一、引言
貴陽市南二環(huán)新建中曹司大橋，連接西南環(huán)線與甲秀南路，全長649.5m，橋梁面積9742.5㎡，主橋為鋼構(gòu)連續(xù)梁橋，引橋為現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。
該工程由中建四局承建，開工日期2010年10月13日，工期為13個月，為迎接在貴陽市舉辦的少數(shù)民族運動會，緩解城市交通壓力。市委市政府決定該工程須于2011年8月31日以前通車，這就意味著該工程必須在原計劃基礎(chǔ)上提前4個月完工，要壓縮施工周期的關(guān)鍵在于縮短鋼構(gòu)橋預(yù)應(yīng)力混凝土的張拉時間，經(jīng)業(yè)主方、設(shè)計單位、施工單位研究將原有設(shè)計鋼構(gòu)橋C55預(yù)應(yīng)力混凝土調(diào)整為C60早強混凝土，并將原定的7天張拉時間改為3天，混凝土澆筑成型72小時抗壓強度必須達到50MPa以上。業(yè)主方、設(shè)計單位、施工方經(jīng)多方考證，將這一技術(shù)難題委托給貴陽市政建設(shè)有限責(zé)任公司混凝土制品分公司，并提出以下技術(shù)要求：（一）混凝土3d抗壓強度必須大于50MPa，28d抗壓強度滿足C60早強混凝土規(guī)范要求，以保證按計劃進行預(yù)應(yīng)力張拉；（二）C60早強混凝土澆注后不能出現(xiàn)任何有害裂縫及蜂窩麻面，混凝土表面光潔度好；（三）C60早強混凝土現(xiàn)場塌落度180～200mm，擴展面550×550mm。
眾所周知，配制高強混凝土對原材料的選擇和配料技術(shù)都有較高的要求，尤其骨料是混凝土中比例最大的組分，至少大于65%，起骨架作用。它主要是穩(wěn)定混凝土的體積，增加混凝土強度，抑制收縮，防止開裂，骨料的品質(zhì)對混凝土性能相當(dāng)重要，特別是高等級混凝土顯得尤為突出，由于貴州地區(qū)地質(zhì)條件的特殊性，機制砂成為當(dāng)?shù)鼗炷良毠橇系奈ㄒ贿x擇，機制砂配制高強混凝土在貴州地區(qū)很少有記載，（何況還有3天抗壓強度大于50mp等特殊要求）以上因素制約了高強混凝土在貴州地區(qū)的推廣和應(yīng)用。
貴陽市政建設(shè)有限責(zé)任公司混凝土制品分公司通過大量的研究試配工作，采用機制砂配制出C60早強泵送混凝土，并成功地應(yīng)用于貴陽市中曹司剛構(gòu)大橋，混凝土在施工中泵送正常，未出現(xiàn)任何裂縫，3d、28d抗壓強度滿足了施工方提出的技術(shù)要求，混凝土質(zhì)量合格率100%。
二、原材料選用
?。?）水泥
選用貴州水城瑞安水泥有限公司生產(chǎn)的烏蒙山P.O52.5級水泥，其主要物理化學(xué)性能如表1。
|
細度
（0.08mm篩余）% |
標(biāo)準(zhǔn)
稠度用
水量% |
凝結(jié)時間 |
安定性（沸煮法） |
比表
面積
㎡/kg |
抗折強度（MPa） |
抗壓強度（MPa） | |||
|
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | ||||
|
2.5 |
26.5 |
195 |
260 |
合格 |
410 |
8.1 |
36.4 |
| |
?。?）粗骨料
粗骨料為本公司試驗中心提出質(zhì)量要求，采用多級配骨料，按一定比例通過微機分別計量控制搭配成5～20mm的連續(xù)級配的石灰?guī)r碎石，它具有顆粒級配合理，針片狀少，孔隙率小等特點，生產(chǎn)表明，直接控制好骨料的比例將會有效地獲得混凝土的最小孔隙率，最佳堆積密度，可獲得較好的工作性能，較高的強度及優(yōu)異的耐久性。另外，以相同水灰比而言，骨料在最佳堆積密度下，總漿體用量也會跟著減少，相對的拌合水用量也會減少，因而可以減少混凝土中弱界面的形成幾率及漿體本身收縮裂縫的產(chǎn)生，從而提高混凝土的耐久性，技術(shù)指標(biāo)見表2。
表2 粗骨料（5～20mm碎石）技術(shù)指標(biāo)
|
公稱
粒徑mm |
含泥量
% |
表觀
密度
kg/㎡ |
緊密
密度kg/㎡ |
堆積
密度kg/㎡ |
壓碎
指標(biāo)
% |
針片狀含量
% |
緊密孔隙率
% |
Cl
% |
總堿量
% |
|
5～20 |
0.1 |
2710 |
1740 |
1470 |
6.0 |
6.2 |
40 |
0.002 |
0.25 |
（3）細骨料
