梅連軍

(新疆交通建設(shè)集團股份有限公司，新疆　烏魯木齊　830016)

連續(xù)剛構(gòu)橋施工高強混凝土質(zhì)量控制要點探討

梅連軍

(新疆交通建設(shè)集團股份有限公司，新疆烏魯木齊830016)

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；高強混凝土；質(zhì)量控制；原材料；施工工藝；水化熱

0引言

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的跨徑不斷增大，目前最大跨徑已超過300 m，

其所使用的混凝土強度也早已超過C50，達(dá)到了高強混凝土范疇[1-2]。只有嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、合理確定配合比以及規(guī)范施工工序操作，才能使高強混凝土發(fā)揮出其高強度的優(yōu)點。然而在實際施工過程中，施工人員往往并未重視高強混凝土的施工，仍采用普通混凝土施工工藝，對原材料質(zhì)量把控不嚴(yán)、未對水灰比進行優(yōu)化，導(dǎo)致采用了高強混凝土的連續(xù)剛構(gòu)橋仍普遍存在主梁開裂現(xiàn)象[3]。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁是否開裂，在一定程度上取決于其箱梁高強混凝土質(zhì)量控制水平的好壞。在現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范可靠度水準(zhǔn)不斷提高、混凝土容許應(yīng)力相應(yīng)降低的前提下，大跨混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋所采用的混凝土強度等級也隨之越來越高，高強混凝土已被廣泛采用。由于高強混凝土材料非均質(zhì)、離散度大的本質(zhì)特征，使得高強混凝土的質(zhì)量控制非常困難[4-5]。

本文以某一主跨145 m的PC連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁0#～17#塊的澆筑施工為背景，討論了連續(xù)剛構(gòu)橋中高強混凝土原材料控制要點、配合比設(shè)計及優(yōu)化、施工工藝流程控制要點及水化熱控制要點，以期為連續(xù)剛構(gòu)橋中高強混凝土的設(shè)計及施工提供參考。

1項目概況

本文以某一主跨145 m的PC連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋的施工為背景。該橋跨徑布置為(78+145+78)m，橋型布置如圖1所示，主梁橫截面詳細(xì)尺寸如圖2所示。

圖1　橋型布置圖(單位：cm)

(a)根部截面

(b)跨中截面

該連續(xù)剛構(gòu)橋主梁采用C55混凝土，混凝土配合比如表1所示。

表1C55混凝土配合比表

(單位：kg/m3)

2質(zhì)量控制要點

2.1原材料

高強混凝土原材料質(zhì)量的好壞和比例的合理性與混凝土的質(zhì)量息息相關(guān)[6]。施工前如有條件可通過試驗來研究不同原材料類型和比例對連續(xù)剛構(gòu)橋主梁高強混凝土質(zhì)量的影響，對其原材料進行調(diào)研和分析，提出高強混凝土主要原材料的品種、摻量范圍與控制指標(biāo)。依據(jù)就地取材、就近取材的原則，優(yōu)選質(zhì)量良好、合格的原材料，實時了解原材料的變化，特別是水泥、外摻劑、外加劑等的變化情況，并及時作出調(diào)整、優(yōu)化。

2.1.1水泥

水泥是混凝土中的核心組成成分，水泥性能的優(yōu)劣直接影響著混凝土的工作性能。因此，在高強混凝土配制設(shè)計過程中必須重視水泥工作性能和水泥類型選取。

對于水泥強度等級而言，根據(jù)規(guī)范要求，高強混凝土所采用的水泥強度等級應(yīng)≥42.5 MPa；本橋C55采用的為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。

對于水泥用量而言，根據(jù)規(guī)范要求，高強混凝土的水泥最大用量、水泥與外摻劑的總用量均不應(yīng)超過規(guī)范要求。當(dāng)水泥用量過大時，混凝土水化過程放出大量熱量，易導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生。

對于水泥種類而言，根據(jù)規(guī)范要求，硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥適用于配制高強混凝土，不宜采用其它類型水泥。水泥中堿物質(zhì)含量和氯離子含量都不應(yīng)超過相應(yīng)指標(biāo)。

2.1.2拌合用水

水是混凝土不可缺少、不可替代的主要組分之一，直接影響混凝土的各種性能，如力學(xué)性能、長期性能和耐久性能等。水的質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，以保證混凝土的質(zhì)量滿足橋梁建設(shè)要求。

橋梁屬于百年大計，設(shè)計使用年限通常為100年，根據(jù)《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JTG-2006)[7]，拌合用水中氯離子含量必須在合理的范圍，不能超過規(guī)范限值。對于用于高強混凝土拌合的水，有條件的情況下應(yīng)當(dāng)按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行pH檢測、不溶物檢測等相關(guān)項目的檢測并符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3粗細(xì)骨料

