劉勝勇

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

1 工程概況

青島海灣大橋上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁。該橋現(xiàn)澆箱梁23聯(lián)，箱梁混凝土強(qiáng)度為C50，總計35 068 m3。由于工程所處的特殊海洋環(huán)境，梁體混凝土結(jié)構(gòu)處于條件惡劣的海洋大氣區(qū)，根據(jù)海水對橋梁侵蝕區(qū)域劃分原則，環(huán)境類別及腐蝕作用等級為D級。且該橋梁對結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求較高，包括外觀質(zhì)量，這就在混凝土的質(zhì)量控制上提出了更高的要求。

2 混凝土質(zhì)量控制要素

混凝土質(zhì)量控制分三個大的方面，第一是原材料、配合比、生產(chǎn)工藝；第二是混凝土運(yùn)輸；第三是混凝土施工控制。這三個大的要素中，第一點(diǎn)是最根本也是最重要的，本工程采用的混凝土，質(zhì)量優(yōu)化的重點(diǎn)是在原材料及配合比方面。

3 材料及配合比選取

根據(jù)設(shè)計要點(diǎn)，影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的因素有水分、冰凍、空氣污染、除冰鹽水等環(huán)境及車輛的疲勞荷載、振動和磨損等力學(xué)作用，力學(xué)作用對橋梁耐久性影響通過結(jié)構(gòu)設(shè)計計算來解決，環(huán)境作用對橋梁耐久性影響通過原材料及其配合比的選擇、結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計等來解決。而該橋梁受環(huán)境作用影響很大，因此，原材料及配合比這方面的要求十分嚴(yán)格。

3.1 C50海工耐久混凝土的技術(shù)要求

3.1.1 技術(shù)要求

(1)環(huán)境類別及腐蝕作用等級為D級，梁體的混凝土強(qiáng)度設(shè)計等級為C50，28 d彈性模量≥3.5×104MPa；

(2)單方膠凝材料總用量≥450 kg/m3，但不宜高于500 kg/m3；

(3)水膠比不大于0.33；

(4)8 W氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤1.5×10-12m2/s(RCM法)；

(5)混凝土中氯離子含量小于膠凝材料重量的0.06 %。

3.1.2 混凝土配合比設(shè)計要求

(1)混凝土配合比設(shè)計強(qiáng)度≥60 MPa，彈性模量≥3.7×104MPa；

(2)8W氯離子擴(kuò)散系數(shù)配合比設(shè)計值≤1.3×10-12m2/s；

(3)Si=180±20 mm，30 s坍落擴(kuò)展度D應(yīng)控制在420±20 mm，可泵性好；

(4)為滿足施工組織需要，3～7 d混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計等級的85 %，彈性模量達(dá)到設(shè)計值80 %。

3.2 選用聚羧酸減水劑的原因

(1)摻量低、減水率高，減水率可高達(dá)45 %，符合高性能減水劑的要求；

(2)坍落度損失小，預(yù)拌混凝土坍落度損失率1 h小于5 %，2 h小于10 %；

(3)增強(qiáng)效果顯著，混凝土3 d抗壓強(qiáng)度提高50 %～110 %，28 d抗壓強(qiáng)度提高40 %～80 %，90 d抗壓強(qiáng)度提高30 %～60 %；

(4)混凝土和易性優(yōu)良，無離析、泌水現(xiàn)象，混凝土外觀顏色均一。用于配制高標(biāo)號混凝土?xí)r，混凝土粘聚性好且易于攪拌；

(5)能降低水泥早期水化熱，有利于大體積混凝土和夏季施工；

(6)適應(yīng)性優(yōu)良，水泥、摻合料相容性好，溫度適應(yīng)性好，與不同品種水泥和摻合料具有很好的相容性，解決了采用其它類減水劑與膠凝材料相容性差的問題；

(7)低收縮，可明顯降低混凝土收縮，抗凍融能力和抗碳化能力明顯優(yōu)于普通混凝土；顯著提高混凝土體積穩(wěn)定性和長期耐久性；

(8)堿含量極低，堿含量≤0.2 %，可有效地防止堿骨料反應(yīng)的發(fā)生；

(9)產(chǎn)品穩(wěn)定性好，長期儲存無分層、沉淀現(xiàn)象發(fā)生，低溫時無結(jié)晶析出；產(chǎn)品綠色環(huán)保，不含甲醛，為環(huán)境友好型產(chǎn)品；經(jīng)濟(jì)效益好，工程綜合造價低于使用其它類型產(chǎn)品，同強(qiáng)度條件下可節(jié)省水泥15 %～25 %。

