（四川川交道橋試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司， 四川 廣漢 618300）

在路橋工程施工中，依然面臨著十分嚴(yán)峻的問題，尤其是在西南地區(qū)等地質(zhì)、氣候環(huán)境極為惡劣的外部環(huán)境下施工，混凝土耐久性會(huì)受諸多不可控因素影響，不僅使工程設(shè)計(jì)難度大大增加，也對(duì)路橋工程運(yùn)營(yíng)周期也造成了巨大挑戰(zhàn)[1]。本文結(jié)合工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)相關(guān)要點(diǎn)展開論述。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 配制強(qiáng)度計(jì)算

在對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土配制強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可參照以下公式[2]：

fcu,o=fcu,k+t·σ

式中：

① fcu,o—橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土配制強(qiáng)度(MPa)；

② fcu,k—橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度(MPa)；

③ t—概率度系數(shù)；

④ σ—橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(MPa）。

在一般情況下施工，橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土強(qiáng)度等級(jí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差如下：

① 當(dāng)水泥混凝土強(qiáng)度＜20MPa時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差=4.0MPa；

② 當(dāng)水泥混凝土強(qiáng)度在20-35Pa之間時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差=5.0MPa；

③ 當(dāng)水泥混凝土強(qiáng)度在35Pa以上時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差=6.0MPa。

按照我國(guó)現(xiàn)行《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55－2011），高強(qiáng)度混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

(1)應(yīng)選擇普通硅酸鹽水泥；

(2)粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配，其泥塊含量應(yīng)≤0%、針片狀顆粒含量應(yīng)≤5%，含泥量應(yīng)≤0.5%；

(3)細(xì)骨料含泥量應(yīng)≤2.0%、泥塊含量應(yīng)≤0.5%，細(xì)度模數(shù)應(yīng)保持在 2.3～3.0之間；

(4)采用高性能減水劑，宜≥25%(減水率)；

(5)宜采用≥Ⅱ級(jí)的粉煤灰，同時(shí)復(fù)合摻用硅灰、粉煤灰和?；郀t礦渣粉等礦物摻合料；若混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C80以上，則應(yīng)摻用硅灰。

其中，粉煤灰有三種等級(jí)，其化學(xué)成分主要包括：

表1 粉煤灰主要化學(xué)成分

上述指標(biāo)值會(huì)影響混凝土的和易性，強(qiáng)度值及熱血性能，抗碳化性能和抗?jié)B性。

（1）在施工中，使用粉煤灰代替部分細(xì)骨料或水泥，可防止混凝土離析；

（2）若不斷增加粉煤灰摻量，則會(huì)降低高性能混凝土的強(qiáng)度值；

（3）若在拌合混凝土過程中，加入適量粉煤灰，可降低膠凝材料水化熱，以防混凝土開裂；

（4）常溫下粉煤灰化學(xué)反應(yīng)慢，其在一定程度上可改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)；

（5）粉煤灰代替部分細(xì)骨料后，可減少用水量，降低混凝土的水灰比。

“減水劑”作為當(dāng)前混凝土外加劑中應(yīng)用最廣、品種最多的一種，其包括普通、高效引氣、緩凝和早強(qiáng)減水劑幾種。而減水劑的主要化學(xué)成分為糖鈣、木質(zhì)素磺酸鹽系、水溶性樹脂磺酸鹽系和多環(huán)芳香族磺酸鹽系。以上幾種減水劑雖然成分不同，但其作用機(jī)理相似，當(dāng)表面活性劑加入水溶液中后，其分子中的親水基團(tuán)可指向溶液并作定向排列，以此形成定向吸附膜，減小二相間的界面張力，從而可顯著改善水泥的和易性，同時(shí)也可增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性性。

1.2 水灰比

橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土強(qiáng)度與水灰比有密切關(guān)系。若水泥漿過稠，水灰比太小，則會(huì)使集料與膠凝材料無法充分、均勻在骨料顆粒表面裹覆，由此會(huì)降低水泥混凝土強(qiáng)度。若在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土水灰比太大，則會(huì)導(dǎo)致水泥漿過薄，從而會(huì)使水泥漿從粗骨料顆粒表面滑落，由此會(huì)降低水泥混凝土強(qiáng)度。

若橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土的水泥漿流動(dòng)性太大，則會(huì)使?jié){體從水泥混凝土結(jié)構(gòu)上部流失，然后全部淤積至下部，最終會(huì)降低整個(gè)橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土的強(qiáng)度。

因此，在橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土配制時(shí)，要對(duì)水灰比進(jìn)行控制，不宜＞0.5，以提高整個(gè)水泥混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)性，增強(qiáng)其可塑性與抗壓能力。

1.3 單位用水量與水泥用量

確定橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土的水灰比后，要合理確定單位用水量。這一指標(biāo)決定了水泥混凝土中水泥漿的數(shù)量及集料與水泥漿的質(zhì)量比例關(guān)系。在實(shí)際確定過程中，要結(jié)合粗集料的坍塌度及最大粒徑、品種等因素進(jìn)行分析?；谕饧觿┑臏p水率計(jì)算確定橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土的單位用水量。