配制C60高強混凝土需使用中砂，貴州地區(qū)機制山砂在生產(chǎn)過程中,由于母巖的品質(zhì)與機制砂生產(chǎn)工藝所決定，砂的級配一般呈現(xiàn)典型的兩頭大中間小的特點，其中大于4.75mm顆粒較多，2.36mm篩余高達40%，而小于0.075mm的石粉顆?？梢愿哌_10%。用機制砂配制C60混凝土?xí)r細度模數(shù)及石粉含量都難以嚴(yán)格控制。本公司試驗中心對市內(nèi)所有級配較好的砂石廠分別進行研究試驗，最后選定細度模數(shù)在2.8～3.0，石粉含量在6～8%的福榮砂石廠五眼砂，機制砂顆粒形狀多棱角，屬多面立方體，在硬化混凝土中有非常好的咬合力，其質(zhì)量完全符合JGJ52-2006<<普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)>>，石粉含量在6～8%時，經(jīng)亞甲藍法檢測石粉含量時，其MB值為0.6～0.8，根據(jù)我公司長期應(yīng)用機制砂的經(jīng)驗以及國內(nèi)外的一些文獻資料反映，在機制砂混凝土中，石粉填充了其中的空隙，改善混凝土的空隙特征，減少混凝土的空隙率，改善漿—集料界面結(jié)構(gòu)。石粉在水泥水化過程中起到一定的晶核作用，誘導(dǎo)水泥的水化產(chǎn)物析晶，加速水泥的水化，并參加水泥的水化反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，提高水泥水化產(chǎn)物的結(jié)晶化程度，進而提高混凝土的密實性，使混凝土的綜合性能得以改善，技術(shù)指標(biāo)見表3。
|
名稱 |
表觀
密度
kg/ m3 |
緊密
密度
kg/㎡ |
堆積密度kg/㎡ |
含粉量
% |
亞甲
藍值MB |
細度
模數(shù)Mx |
壓碎
指標(biāo)
% |
Cl-
% |
總堿量
% |
|
機制砂 |
2710 |
1890 |
1690 |
7 |
0.7 |
3.0 |
6 |
0.002 |
0.25 |
?。?） 礦物摻合料（磷礦粉）
混凝土摻入適當(dāng)?shù)牧椎V粉，在混凝土中產(chǎn)生3個基本效應(yīng)，即形態(tài)效應(yīng)、活化效應(yīng)、微集料效應(yīng)，它對改善混凝土和易性、流動性、可泵性，減少混凝土的泌水性、離析性，保證混凝土的強度，降低水泥用量，降低水化熱，對提高混凝土的耐久性，抑制混凝土自生收縮和干縮變形等有其重要作用，磷礦粉發(fā)熱量一般為水泥的10～25%，本工程磷礦粉摻入量12%，其磷礦粉的質(zhì)量指標(biāo)見表4。
|
分析項目 |
分析結(jié)果 |
分析項目 |
分析結(jié)果 |
|
P2O5(%) |
3.15 |
比表面積（㎡/Kg） |
352.5 |
|
SiO2(%) |
36.42 |
需水量比 |
97 |
|
CaO(%) |
47.16 |
安定性 |
合格 |
|
MgO(%) |
2.15 |
燒失量(%) |
0.11 |
|
Al2O3(%) |
4.35 |
活性指數(shù)(%) |
80% |
|
SO3(%) |
0.11 |
氟含量(%) |
|
|
質(zhì)量系數(shù) |
1.35 |
放射性 |
|
|
含水量(%) |
0.21 |
檢驗依據(jù)：DL/T5387-2007質(zhì)量指標(biāo) | |
?。?）高效緩凝減水劑（早強泵送性）
高效緩凝減水劑的選用應(yīng)遵循3個原則：①減水率28～32%；②混凝土坍落度、擴展度在2個小時內(nèi)沒損失；③混凝土早期強度高，且泵送性好，混凝土不發(fā)粘。
通過多次試驗，最后選定星恒新型建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸鹽高效早強泵送性減水劑，該減水劑具有減水率高，保塑性能好，混凝土在3個小時內(nèi)坍落度、擴展度幾乎沒有損失，早期強度高，泵送性能好等特點，其性能見表5。
|
含氣量% |
減水率% |
壓力
泌水率% |
坍落度增加值mm |
坍落度保留值mm |
抗壓強度（Mpa） | |||
|
60min |
120min |
3d |
7d |
28d | ||||
|
3.2 |
30 |
45 |
200 |
210 |
210 |
179 |
164 |
141 |
三、配合比設(shè)計及選擇
1、為實現(xiàn)混凝土的高性能、高強度，混凝土配合比設(shè)計應(yīng)遵循下述原則：