3.3 原材料及配合比選擇

3.3.1 原材料選擇

依據(jù)各項(xiàng)要求，水泥選用P·I型52.5水泥，摻合料為礦粉和粉煤灰，外加劑為聚羧酸減水劑。各原材料在確定前，均按規(guī)范要求取樣送檢，合格后方選用。

以聚羧酸減水劑為例，檢測結(jié)果見表1。

表1 高性能聚羧酸減水劑檢驗(yàn)

根據(jù)檢測結(jié)果，檢測項(xiàng)目均符合《聚羧酸系高性能減水劑》(JC/T 223-2007)和該工程設(shè)計要求。

3.3.2 配合比設(shè)計

高性能海工混凝土，是指混凝土必須具有高耐久性(高致密、低滲透、在嚴(yán)酷的環(huán)境下抗各種化學(xué)物質(zhì)腐蝕能力強(qiáng)的特性)，收縮徐變小(較好的體積穩(wěn)定性、抗裂性)，良好的工作性(保水性好、不離析、高流動、坍落度損失小等)。

根據(jù)國內(nèi)外大量研究資料和工程實(shí)例研究結(jié)果表明，配制高性能海工混凝土的路線是：

(1)膠凝材料除使用水泥外，必須大量使用礦物摻和料(礦粉、粉煤灰、硅灰等)，多種膠凝材料按最佳比例搭配。

(2)選用低水膠比。減少混凝土內(nèi)部多余的水分，也即減少混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔隙通道，從而提高混凝土的密實(shí)性、抗?jié)B透性；

(3)混凝土集料質(zhì)地堅(jiān)固、潔凈、無堿活性、級配優(yōu)良，粗集料最大粒徑較小。

3.3.2.1 水膠比、膠凝材料用量

根據(jù)JTG/T B07-01-2006《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》要求及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，水膠比為0.30，膠凝材料用量為475 kg/m3。

3.3.2.2 摻合料摻量

為有效改善混凝土抗化學(xué)侵蝕性能，協(xié)調(diào)混凝土強(qiáng)度、水化熱、耐久性、施工性能之間的矛盾，采用粉煤灰與高爐礦渣粉雙摻，通常雙摻的摻量組合范圍為：粉煤灰(15 %～20 %)+高爐礦渣粉(20 %～35 %)，總摻量40 %。

3.3.2.3 砂率

確定砂率應(yīng)考慮粗集料密實(shí)堆積下的空隙率，如粗集料粒形不好、級配差、空隙率大會造成填充空隙的膠凝材料漿體和細(xì)集料用量過大、粗集料用量過少，造成填充空隙和包裹骨料的膠凝材料用量增加，影響混凝土的彈性模量和體積穩(wěn)定性。

砂的細(xì)度模數(shù)通常不能完全反映顆粒組成差異，砂率還應(yīng)根據(jù)砂自身的顆粒組成進(jìn)行調(diào)整。細(xì)顆粒含量過多時則應(yīng)適當(dāng)降低砂率，以防止過多的細(xì)顆粒含量引起骨料裹漿不足以及管道潤滑層摩擦阻力增大。細(xì)顆粒含量過少時則應(yīng)適當(dāng)增加砂率，增強(qiáng)漿體保水性能，降低離析傾向。

根據(jù)《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(JTS 202-2-2011)要求，結(jié)合實(shí)際，砂率控制在43 %。

3.3.2.4 減水劑摻量

減水劑摻量根據(jù)減水率的要求，在允許摻量范圍內(nèi)，通過實(shí)驗(yàn)確定。但一般不宜因減水的需要而超量摻用。該工程通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)，確定的用量為1.3 %。

3.3.2.5 含氣量

保證適宜的含氣量，可以提高混凝土的抗凍性能、抗硫酸鹽腐蝕性能，改善混凝土的拌合物施工性能，提高混凝土的勻質(zhì)性和穩(wěn)定性。

根據(jù)《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(JTS 202-2-2011)及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，含氣量為4.0 %～6.0 %，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，配制為4.2 %。

根據(jù)多次試配，得到最佳配合比見表2。

表2 混凝土技術(shù)條件

材料用量見表3。

表3 每m3混凝土材料用量 kg

配合比確定后，對其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)檢測，結(jié)果均符合要求。

3.4 配制聚羧酸減水劑高性能混凝土注意事項(xiàng)