若采用的配合物為粗砂或細(xì)砂，則可適當(dāng)減少或增加用水量。一般保持在5-10kg之間為宜。若是在較為寒冷的區(qū)域施工，水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)的單位水泥用量(mC0)應(yīng)按公式mc0=mw0/W/C≤410kg／m3計(jì)算[3]。

1.4 砂率確定

為了提高橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土的力學(xué)性能，需在配制水泥混凝土過程中，加入適量砂，以保證集料能夠被膠凝材料全面包裹。在確定砂率時(shí)，一般需綜合考慮粗集料級(jí)配、最大粒徑及混凝土澆筑方式、水灰比等因素。

1.5 確定其它參數(shù)指標(biāo)

結(jié)合橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度確定單位水泥、用水量及砂率和水灰比后，還要以體積為單位，通過密度換算，對(duì)混凝土中每種材料的具體用量進(jìn)行計(jì)算，以此對(duì)混合物配合比精度進(jìn)行嚴(yán)格控制，提高水泥混凝土結(jié)構(gòu)性能。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)得到的初步配合比參數(shù)，對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土進(jìn)行初步配合試驗(yàn)。試配滿足要求后，根據(jù)基準(zhǔn)配合比對(duì)橋涵結(jié)構(gòu)物標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行制作，以采用三種不同的水灰比驗(yàn)證其強(qiáng)度性能。

2 案例工程橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土性能優(yōu)化分析

2.1 工程實(shí)例概述

本工程為某大橋工程項(xiàng)目，路線全長(zhǎng) 1km，大橋起點(diǎn)與終點(diǎn)樁號(hào)分別為 K0+ 000和 K1+080.707。此橋梁上部與下部結(jié)構(gòu)分別為裝配式預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁和柱式臺(tái)，橋梁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋梁樁基混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C30。該區(qū)域地處地殼活躍地區(qū)，氣候異常，降水多，冬季寒冷，夏季炎熱，極端天氣較多。施工時(shí)，墩身結(jié)構(gòu)較大，受自然環(huán)境影響嚴(yán)重。

2.2 橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土性能優(yōu)化

為了提高水泥混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免由于溫差過大導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生裂縫，施工前對(duì)水泥混凝土配合比進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)?，F(xiàn)將施工時(shí)水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

(1) 該橋梁在施工時(shí)，采用的水泥、水、石料、砂分別為42.5普通硅酸鹽水泥，當(dāng)?shù)胤巷嬘盟畼?biāo)準(zhǔn)的自來水，材料質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石(5-20mm)；砂的細(xì)度模數(shù)為2.83，減水劑為緩凝型FDN高效減水劑。

(2) 在對(duì)該橋梁的橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，嚴(yán)格參照公式

fcu,o=fcu,k+t·σ進(jìn)行計(jì)算，即fcu,o==(30+1.645·5 ) = 38.2M Pa。

(3) 水灰比確定：通過多次試拌調(diào)整，增減0.04，最終得到0.388、0.346、0．308三種不同的水灰比。

(4) 水泥混凝土用水量確定：

嚴(yán)格按照我國(guó)現(xiàn)行《普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011)將水泥混凝土用水量控制在152-161kg/m3之間。

(5) 砂率嚴(yán)格控制在38%-45%之間。

(6) 其它各種原材料用量控制標(biāo)準(zhǔn)：

① 水泥、砂及碎石表觀密度分別為3100kg/m3、2650kg/m3，2710 kg/m3。

② 對(duì)幾種配合比優(yōu)化后選定的水泥混凝土配合比強(qiáng)度、含氣量檢測(cè)結(jié)果如下：

抗壓強(qiáng)度：7d（36.2MPa）、28d(44.8MPa),含氣量：5.1

經(jīng)優(yōu)化，本工程最終選定的砂率與水灰比分別為43%和0.37。結(jié)果表明，該橋梁橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土配合比強(qiáng)度、含氣量與抗凍性等指標(biāo)均滿足我國(guó)現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG TF50-2011)規(guī)范要求。經(jīng)連續(xù)兩年多運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證，結(jié)果證明，該橋梁水泥混凝土結(jié)構(gòu)抗凍、防裂及耐腐蝕性較強(qiáng)，取得了良好的施工效果。

結(jié)束語

橋涵結(jié)構(gòu)施工時(shí)需采用高性能水泥混凝土進(jìn)行作業(yè)，在配合水泥混凝土材料時(shí)，需考慮其耐久性、經(jīng)濟(jì)性及施工強(qiáng)度等因素，按相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及公式，確定水泥混凝土配置強(qiáng)度、水灰比及單位用水量、水泥用量、砂率等，以提高橋涵結(jié)構(gòu)物水泥混凝土性能，減少施工病害。

[1]雷博.橋梁伸縮縫 C50鋼纖維混凝土配合比計(jì)算[J].住宅與房地產(chǎn),2015,No.404 19:164.

[2]肖笛.公路橋涵高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2017,No.605 15:81.

[3]劉春軍.橋涵鋼筋水泥混凝土澆筑施工質(zhì)量影響因素[J].交通世界(建養(yǎng).機(jī)械),2013,No.295 07:218-219.