?。?）低水膠比對高強高性能混凝土很重要，依靠高效減水劑和優(yōu)質(zhì)礦物細粉摻和料實現(xiàn)混凝土低水膠比。
（2）不能過分地提高膠凝材料用量，膠凝材料過多，不僅成本高，混凝土的體積穩(wěn)定性也差，同時，對獲得高強度意義不大，應(yīng)該通過合理調(diào)整粗細骨料粒形，級配及砂率，實現(xiàn)混凝土低水膠比條件下優(yōu)良的工作性能。
?。?）在高效緩凝減水劑中應(yīng)摻入適量的引氣劑，使混凝土含氣量控制在3～4%，以提高混凝土的和易性和泵送性能。
?。?）在高效緩凝減水劑中，應(yīng)引入混凝土早強激發(fā)組份，以提高混凝土早期強度。
?。?）高強高性能混凝土對骨料的顆粒級配和最大粒徑有嚴(yán)格的要求，可通過改變機制砂廠加工工藝，改善骨料的粒徑和級配。
遵循以上技術(shù)措施，使用確定的原材料，采用粗細骨料多級配，摻入礦物摻加料，減少水泥用量和混凝土單方用水量，抑制高強高性能混凝土的自收縮，提高混凝土的耐久性，獲得高強度、高性能泵送混凝土，根據(jù)設(shè)計強度和施工要求進行配合比設(shè)計和多次混凝土試配，優(yōu)選出滿足設(shè)計強度和施工要求的配合比及混凝土坍落度、擴展度損失，凝結(jié)時間等見表6，試配抗壓強度見表7，結(jié)果表明，混凝土的坍落度、和易性、凝結(jié)時間及抗壓強度均能滿足設(shè)計施工要求。
|
水
膠
比 |
水
泥
kg |
磷
礦粉kg |
外
加
劑 |
砂
(kg) |
碎
石
(kg) |
用水量
(kg) |
3天抗壓強度
(Mpa) |
28天抗壓強度
(Mpa) | ||||
|
0.36 |
478 |
62 |
14.6 |
778 |
992 |
175 |
51.2 |
49.9 |
52.8 |
75 |
76.5 |
74.8 |
|
51.3 |
75.3 | |||||||||||
|
砂率
（%） |
出機坍落度mm |
擴展度
（mm） |
混凝土出機和易性較好，無泌水現(xiàn)象，3小時后混凝土無坍落度、擴展度損失。工作性能較好，初凝時間8小時20分，終凝時間10小時。 | |||||||||
|
組號 |
齡期
（d） |
檢測結(jié)果（MPa） |
代表值（MPa） | ||
|
試件1 |
試件2 |
試件3 | |||
|
第一組 |
3 |
52.3 |
56.7 |
55 |
54.6 |
|
28 |
79.6 |
80.1 |
78.9 |
79.5 | |
|
第二組 |
3 |
57.7 |
55.6 |
57.9 |
57 |
|
28 |
80.2 |
78.9 |
79 |
79 | |
|
第三組 |
3 |
55.4 |
52.6 |
55.4 |
54 |
|
28 |
72.1 |
74.3 |
77.8 |
74.7 | |
2、混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量控制
?。?）生產(chǎn)前嚴(yán)格控制進場原材料質(zhì)量，不合格的原材料不能用于生產(chǎn)，不同批次外加劑，不同批次的水泥需要進行外加劑相容性試驗，當(dāng)試驗結(jié)果與試配結(jié)果有差異時應(yīng)重新調(diào)整試配。
?。?）生產(chǎn)過程嚴(yán)格按照設(shè)計配合比和混凝土攪拌工藝要求進行配料控制，確保計量準(zhǔn)確，攪拌時間適當(dāng)延長（10～15s）,嚴(yán)格控制用水量，根據(jù)砂石含水率調(diào)整用水量，控制好出站坍落度及擴展度。
?。?）罐車裝料前應(yīng)將罐內(nèi)殘渣，積水排放干凈，混凝土出廠時，試驗室安排質(zhì)控員檢測出站坍落度、擴展度及和易性，鑒定混凝土坍落度、擴展度合格后方能出站，不符合要求時不能出站，并查找原因，及時采取糾正和預(yù)防措施。
?。?）混凝土運到澆筑現(xiàn)場后，如因種種原因未及時澆筑而不能滿足施工要求時，及時將信息反饋到攪拌站技術(shù)部，同時，現(xiàn)場工長在實驗室技術(shù)員的指導(dǎo)下采取二次添加減水劑將坍落度、擴展度調(diào)整至施工要求。
?。?）生產(chǎn)調(diào)度通過GPS監(jiān)控器合理調(diào)配運輸車輛，加強與施工現(xiàn)場的聯(lián)系，既要保證連續(xù)供應(yīng)又要減少現(xiàn)場車輛積壓現(xiàn)象。
3、混凝土的泵送施工
?。?）本工程在現(xiàn)場配置了兩臺46米臂架泵，并租賃兩臺46米臂架泵駐扎工地以備用，確?；炷亮鲿潮盟汀?
