耿加會，徐曉山，毛孝毅，董欣偉，周守慧

（1. 舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；2. 漯河信運監(jiān)理咨詢有限公司，河南 漯河462000；3. 中鐵八局第七工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610300；4. 漯河市昊源新材料有限公司，河南 漯河 462000）

隨著環(huán)保力度的逐漸加大，相關(guān)部門對天然河砂的開采限制也越來越嚴格，造成天然河砂供應(yīng)不足且質(zhì)量越來越不穩(wěn)定。目前。越來越多的機制砂混凝土被應(yīng)用到混凝土工程中，在充分了解機制砂性能的基礎(chǔ)上，配制滿足工程需要的機制砂混凝土是混凝土公司的要求也是技術(shù)人員追求的目標(biāo)。依據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》和 JTG/TF 50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，C50 混凝土箱梁與普通機制砂混凝土相比，具有：（1）較高的早期強度，為滿足 7d 張拉要求，混凝土強度不低于設(shè)計強度等級的 90%；（2）混凝土坍落度 180～220mm，1h 坍落度經(jīng)時損失不宜大于30mm；（3）混凝土入模含氣量 2.0%～4.0%；（4）混凝土膠凝材料用量不宜大于 500kg/m3，礦物摻合料摻量不宜＜25%。本文結(jié)合工程實踐情況，對使用機制砂配制、生產(chǎn) C50 箱梁混凝土進行探討，以供行業(yè)同仁參考。

1 工程概況

漯河市新西環(huán)項目全長 20.99km，跨越沙河、澧河、唐河、寧洛高速和漯舞鐵路共無座橋梁，本工程共有裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁 965 片，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板 120 片。橋梁左右分幅，單幅橋面寬 16m，單幅設(shè)置 5 片小箱梁（12 片空心板）。梁場設(shè) 35 個制梁臺座，月生產(chǎn)能力 90 片/月。設(shè) 15 個存梁臺座，最大存梁能力 140 片。

2 原材料

2.1 水泥

水泥性能對混凝土性能具有重要影響。本工程選用南陽中聯(lián) P·O42.5 水泥，3d 水泥膠砂強度 30MPa 左右，28d 水泥膠砂強度 52MPa 左右。該水泥質(zhì)量穩(wěn)定性較好，且與外加劑適應(yīng)性良好，便于混凝土工作性的控制。

2.2 粉煤灰

粉煤灰選用姚孟電廠Ⅰ級粉煤灰，細度為 8%，需水量比為 94%，28d 活性指數(shù) 79%。粉煤灰中含有大量玻璃體微珠在混凝土中起到滾珠作用，增加混凝土流動性。粉煤灰主要利用水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣進行二次水化提高混凝土后期強度，實踐證明，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土強度出現(xiàn)不同程度的降低。C50 預(yù)應(yīng)力混凝土 7d 張拉要求，混凝土強度不宜低于 90%，因此應(yīng)控制粉煤灰摻量不超過 25%。結(jié)合本地水泥等原材料質(zhì)量情況，本工程粉煤灰摻量選用 15%。

2.3 外加劑

C50 混凝土的強度要求高造成膠凝材料用量大，水膠比偏低，混凝土拌合物比較粘稠，為改善混凝土的工作性能，降低用水量，宜選用高性能減水劑。本工程選用漯河昊源新材料有限公司的聚羧酸減水劑，固含量15%，摻量 2.0%，減水率 30%，滿足混凝土配合比設(shè)計要求。結(jié)合工程實際對外加劑提出以下要求：（1）調(diào)整外加劑配方，使外加劑與混凝土原材料具有良好的相容性，且質(zhì)量穩(wěn)定；（2）根據(jù)環(huán)境溫度變化，及時調(diào)整外加劑配方，使混凝土凝結(jié)時間滿足施工要求，減少混凝土拌合物坍落度經(jīng)時損失；（3）采用“先消，后引”技術(shù)，改善混凝土氣泡大小，改善混凝土梁外觀質(zhì)量。

