施力

（湖北交通工程檢測(cè)中心有限公司 湖北 武漢 430206）

1 工程概況

找龍壩河特大橋是位于銀川至北海高速公路建始（隴里）至恩施（羅針田）段的一座整體式橋梁，主橋中心樁號(hào)為 K88+899，起訖樁號(hào)：K88+692.800～K89+49.700，全長(zhǎng) 356.9m。橋軸線自北東往南西走向，方位角 195°。主橋?yàn)樯铣惺戒摴芑炷凉?，拱?225m，矢高 45m。大橋主拱圈斷面采用鋼管混凝土與鋼管組成，主跨鋼管 8 根內(nèi)直徑為 1m（圖1所示），主跨鋼管內(nèi)全部澆注 C50 自密實(shí)微膨脹混凝土，混凝土由兩段的底部同時(shí)不間斷灌入，靠混凝土的自重壓實(shí)。要求混凝土的坍落度≥245mm，擴(kuò)展度550～650mm，具有良好的流動(dòng)性。

2 原材料

2.1 水泥

所用水泥為恩施騰龍 P·O42.5 水泥，其物理性能及化學(xué)成分如表1、表2 所示。

表1 水泥物理性能

圖1 找龍壩河特大橋布置圖

表2 水泥化學(xué)成分 %

經(jīng)砂漿流動(dòng)度試驗(yàn)，擴(kuò)展度為 195mm，滿足 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定擴(kuò)展度不小于 180mm 的要求，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、早期強(qiáng)度均不高，凝結(jié)時(shí)間正常，細(xì)度等各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 細(xì)骨料

洞庭湖產(chǎn)河砂，性能指標(biāo)見表3。該河砂細(xì)度模數(shù)略偏小。并在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，對(duì)此需要根據(jù)情況進(jìn)行隨機(jī)調(diào)整配合比的砂率。

表3 河砂質(zhì)量指標(biāo)

2.3 粗骨料

因地制宜選擇恩施建始沉積石灰?guī)r碎石，有 4.75～9.5mm 和 9.5～26mm 兩種規(guī)格，性能指標(biāo)見表4。所用碎石針片狀含量、壓碎值等指標(biāo)均符合配制 C50 混凝土的要求。

表4 碎石質(zhì)量指標(biāo)

2.4 粉煤灰

粉煤灰是提升自密實(shí)混凝土流動(dòng)性的關(guān)鍵材料，本次自密實(shí)微膨脹混凝土選用的粉煤灰為武漢華電產(chǎn) F 類Ⅰ 級(jí)灰，性能指標(biāo)見表5。各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)符合Ⅰ級(jí)灰的GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 外加劑

中交武港院聚羧酸減水劑，檢測(cè)結(jié)果見表6。減水劑的關(guān)鍵指標(biāo)的檢測(cè)見表7。本次檢測(cè)外加劑的含氣量有點(diǎn)偏高，需要在大料（用于生產(chǎn)）中添加萬分之0.2的消泡劑，才能將混凝土的含氣量降到≤2.6%。

表5 粉煤灰質(zhì)量指標(biāo)

表6 減水劑初檢結(jié)果

由表7 可知，減水劑關(guān)鍵指標(biāo)檢測(cè)的結(jié)果均符合GB 8076—2008《混凝土外加水劑》標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.6 膨脹劑的選擇和試驗(yàn)

2.6.1 標(biāo)準(zhǔn)法檢測(cè)膨脹率

高強(qiáng)度自密實(shí)微膨脹混凝土：我們所說的高強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度達(dá) C50～C60 等級(jí)，那么同時(shí)具備高強(qiáng)度、自密實(shí)、微膨脹這三個(gè)條件才具備一個(gè)合格的“高強(qiáng)度自密實(shí)微膨脹”的混凝土。如何使高粘性、大流動(dòng)度的混凝土達(dá)到不出現(xiàn)收縮并具有微膨脹？通常膨脹劑有三類：硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣＋氧化鈣類、氧化鈣類，本次試驗(yàn)采取了標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定膨脹劑的膨脹率，選擇武漢2# 膨脹劑進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表8，和混凝土同配比砂漿測(cè)定膨脹劑不同摻量下的膨脹效果（裂瓶時(shí)間），詳見表9。

表7 減水劑關(guān)鍵指標(biāo)

表8 膨脹劑膨脹率要求及實(shí)測(cè)值

表9 試驗(yàn)分析：利用國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 23439—2017進(jìn)行混凝土同配比砂漿測(cè)定混凝土膨脹劑的膨脹性能快速模擬試驗(yàn)，是在膨脹劑高摻量（序號(hào) 1、2 與序號(hào)3、4 樣品的摻量分別為 13.6% 和 11.1%）的情況下驗(yàn)證膨脹劑是否有膨脹。而高摻量在混凝土中將會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度倒縮，所以快速法只能初步檢查膨脹劑的效果。