?。?）嚴(yán)格控制入泵混凝土的和易性，入泵坍落度（200±20 mm），擴展度（550±20×550±20mm），保證入泵混凝土和易性，不泌水，不離析，不板結(jié)。
?。?）混凝土在初凝前，應(yīng)做到及時進行表面二次抹壓，防止混凝土干縮開裂。
（4）混凝土澆筑完后，必須加強早期和后期養(yǎng)護工作。
4、混凝土質(zhì)量檢測結(jié)果
該鋼構(gòu)大橋已澆筑C60混凝土約10000m3，效果很好，沒有出現(xiàn)任何表面裂縫，表面氣孔很少，光潔度好，3d、28d抗壓強度均達到施工方提出的C60技術(shù)指標(biāo)要求，評定合格。3d、28d抗壓強度見表9所示。（10組樣）
|
取樣日期 |
齡期（d） |
檢測結(jié)果（MPa） |
代表值（MPa） | ||
|
試件1 |
試件2 |
試件3 | |||
|
2011.5.12 |
3 |
56.7 |
55.8 |
56.7 |
56.4 |
|
28 |
87.6 |
78.1 |
75.1 |
80.3 | |
|
2011.5.24 |
3 |
54.3 |
52.9 |
53.8 |
53.6 |
|
28 |
81.2 |
76.5 |
79.8 |
79.2 | |
|
2011.5.18 |
3 |
55.4 |
57.8 |
54.3 |
55.8 |
|
28 |
71.2 |
75.2 |
80.0 |
75.6 | |
|
2011.5.21 |
3 |
53.5 |
54.0 |
51.1 |
52.8 |
|
28 |
81.3 |
65.5 |
73.3 |
73.4 | |
|
2011.5.23 |
3 |
49.7 |
51.7 |
50.8 |
50.7 |
|
28 |
69.5 |
82.7 |
80.4 |
65.2 | |
|
2011.5.24 |
3 |
52.8 |
57.1 |
55.8 |
55.2 |
|
28 |
85.6 |
81.7 |
80.2 |
82.5 | |
|
2011.5.25 |
3 |
53.9 |
52.7 |
48.0 |
51.5 |
|
28 |
81.4 |
80.7 |
83.2 |
81.8 | |
|
2011.5.28 |
3 |
49.3 |
56.1 |
52.8 |
52.7 |
|
28 |
84.7 |
82.5 |
80.6 |
82.6 | |
|
2011.5.29 |
3 |
57.3 |
52.4 |
51.8 |
53.8 |
|
28 |
85.6 |
80.7 |
84.2 |
83.5 | |
|
2011.5.30 |
3 |
53.4 |
54.8 |
57.0 |
55.1 |
|
28 |
84.7 |
82.4 |
84.1 |
83.7 | |
5、結(jié)束語
（1）機制砂配制高強度高性能混凝土，粗細骨料的級配和粒形很重要，選擇級配合理的機制砂和采用多級配的碎石復(fù)配，可獲得高密實度空隙率最小的混凝土，降低水膠化，穩(wěn)定混凝土的體積，抑制混凝土的收縮開裂，完全可以配制出滿足C60（3d抗壓強度50MPa）的高性能混凝土。
（2）摻入活性礦物材料（磷礦粉），既改善混凝土的工作性能，又降低水化熱，防止混凝土開裂，并利用其玻璃微珠潤滑效應(yīng)來提高混凝土工作性和坍落度保持性。
?。?）對于高強高性能混凝土，保溫養(yǎng)護工作十分重要。