2.4 粗骨料

配制 C50 以上混凝土選擇粗骨料十分重要，粗骨料的強度、級配粒形以及泥土等有害物質(zhì)含量對混凝土強度都產(chǎn)生影響，質(zhì)地堅硬、級配和粒形良好的骨料才能配制出高強度的混凝土。粗骨料對強度等級大于 C50的混凝土強度影響主要集中在骨料自身強度、水泥石強度以及水泥石與骨料之間的粘結(jié)強度。對于質(zhì)地堅硬的粗骨料配制的高強混凝土，其混凝土強度的薄弱環(huán)節(jié)主要集中在水泥石與骨料的粘結(jié)面，因此，選用表面粗糙、粒形適中的碎石更利于提高混凝土抗壓強度。C50以上強度的混凝土膠凝材料用量偏多，漿體富余，選用小粒徑的粗骨料更容易提高水泥與粗骨料的粘結(jié)面積，增加粘結(jié)力，克服粒徑較大帶來的缺陷，改善混凝土勻質(zhì)性。粗骨料的級配和粒形是骨料的重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響粗骨料的空隙率，進而影響混凝土的工作性。本工程選用連續(xù)級配的舞鋼碎石，其粒徑 5～20mm，壓碎值小于 10%，針片狀含量不超過 8%，空隙率 41%。

2.5 細骨料

配制 C50 混凝土重點控制機制砂細度模數(shù)、石粉含量，以獲得滿意的混凝土工作性及強度。機制砂的細度模數(shù)不宜過小，當(dāng)細度模數(shù)小于 2.3 時，機制砂中細顆粒含量過多，配制的混凝土粘稠，吸附外加劑較多，且細顆粒過多對混凝土的體積穩(wěn)定性不利。相反機制砂的細度模數(shù)超過 3.2，機制砂中粗顆粒偏多，需要提高砂率來改善混凝土的工作性，較高的砂率使?jié){體填充骨料間的空隙后包裹骨料顆粒表面的漿體變薄，使混凝土拌合物有離析、泌水的趨勢。選擇細度模數(shù)為 2.6～2.8 的機制砂，既可以有足夠的粗顆粒形成骨架結(jié)構(gòu)減少混凝土后期收縮，有具有足夠的細顆粒填充骨料間空隙，提高混凝土密實度。試驗表明：機制砂的細度模數(shù)對 C50混凝土早期強度（3d、7d）影響較小，28d 后的強度則隨著細度模數(shù)的增加先變大后降低，存在一個最佳細度模數(shù)區(qū)間。

機制砂中粒徑小于 0.0075mm 的石粉顆?？梢蕴畛涞焦橇峡障吨?，降低其空隙率，改善機制砂表面粗糙、多棱角顆粒間摩擦力大的缺點。適量的石粉可以增加混凝土拌合物中的漿體量，改善混凝土工作性，但 C50混凝土的膠凝材料用量大，過多的石粉容易造成混凝土拌合物粘稠，且不利于混凝土的硬化后體積穩(wěn)定性。因此本工程選用細度模數(shù) 2.6～2.8，石粉含量不超過10%，且質(zhì)地堅硬的機制砂。