表9 標(biāo)準(zhǔn)法檢測(cè)膨脹性能試驗(yàn)結(jié)果

2.6.2 混凝土同配比砂漿檢測(cè)膨脹性能

（1）膨脹劑具有膨脹：利用 600mL 的啤酒瓶來盛裝摻膨脹劑的混凝土同配比砂漿，如果瓶子裂開，說明具有膨脹。

（2）混凝土配比中膠凝材料與外加劑的匹配性，有粘性、不扒底、氣泡少，砂漿狀況良好。

（3）裂瓶時(shí)間：裂瓶時(shí)間過短膨脹反應(yīng)過早，混凝土的流動(dòng)性損失大，不利于施工；裂瓶時(shí)間過長(zhǎng)，此時(shí)的膨脹難以補(bǔ)償收縮，通過試驗(yàn)選擇膨脹劑的合適摻量范圍，詳見表10。

表10 混凝土同比砂漿檢測(cè)膨脹性能試驗(yàn)結(jié)果

表10 試驗(yàn)分析：序號(hào) 4、7 砂漿的狀況最佳其摻量為 8.8%，裂瓶時(shí)間最短，后續(xù)將對(duì)膨脹劑每方摻量55kg 摻比 11% 和 45kg 摻比 8.8% 分別進(jìn)行混凝土工作性，混凝土強(qiáng)度和限制膨脹條件下的強(qiáng)度模擬試驗(yàn)。

膨脹劑的效應(yīng)對(duì)比分析：武漢、新邦膨脹劑的膨脹率兩者均無明顯的差異，通過表9、表10 試驗(yàn)進(jìn)行選擇膨脹時(shí)間適中（裂瓶時(shí)間 90～120h）、砂漿工作性最佳的進(jìn)行膨脹劑上檔和下檔摻量的混凝土試配，遴選膨脹劑的最佳摻量。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 砂率選擇

根據(jù)河砂的細(xì)度模數(shù) 2.3～3.0，擬定三個(gè)對(duì)應(yīng)細(xì)度模數(shù)區(qū)間的砂率：細(xì)度模數(shù) 2.3～2.5 的砂率 39%，2.6～2.7 的砂率 41%，2.8～3.0 的砂率 43%。

3.2 配合比試驗(yàn)及施工模擬驗(yàn)證

見表11。

3.3 膨脹劑摻量小結(jié)

表11 試驗(yàn)配合比及性能結(jié)果

由表11 結(jié)果得出，配合比 1# 和 2#，雖然混凝土的流動(dòng)性很好，但抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮和抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)小。因此剔除這兩個(gè)配比。

3.4 配合比超長(zhǎng)初凝時(shí)間對(duì)強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響

通常自密實(shí)混凝土的初凝時(shí)間在 5～8 小時(shí)，其 7天強(qiáng)度均可達(dá)到試配強(qiáng)度的 90%，本次最初設(shè)計(jì)混凝土的初凝時(shí)間為 5～8 小時(shí)，應(yīng)施工的需求進(jìn)行過兩次初凝時(shí)間的修改，即 8～15 小時(shí)和 18～23 小時(shí)兩次。

3.4.1 初凝 8～15 小時(shí)的調(diào)整

自密實(shí)混凝土對(duì)于流動(dòng)性有著比較高的要求，而且對(duì)于含氣量也有較為嚴(yán)格的要求，通過“先引后消”即消泡劑和引氣劑相應(yīng)比例雙摻，達(dá)到低含氣量的情況下高流動(dòng)性的效果。

針對(duì)此次施工工藝的特殊性，初凝時(shí)間要大于 15小時(shí)的情況，緩凝劑的摻配比例，混凝土初凝時(shí)間達(dá)到15 小時(shí)，但 7 天抗壓強(qiáng)度不到 40%，14 天后抗壓強(qiáng)度才達(dá)到 90%。因此需要對(duì)配比中增加硅酸鹽的比例，適當(dāng)加速水化反應(yīng)。

3.4.2 初凝時(shí)間≥23 小時(shí)配合比參數(shù)的確定

（1）膨脹劑的摻量：使用騰龍 P·O42.5 水泥膨脹劑的摻量≤9%（外摻法，占膠材質(zhì)量的百分比）為最佳摻量，見表12。

（2）水膠比：最佳水膠比為0.3；同時(shí)外加劑的摻量超過 1.6% 是應(yīng)進(jìn)行外加劑含水量的抵扣。

（3）粗骨料碎石采取小石加中石配合：中石粒徑≤20mm，此時(shí)小石+中石=20%+80%；中石粒徑≤25mm，此時(shí)小石+中石=30%+70%。同時(shí)碎石的壓碎值應(yīng)≤20。

（4）細(xì)骨料河砂及砂率：配比擬定洞庭湖砂。當(dāng)2.3≤細(xì)度模數(shù)M≤2.6 時(shí)配比砂率取 39%；當(dāng) 2.6＜細(xì)度模數(shù) M≤2.9 時(shí)配比砂率取 41%；當(dāng)2.9＜細(xì)度模數(shù)M≤3.3 時(shí)配比砂率取 43%。