3.4.1 嚴(yán)禁其它品種外加劑的混入

一是聚羧酸系減水劑的復(fù)配(如與木質(zhì)素磺酸鹽、引氣、消泡、緩凝等組分)只能由外加劑生產(chǎn)廠或供應(yīng)商進(jìn)行，減水劑使用者也就是混凝土制備者只需對其相關(guān)性能檢測驗(yàn)收，不得在其中復(fù)配任何其它組分，也不得將其它組分混入其中?；炷翑嚢柙O(shè)備、運(yùn)輸車輛、泵送設(shè)備最好固定用于摻聚羧酸系減水劑的混凝土，當(dāng)共用攪拌設(shè)備、運(yùn)輸車輛和泵送設(shè)備時，必須徹底清洗這些設(shè)備后，才能用作摻其它品種外加劑的混凝土。

3.4.2 嚴(yán)格計量減水劑和拌合水

制備摻加聚羧酸系減水劑的混凝土拌合物時，應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)室確定的最佳減水劑用量和用水量計量，切忌隨意增加減水劑用量或用水量，以免所拌制混凝土出現(xiàn)離析、泌水、板結(jié)、含氣量增加等不良現(xiàn)象，影響混凝土正常的泵送施工和澆注質(zhì)量。

對于原材料砂、石集料中所含的水分，必須準(zhǔn)確測量，并從總用水量中扣除，杜絕因?qū)ι啊⑹现兴謾z測不準(zhǔn)而導(dǎo)致不良后果。

3.4.3 保證最低的膠凝材料用量

由于聚羧酸系減水劑塑化效果好，在配制較低強(qiáng)度等級混凝土?xí)r，混凝土的水泥用量不高，這種混凝土最易出現(xiàn)表面質(zhì)量問題。工程中采用這種混凝土澆注后，往往結(jié)構(gòu)表觀質(zhì)量較差。常見的問題有蜂窩、麻面、流沙等。為充分發(fā)揮聚羧酸系減水劑優(yōu)勢，在這類混凝土中用較大量的粉煤灰、礦渣粉替代部分水泥，不僅保證了混凝土的最低膠凝材料用量(一般大流動度混凝土最低膠凝材料用量以400 kg/m3為宜)，所配制的混凝土更經(jīng)濟(jì)，綠色化程度更高。

4 運(yùn)輸及施工過程控制

箱梁混凝土施工，首先要求拌合站備足車輛，選擇最優(yōu)運(yùn)輸路線，從攪拌到運(yùn)至現(xiàn)場不超過30 min(距離3 km)，對每車混凝土進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，不符合泵送要求的做退回處理。

4.1 運(yùn)輸控制

混凝土在運(yùn)輸過程中,特別是長距離運(yùn)輸或在鬧市區(qū)運(yùn)輸,受到運(yùn)輸機(jī)械、氣候條件、交通狀況等因素的影響,要加強(qiáng)混凝土運(yùn)輸過程中的管理和控制。為防止混凝土誤送或超過初凝時間到達(dá)工地,必須建立嚴(yán)格的收發(fā)制度。

4.2 施工控制

混凝土澆筑對混凝土質(zhì)量也有很大影響,在澆筑過程中,特別應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)模板支設(shè):鋼管貝雷梁模板支架穩(wěn)定牢固,模板接縫要嚴(yán)密,要清除模板表面的灰漿等,并噴涂模板漆,以防支架失穩(wěn)、跑模漏漿等。

(2)振搗:混凝土采用插入式振搗棒振搗時,要快插慢拔,振搗時間控制在20～30 s,待出現(xiàn)泛漿或混凝土不下沉?xí)r即可停止振搗。混凝土振搗應(yīng)連續(xù)、均勻,不得少振、漏振和過振。

(3)抹壓:混凝土的抹平壓光也很重要,直接影響表面混凝土的外觀質(zhì)量。抹壓應(yīng)在混凝土初凝后、終凝前進(jìn)行,第一遍為普通抹壓,第二遍應(yīng)重點(diǎn)尋找裂縫,抹壓時用木抹子拍打,產(chǎn)生振動壓力,使混凝土再次液化,愈合裂縫。

5 結(jié)論

經(jīng)測試，在本工程中摻加了聚羧酸減水劑的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求(表4)，且箱梁質(zhì)量良好，箱梁無裂紋發(fā)現(xiàn)。

表4 混凝土物理力學(xué)性能及耐久性指標(biāo)測試統(tǒng)計

綜上所述，聚羧酸系高效減水劑具有優(yōu)良的綜合性能，膠凝材料相容性好，減水率大，增強(qiáng)效果明顯，并且無毒、無污染，適用大摻量粉煤灰配制的海工混凝土，能夠大大改善海工混凝土耐久性。

[1] JTJ 275-2000海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S]

[2] JTS 202-2-2011水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S]

[3] JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]

[4] GB 8076-2008混凝土外加劑[S]

[5] JTG/T B07-01-2006公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S]

[6] 馮乃謙.高性能混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004