2.6 水

地下水。

3 C50 混凝土配合比設(shè)計及試驗

3.1 確立 C50 混凝土試驗配合比

C50 箱梁混凝土配合比設(shè)計是混凝土試驗、生產(chǎn)、澆筑及后期耐久性的前提，結(jié)合生產(chǎn)實際及工程特點做好混凝土配合比設(shè)計。箱梁要求 7d 張拉，應(yīng)控制 7d混凝土強度不低于 90%，28d 混凝土抗壓強度不低于60MPa，以此為混凝土配制強度的依據(jù)。水膠比是混凝土強度的主要影響因素，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗及 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》確立基準(zhǔn)水膠比為0.34，粉煤灰摻量為 15%。在 C50 混凝土配合比中應(yīng)控制膠凝材料用量不高于 500kg/m3，在滿足混凝土工作性的前提下降低用水量，依據(jù)經(jīng)驗結(jié)合機制砂的特點初步設(shè)定基本用水量 170kg/m3，外加劑摻量為 2.0%。外加劑的固含量為 15%，則 10kg/m3中含有水 8.5kg/m3，該水應(yīng)在配合比中扣除，則用水量約為 162kg/m3。根據(jù)實踐經(jīng)驗砂率取 38%，假定 C50 混凝土容重 2450kg/m3，綜上可得基本試驗配合比如表1。

表1 C50 試驗基本配合比 kg/m3

3.2 C50 混凝土配合比試驗

水膠比的大小對混凝土的強度和耐久性具有重要影響。根據(jù)前文確定的水膠比 0.34，為保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性，在配合比試驗過程中，采用砂率、膠凝材料用量以及外加劑用量不變，水膠比從 0.30 以 0.02 逐步增大至 0.38。從試驗結(jié)果來看，坍落度隨著水膠比的增加而增大，隨水膠比的降低而降低，雖然在各個水膠比下試驗通過微調(diào)外加劑用量都可以獲得滿意的工作性，但混凝土強度在水膠比低于 0.32 時明顯偏高，水膠比高于 0.36 時，混凝土強度不能滿足 C50 混凝土 7d 張拉要求（如表2）。因此，在水膠比 0.32～0.36 的范圍內(nèi)可以獲得滿意的工作性和強度，水膠比取 0.34，也便于混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制。

表2 不同水膠比下的混凝土強度值

試驗確定砂率時，采用膠凝材料用量、水膠比及外加劑摻量不變，砂率從 36% 依次增加 2% 至 42%，通過試驗發(fā)現(xiàn)，C50 混凝土坍落度隨著砂率的增加呈現(xiàn)先增加后降低的現(xiàn)象，且砂率為 38% 時達到最大值。因此，砂率在 36%～42% 之間變化時，存在一個最佳砂率（為 38%），在最佳砂率情況下既有利于混凝土流動性的提高，也可以使混凝土粘聚性良好。

C50 箱梁不同于其他普通混凝土，有些因素對強度等級 C40 以下的混凝土性能影響不大，但對 C50 及C50 以上混凝土的性能卻有顯著的影響。在確定水膠比0.34，砂率 38% 的基礎(chǔ)上，為保證一些不確定因素對混凝土工作性及強度產(chǎn)生不利影響，再進行 5～10 次的重復(fù)試驗，檢測其平均強度值不應(yīng)低于配制的強度值，且觀察混凝土拌合物工作性的穩(wěn)定性。每次混凝土試驗均應(yīng)認真測試混凝土工作性和強度，并測試實際容重，當(dāng)混凝土拌合物實測容重與假定之差的絕對值不超過假定容重的 2% 時，可不調(diào)整。通過試驗，所設(shè)計的配合比假定容重與實測容重的差值在允許范圍之內(nèi)，不作調(diào)整。

4 混凝土生產(chǎn)、澆筑及后期養(yǎng)護質(zhì)量控制

4.1 混凝土生產(chǎn)

C50 混凝土的質(zhì)量要求高于普通混凝土，在生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴格控制各環(huán)節(jié)，具體做到以下幾點：

（1）生產(chǎn)過程中，增加砂石含水率檢測頻率，控制混凝土生產(chǎn)用水量，通過試驗發(fā)現(xiàn)水膠比波動±0.02，混凝土質(zhì)量基本在可控范圍內(nèi)。