（5）混凝土的含氣量：含氣量≤2.5%。

（6）混凝土的工作性參數(shù)：初始坍落度≥245mm，擴(kuò)展度≥600mm，4 小時(shí)擴(kuò)展度保持550mm。

（7）混凝土強(qiáng)度：7 天同條件試件強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的 80%～90%（42～46 MPa）；7 天標(biāo)養(yǎng)試件強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的 85%～95%（43.7～49MPa），28 天強(qiáng)度≥試配強(qiáng)度，標(biāo)養(yǎng)試件59～62MPa。

表12 最終配合比及強(qiáng)度

4 混凝土生產(chǎn)過程的控制和施工要求

（1）實(shí)際混凝土的初凝時(shí)間≥23 小時(shí)。

（2）混凝土的工作性能滿足初始坍落度 260mm，擴(kuò)展度 630mm；混凝土不泌水、表面不能出現(xiàn)明顯的浮漿。

1）6 小時(shí)坍落度損失＜4%（250mm）、擴(kuò)展度損失＜12.6 %。

2）8 小時(shí)坍落度＜6%（245mm），擴(kuò)展度損失＜14.3%（540mm）。

（3）混凝土的容重和含氣量實(shí)測(cè)與設(shè)計(jì)相符：設(shè)計(jì)容重 2458kg/m3、實(shí)測(cè)容重 2410kg/m3；符合含氣量小于或等于 2.5% 的要求。

（4）環(huán)境溫度為0℃ 及0℃ 以下時(shí)應(yīng)避免施工。

1）本自密實(shí)混凝土應(yīng)連續(xù)施工的要求，混凝土的初凝時(shí)間設(shè)計(jì)為 18～23 小時(shí)，因此，混凝土在初凝時(shí)間內(nèi)是不具備抗凍能力。

2）環(huán)境氣溫0～-2℃，對(duì)未初凝的混凝土足以構(gòu)成凍害。

3）由于找龍壩大橋自密實(shí)混凝土沒有任何保溫、防凍措施，在環(huán)境溫度≤0℃ 時(shí)，初凝時(shí)間內(nèi)和初凝后3～6小時(shí)凍融臨界強(qiáng)度≤fcu,k的 40% 不具抗凍能力。

（5）環(huán)境溫度為 1℃ 以上、5℃ 以下時(shí)的施工措施。

為避免冬季施工混凝土早期受凍害，宜采取下列措施，確?；炷涟韬衔锏某鰴C(jī)溫度不宜低于 10℃，入模溫度不應(yīng)低于 5℃。若施工現(xiàn)場(chǎng)所處的環(huán)境溫度在1℃ 以上、5℃ 以下，故混凝土的出機(jī)溫度應(yīng)＞15℃，混凝土入模溫度＞10℃。

1）混凝土用砂、石料應(yīng)集中備料，并采取有效的防雨、防雪及保溫措施。不可露天存放。

2）散裝水泥應(yīng)使用有一定溫度的新鮮水泥；外加劑罐置于暖棚內(nèi)采用棉被包裹保溫，并采取防凍措施。

3）當(dāng)原材料原有溫度不能滿足混凝土拌合物的出機(jī)溫度不低于 15℃ 要求時(shí)，可首先考慮對(duì)拌合用水進(jìn)行加熱，其拌合水加熱的具體溫度應(yīng)以水泥、砂、石等原材料實(shí)測(cè)溫度為基礎(chǔ)，根據(jù)冬季施工熱工計(jì)算計(jì)算公式計(jì)算的結(jié)果為準(zhǔn)。

4）混凝土攪拌前，可先采用熱水或蒸汽沖洗攪拌機(jī)，且混凝土的攪拌時(shí)間應(yīng)較常溫施工延長(zhǎng) 50% 左右（攪拌時(shí)間不少于 200s）。當(dāng)拌合水溫不超過 45℃時(shí)，原材料投料順序可不講究。當(dāng)拌合水溫超過 45℃時(shí)，應(yīng)先投入集料和已加熱的水，稍加攪拌后再投入水泥、摻合料、外加劑，水泥嚴(yán)禁與 60℃ 以上的熱水直接接觸，避免假凝。

5）混凝土澆筑停留時(shí)間的控制：為了保證混凝土入模溫度≥10℃，前場(chǎng)（施工現(xiàn)場(chǎng)）與后場(chǎng)（拌合站）保持聯(lián)系暢通：前、后場(chǎng)配備溫度測(cè)試儀并有專人進(jìn)行溫度檢測(cè)，避免澆筑現(xiàn)場(chǎng)混凝土停留超長(zhǎng)，停留時(shí)間不得超過 1 小時(shí)或根據(jù)實(shí)際混凝土的溫度進(jìn)行控制。

5 效果

（1）混凝土的初凝時(shí)間＞20 小時(shí)或≥22 小時(shí)。

（2）混凝土的初始坍落度≥245mm、擴(kuò)展度≥600mm；6 小時(shí)坍落度損失＜5%、擴(kuò)展度＜5%；8小時(shí)坍落度＜10、擴(kuò)展度≥10%。

（3）混凝土的強(qiáng)度需滿足原設(shè)計(jì)要求：7 天同條件試件 45.2～48.2MPa；7 天標(biāo)養(yǎng)試件 43.0～46MPa ；28 天標(biāo)養(yǎng)試件 59～62MPa。