(1)粗骨料：對高強混凝土而言，粗骨料除了滿足普通混凝土粗骨料要求外，對其抗壓強度要求更加嚴(yán)格，需超過混凝土強度等級30%。粗骨料的選擇應(yīng)當(dāng)因地制宜，選擇連續(xù)級配、含泥量≤0.5%的非堿活性粗骨料，不得使用混凝土建筑垃圾破碎而得到的再生石料。

(2)細(xì)骨料：高強混凝土細(xì)骨料除了滿足普通混凝土細(xì)骨料的要求外，還應(yīng)當(dāng)因地制宜，選擇級配良好、含泥量≤2.0%的非堿活性細(xì)骨料。

2.1.4外摻劑

高強混凝土外摻劑宜使用活性摻和料，這些活性摻合料包括自身具有水硬性的礦渣和自身不具有水硬性、但經(jīng)磨細(xì)后與水泥等凝膠材料拌合在一起、加水后能在水中和空氣中硬化的粉煤灰。一定摻量的外摻劑可以達(dá)到降低水泥用量、節(jié)約成本的作用。

2.1.5外加劑

對于高強混凝土而言，在配制過程中宜加入一定劑量的高效減水劑。在冬季高強混凝土戶外澆筑施工時，混凝土宜按相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)加入一定劑量的防凍劑。

2.2配合比

(1)利用材料堆積最大密實度理論和雙摻技術(shù)配制低水化熱、低收縮徐變、抗裂性好的高強混凝土，研究不同粉煤灰、礦粉等外摻劑摻量和減水劑等外加劑的用量對PC連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強混凝土工作性能的影響；

(2)研究新拌混凝土的含水量、流變性能和勻質(zhì)性，根據(jù)其初始性能指標(biāo)與長期性能(如強度等)之間的相關(guān)性，預(yù)測高強混凝土材料的后期性能，保證PC連續(xù)剛構(gòu)橋主梁混凝土的施工質(zhì)量；

(3)合理設(shè)計配合比參數(shù)，盡量減小膠材及水泥用量，控制用水量，增加粗骨料用量，以提高高強混凝土的體積穩(wěn)定性、減小徐變，確保大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋整體結(jié)構(gòu)的安全；

(4)比較不同粉煤灰等外摻劑摻量、不同養(yǎng)護條件高強混凝土的水化熱、收縮、徐變與抗開裂敏感性，并考慮施工的方便性、經(jīng)濟性和易保證性，最終確定連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁混凝土的配制方案。

2.3施工工藝

2.3.1混凝土拌合

在混凝土澆筑施工過程中應(yīng)充分考慮混凝土的供給能力，保證澆筑工作的連續(xù)進行，防止應(yīng)混凝土供應(yīng)不足而中斷施工。在混凝土攪拌施工前，應(yīng)聘請有專業(yè)資質(zhì)的單位對攪拌設(shè)備進行標(biāo)定?；炷翑嚢枋┕と缬鲇晏欤瑧?yīng)當(dāng)實時測定粗細(xì)骨料中含水率的變化，并根據(jù)測定結(jié)果及時對用水量進行調(diào)整，以確保配合比準(zhǔn)確。

對于連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強混凝土的拌合，根據(jù)規(guī)范要求必須采用強制式拌合機進行拌合。在混凝土攪拌前，應(yīng)將攪拌設(shè)備加水運行5 min，洗凈設(shè)備中的雜物并濕潤攪拌機壁?；炷翑嚢韬煤笠M量全部卸出，卸出過程中嚴(yán)禁進料。

2.3.2混凝土運輸

對高強混凝土的運輸，宜優(yōu)先采用內(nèi)壁光滑平整、密封性良好的混凝土攪拌車運輸，運輸前應(yīng)先將內(nèi)壁清洗干凈。運輸過程中，應(yīng)防止混凝土發(fā)生離析、漏漿等現(xiàn)象。當(dāng)運輸過程中混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象時，應(yīng)在不加水的情況下對混凝土進行二次攪拌。盡量避免在炎熱夏季的烈日下運輸混凝土，否則會造成混凝土入模溫度過高，混凝土結(jié)構(gòu)水化熱溫度效應(yīng)難以控制。

2.3.3混凝土澆筑與振搗

對連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強混凝土的澆筑，應(yīng)注意防止混凝土澆筑自由傾落高度過大而造成混凝土離析。澆筑過程中應(yīng)密切關(guān)注是否存在模板等變形，如有變形應(yīng)立即處理。對于一次澆筑成型的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量縮短更換泵車等中斷澆筑的時間，合理安排組織施工。

對連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁高強混凝土的振搗，一般采用拆入式振搗棒振搗。振搗時間應(yīng)當(dāng)適中，過短和過長均會影響混凝土質(zhì)量。振搗順序要安排合理，同時盡量避免漏振。

2.3.4混凝土養(yǎng)護

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋廣泛用于山區(qū)高速公路中，橋位所處環(huán)境風(fēng)速一般較大，在混凝土澆筑完成后應(yīng)采取覆蓋防風(fēng)處理措施，以防止混凝土因失水過快而開裂。當(dāng)連續(xù)剛構(gòu)橋底板、腹板和橫隔板等部位尺寸接近大體積混凝土范疇(最小邊尺寸>0.8 m)[8]時，應(yīng)注意采取保溫養(yǎng)護措施，防止水化熱引起的內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