（2）每月定時校檢混凝土生產(chǎn)計量系統(tǒng)，控制生產(chǎn)實際重量與電腦采集數(shù)據(jù)的吻合度。

（3）檢測外加劑與水泥等原材料的相容性，根據(jù)需要及時調(diào)整外加劑復(fù)配配方或調(diào)整其用量，確?；炷涟韬衔锕ぷ餍?。

（4）混凝土生產(chǎn)過程中，較普通混凝土生產(chǎn)適當(dāng)延長攪拌時間，確?；炷涟韬衔飻嚢杈鶆颉?/p>

（5）混凝土公司調(diào)度員應(yīng)時刻保持與工地聯(lián)系，掌握施工現(xiàn)場混凝土的澆筑情況，根據(jù)施工速度合理調(diào)度車輛，確保施工現(xiàn)場不積車、不斷料。

4.2 C50 箱梁施工

C50 箱梁質(zhì)量要求嚴格，為保證混凝土工程質(zhì)量，在施工工程中需做好以下工作：

（1）混凝土運至施工現(xiàn)場應(yīng)及時檢測、澆筑，避免因等待時間過長，造成混凝土工作性降低，不便于施工。

（2）箱梁澆筑時，先澆筑底板，從低到高、整體分層分段澆筑，然后再澆筑頂板和肋板。

（3）箱梁混凝土振搗采用插入式振搗棒和平板振動器振動，底板采用插入式振搗棒，局部可采用木槌敲打。平板振動器安裝位置統(tǒng)一，且功率相同，統(tǒng)一開啟振動，振動時間控制在 15～25s。使用振搗棒進行插入式振搗時，應(yīng)插入混凝土深度 50～100mm 之間和模板距離不少于 50mm，防止破壞模板，振動棒移動距離為振搗棒作用半徑的 1.5 倍，即不大于 45～60cm。

（4）混凝土澆筑振搗完畢，頂板拉毛后及時進行覆蓋保濕，梁拆模后應(yīng)及時進行不間的斷噴淋保濕，且不低于 7d，養(yǎng)護水溫與混凝土表面溫差不得大于15℃。圖1 為現(xiàn)場養(yǎng)護照片。

圖1 養(yǎng)護

5 箱梁容易出現(xiàn)的問題及預(yù)防措施

5.1 箱梁表面色差問題

箱梁在澆筑、振搗、養(yǎng)護過程中，容易出現(xiàn)色差問題，色差雖然對安全影響不大，但影響梁外觀美感。只要施工過程中加以預(yù)防還是可以避免的，針對色差形成的原因，筆者認為可以從以下幾個方面加以預(yù)防：

（1）發(fā)現(xiàn)露天堆放的模板表面出現(xiàn)銹斑時，應(yīng)采用鋼絲刷進行除銹并清除表面銹粉，如果不清理或清理后未清理表面銹粉，容易導(dǎo)致靠近銹斑位置的混凝土表面發(fā)黃。

（2）涂刷脫模劑時應(yīng)使用滾刷對模板進行均勻涂抹，保證表面有光感（如圖2），并及時澆筑混凝土，防止模板污染影響混凝土外觀質(zhì)量。如遇到特殊天氣不能及時澆筑，應(yīng)對模板進行覆蓋，防止模板污染。

圖2 模板涂脫模劑后的表面

（3）采用吊罐澆筑混凝土?xí)r，因下料時開口較大，下料口高度過高，導(dǎo)致混凝土散落在箱梁翼緣板模板上而早凝，會使翼緣板表面混凝土表面出現(xiàn)白斑。

（4）控制混凝土拌合物坍落度穩(wěn)定，防止泌水、離析引起箱梁澆筑后產(chǎn)生的色差。

（5）避免混凝土供應(yīng)中斷，混凝土澆筑間隔時間過長，箱梁表面出現(xiàn)色差。

在生產(chǎn)過程中通過上述措施，澆筑的混凝土箱梁表面顏色均勻一致，無較大色差出現(xiàn)（如圖3）。

圖3 混凝土箱梁表面顏色均勻

5.2 箱梁表面氣泡、氣孔預(yù)防

箱梁側(cè)面面積較大，施工過程中如稍不注意，有可能出現(xiàn)氣泡，有時氣泡直徑 1～4mm，深度 1～3mm，氣泡較多時每平方米氣泡面積超過 35～50cm2。

