外的砂場(chǎng)，不僅運(yùn)輸條件極差，且時(shí)間上無(wú)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(duì)混凝土的質(zhì)量要求(新拌混凝土的工作性及早期強(qiáng)度) 也高。因此，經(jīng)過(guò)多種施工方案的反復(fù)比較，最后決定采用機(jī)制砂配制高標(biāo)號(hào)混凝土，并采用長(zhǎng)距離的泵送管道運(yùn)輸方式。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)，這兩項(xiàng)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(qiáng)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(píng)。

    此項(xiàng)技術(shù)2004年7月經(jīng)湖北省科技查新檢索結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)尚未見C50機(jī)制砂泵送混凝土泵送距離達(dá)820m的文獻(xiàn)報(bào)道，經(jīng)中鐵建總公司科技評(píng)審定為國(guó)內(nèi)先進(jìn)。

1 　高強(qiáng)機(jī)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(jì)要求的強(qiáng)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(zhǎng)距離泵送條件下，原材料的質(zhì)量控制和配合比設(shè)計(jì)是實(shí)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(duì)原材料主要技術(shù)指標(biāo)的要求為：

    1)水泥　水泥考慮長(zhǎng)距離泵送，初凝時(shí)間宜>2h ，其余指標(biāo)符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。施工現(xiàn)場(chǎng)選擇了花崗牌42.5RPO和華峰牌42.5PO兩種水泥進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，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(jí)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(shí)， ≯1∶3 ，泵送高度在50～100m時(shí)，宜為(1∶3～1∶4)，泵送高度>100m時(shí)，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(jí)配連續(xù)，針片狀顆粒含量<10%。針片狀顆粒含量多和級(jí)配不良時(shí)，輸送管彎頭處的管壁易磨損，同時(shí)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(qiáng)度為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1.5倍以上。本著就地取材，經(jīng)濟(jì)適用的原則，懸灌梁采用了敖溪石材生產(chǎn)的粗細(xì)集料。粗集料主要指標(biāo)見表2。

    3) 細(xì)集料　泵送混凝土宜采用級(jí)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(jī)制砂和烏江河砂級(jí)配均不能滿足長(zhǎng)距離泵送要求，用細(xì)集料級(jí)配要求通過(guò)圖解法確定懸灌梁配比時(shí)，采用敖溪機(jī)制砂與烏江河砂按1∶1 的比例(質(zhì)量比)配制。細(xì)集料各項(xiàng)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(qiáng)、高強(qiáng)，尤其是象這種用機(jī)制砂配制的高強(qiáng)混凝土，更需具有高性能的外加劑來(lái)增加其工作性。本橋施工場(chǎng)地狹窄，墩高、跨度大，梁部泵送距離折合水平距離達(dá)到820m。因此，現(xiàn)場(chǎng)選了數(shù)家外加劑進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)及拌合物性能進(jìn)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(jì)

    1) 設(shè)計(jì)依據(jù)及控制指標(biāo)　主要設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)程》(JGJ55—2000)、《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBPT50080 —2002)、《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBPT50081—2002) ，主要控制指標(biāo)為拌合物和易性，坍落度經(jīng)時(shí)損失、凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度。

    2) 初步配合比確定　根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，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(jì)算混凝土配制強(qiáng)度、水灰比及材料用量，考慮到機(jī)制砂的棱角性及級(jí)配等特點(diǎn)對(duì)混凝土和易性的影響，首先按理論配合比同一統(tǒng)計(jì)參數(shù)選用不同的砂率進(jìn)行試拌。通過(guò)對(duì)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(zhǔn)砂率進(jìn)行計(jì)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(jì)算出理論配合比后，按W/C間隔0.03～0.02計(jì)算出5個(gè)不同配比進(jìn)行拌合物性能試驗(yàn)及強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)拌合物性能及R7、R28 強(qiáng)度確定初步配合比，然后對(duì)初步確定的配合比通過(guò)回歸計(jì)算并再次進(jìn)行拌合物性能及強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、坍落度經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)，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(duì)每批進(jìn)場(chǎng)材料在使用前按標(biāo)準(zhǔn)抽檢，合格后方能使用。重點(diǎn)控制指標(biāo)為：①水泥　凝結(jié)時(shí)間、安定性及3d強(qiáng)度； ②集料　顆粒級(jí)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(cè)定拌合物性能及3d強(qiáng)度。

2.2 　過(guò)程控制

    1)    拌合時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行施工配合比，確保拌制時(shí)間≮2min。并定期校驗(yàn)配料機(jī)的計(jì)量準(zhǔn)確性；

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

    3) 采用連續(xù)性泵送工藝，停泵時(shí)間≯15 min；

    4) 搗固時(shí)防止過(guò)搗、漏搗；

    5) 在加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)方面，C50 懸灌梁張拉強(qiáng)度以同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度為準(zhǔn)，不得超前張拉。

2.3 　工藝改善

    在泵送管道中自行設(shè)計(jì)加工兩端帶弧形的三通管，通過(guò)增設(shè)閥門在墩頂實(shí)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(qiáng)度檢測(cè)

    懸灌梁張拉施工時(shí)同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度按大于設(shè)計(jì)值的80%控制張拉時(shí)間，所有張拉強(qiáng)度試件3d強(qiáng)度均>40MPa ，47組試件強(qiáng)度平均值為44.8MPa ，保證了張拉施工質(zhì)量及工程進(jìn)度。懸灌梁分別制作試件27組、26組，根據(jù)GBJ107—87和JTJ041—2000評(píng)定，強(qiáng)度合格(強(qiáng)度匯總評(píng)定見表5) 。

3 　結(jié)語(yǔ)

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