3水化熱問題淺析

隨著跨徑的不斷增大，大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的各截面尺寸不斷增大，零號塊底板、腹板、橫隔板等部位尺寸已接近或達(dá)到了大體積混凝土范疇；與此同時，所用混凝土的強度等級也在提高，水泥用量增多，水化熱問題也更加明顯。背景工程橋梁箱梁零號塊底板厚度達(dá)到了1.0 m。

通過在該橋底板中間位置和對應(yīng)底板表面位置沿縱橋向埋置3組溫度傳感器，測量其底板內(nèi)部溫度變化情況和表面溫度變化情況。

根據(jù)測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該連續(xù)剛構(gòu)橋零號塊底板中心最大溫度達(dá)到了78.5 ℃，略微超過了規(guī)范限值(70 ℃)。同時，該橋零號塊底板內(nèi)外溫差達(dá)28.4 ℃，也略微超過了規(guī)范限值(25 ℃)。雖然通過對該橋零號塊底板檢查并未發(fā)現(xiàn)可見裂縫，但施工過程中應(yīng)當(dāng)重視大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的主梁(特別是零號塊)的水化熱溫度效應(yīng)控制問題。

建議采取如下措施減少水化熱溫度效應(yīng)：

(1)在保證高強混凝土強度滿足要求的前提下盡量減少水泥用量，采用水化熱絕熱溫升較低的水泥；

(2)在混凝土運輸時，特別是在夏季，應(yīng)特別注意防曬，以控制混凝土入模溫度不宜過高；

(3)在混凝土澆筑時，可通過設(shè)置冷卻管通水降溫，在拌合過程中，可采用冰代替等量的水進行攪拌，以達(dá)到降溫效果；

(4)加強混凝土的養(yǎng)護，及時進行覆蓋抗風(fēng)和灑水保濕，內(nèi)外溫差不宜過大。

4結(jié)語

大跨PC連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中應(yīng)特別注重高強混凝土的質(zhì)量控制，具體可以從原材料優(yōu)選、配合比優(yōu)化、采用合理施工工藝等要點對高強混凝土質(zhì)量進行控制。此外，還應(yīng)該重視高強混凝土用于連續(xù)剛構(gòu)橋帶來的水化熱溫度過高的問題，采取合理措施保證內(nèi)部峰值溫度和內(nèi)外溫差來滿足規(guī)范相應(yīng)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]周軍生，樓莊鴻.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國公路學(xué)報，2000，13(1)：31-37.

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[7]JTG-2006，混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)[S].

[8]JTG/T F50-2004，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

摘要：隨著跨徑的不斷增大，連續(xù)剛構(gòu)橋所采用的混凝土強度也越來越高，其中，高強混凝土已被普遍用于大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的修建中。文章結(jié)合某一主跨145 m的三跨連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)高強混凝土(C55)的澆筑施工實例，從原材料控制、配合比優(yōu)化、施工工藝控制等三個方面，對連續(xù)剛構(gòu)橋主箱梁施工過程中的高強混凝土質(zhì)量控制要點進行了探討，并分析了高強混凝土澆筑過程中所產(chǎn)生的水化熱溫度過高對大跨連續(xù)剛構(gòu)橋大體積零號塊箱梁施工帶來的不利影響，闡述了實際施工過程中常用的高強混凝土水化熱控制措施，以期為連續(xù)剛構(gòu)橋中高強混凝土的設(shè)計及施工提供參考。

Discussions on High-strength Concrete Construction Quality Control Key-point of Continuous Rigid Frame Bridges

MEI Lian-jun

(Xinjiang Communications Construction Group Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830016)

Abstract：With the continuous increasing of span，and the concrete strength used in continuous rigid frame bridge is also increasing，wherein the high-strength concrete has been widely used in the con-struction of large-span continuous rigid frame bridge.Combining the pouring construction practices of three aspects of high-strength concrete(C55)at upper structure of a three-span continuous rigid frame bridge with the main span of 145m，this article discussed the high-strength concrete quality control key-points during the main box-girder construction of continuous rigid frame bridge from three aspects of raw material control，mixing ratio optimization and construction process control，and analyzed the ad-verse effects on bulky #0 block box-girder construction of large-span continuous rigid frame bridge by higher hydration heat temperature caused during high-strength concrete pouring，and described the high-strength concrete hydration heat control measures commonly used in actual construction process，hoping to provide the reference for high-strength concrete design and construction in continuous rigid frame bridges.

Keywords：Continuous rigid frame bridge；High-strength concrete；Quality control；Raw materials；Con-struction technology；Hydration heat

作者簡介

中圖分類號：U448.23

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.018

文章編號：1673-4874(2016)04-0064-04

收稿日期：2016-03-26

梅連軍(1979—)，工程師，研究方向：土木工程。