（1）嚴格控制混凝土坍落度，按照設(shè)計坍落度要求滿足 180～220mm。

（2）控制粗骨料質(zhì)量，尤其控制石子中針片狀含量，防止超標(biāo)，嚴格控制其含量低于 8%，防止針片狀過量造成粗骨料局部堆積。

（3）箱梁腹板澆筑過程中采用分層澆筑，平板振動器配合振動棒振搗，避免單層澆筑厚度超過500mm，防止?jié)仓^厚不利于氣泡排除。

在生產(chǎn)實踐中反復(fù)試驗，箱梁表面基本無較大氣孔，箱梁表面質(zhì)量較好（如圖4）。

圖4 箱梁表面無大氣孔

5.3 箱梁的腹板存在水波紋

預(yù)防箱梁腹板出現(xiàn)水紋，重點是避免混凝土離析、泌水。造成混凝土離析泌水主要有三方面的原因：

（1）砂石含水率變大，生產(chǎn)操作人員調(diào)整不及時，混凝土出現(xiàn)離析、泌水。

（2）混凝土攪拌時間短，拌合物存在局部攪拌不均，外加劑效能沒有充分發(fā)揮，混凝土澆筑后外加劑繼續(xù)作用產(chǎn)生混凝土泌水。

（3）過度振搗，造成混凝土離析分層。

經(jīng)過調(diào)整，腹板位置的水波紋情況基本消除。

5.4 箱梁混凝土強度增長緩慢影響張拉

后張法箱梁混凝土要求 7d 強度不低于 90%，若箱梁混凝土強度增長緩慢則影響張拉的進行。造成混凝土強度低主要有以下幾點：

（1）混凝土生產(chǎn)過程中，質(zhì)量控制差，混凝土配合比嚴重偏離設(shè)計配合比，造成水膠比過大，或砂石原材料質(zhì)量偏離配合比試驗原材料質(zhì)量。

（2）混凝土拆模后，未進行保濕養(yǎng)護，造成表面水泥水化停止，表面硬度低，回彈強度低。

在混凝土生產(chǎn)過程中，通過嚴格控制原材料質(zhì)量和施工單位規(guī)范養(yǎng)護，基本未出現(xiàn)早期強度不足，影響張拉工序現(xiàn)象。C50 箱梁混凝土的回彈強度見表3。

表3 C50 箱梁不同齡期回彈強度值 MPa

6 結(jié)論

通過對上述環(huán)節(jié)嚴格、有效控制，結(jié)合工程實踐驗證使整個生產(chǎn)過程質(zhì)量可控，外觀良好，取得良好的社會效益。

（1）針對 C50 混凝土特點，選擇水泥強度穩(wěn)定的水泥，優(yōu)選質(zhì)地堅硬、粒形和級配良好的骨料，這是保證混凝土質(zhì)量的前提。

（2）針對 C50 箱梁混凝土 7d 張拉的特點，合理設(shè)計混凝土配合比，選擇粉煤灰摻量 15%，以滿足 7d 強度不低于 90% 的強度要求。

（3）依照計算配合比為基礎(chǔ)，通過固定水膠比，對 36%、38%、40% 和 42% 幾個砂率進行試驗，根據(jù)工作性和強度試驗確定混凝土生產(chǎn)配合比砂率為 38%。使用 0.30、0.32、0.34、0.36、0.38 等水膠比進行試驗驗證，確定水膠比在 0.32～0.36 范圍內(nèi)，均可以滿足混凝土強度設(shè)計要求，為混凝土中確立水膠比 0.34、以±0.02 為生產(chǎn)控制范圍提供依據(jù)。

（4）針對 C50 混凝土及箱梁的特點，提出生產(chǎn)、澆筑過程的一些具體措施，以便控制混凝土質(zhì)量。

（5）結(jié)合以往箱梁生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)的問題，分析原因，提出預(yù)防措施。