中铁十一局集团桥梁有限公司
摘要：桥梁工程质量关系到交通运输安全及桥梁寿命，当前桥梁设计及施工要求高，对混凝土性能及力学耐久性等均提出了更高的要求。本文根据工程案例，从配合比原材料、混凝土生产和施工工艺等方面阐述C50高性能混凝土施工质量措施。
关键词：60m预制箱梁；C50海工高性能混凝土；质量控制；技术措施
一、工程概况
某桥梁工程全长28km，采用高性能混凝土整体预制和安装，受到地形及地质结构等因素的制约，施工环境复杂及施工技术难度大。由于近海洋环境，具有一定的氯盐腐蚀环境，因此，60m预制箱梁海工高性能混凝土必须从配合比原材料、混凝土生产和施工工艺方面加强质量控制。
二、混凝土原材料质量控制
海工高性能混凝土同普通混凝土一样，使用常规材料、常规工艺，以较低的水胶比、适量的掺合料进行配制，但具有高的抗氯离子渗透性、满足设计要求强度、良好的工作性以及较高体积稳定性，尤其在箱梁预制过程中要求混凝土具有良好泵送施工性能。C50海工高性能混凝土设计耐久性指标为：84dCl - 扩散系数不大于1.5×10 -12 m 2 /s；电通量不大于1000C；28d抗冻性能（快冻法）不小于200次，因而对原材料提出更高质量控制要求。
（一）水泥
由于桥梁60m预制箱梁采用的C50海工高性能混凝土应具有良好的工作性、强度和设计耐久性，根据施工需要宜采用不低于42.5级的中低热硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥各项指标除符合国标（GB175-2007）外，水泥中氯离子含量要低于0.06%。本工程选用P·I52.5硅酸盐水泥，检测成果见表1。
表1 P·I52.5硅酸盐水泥品质检测成果统计表
备注：n-组数、xmax -最大值、xmin -最小值、-平均值，下同。
（二）矿粉
矿渣越细，早期强度越高，但对后期强度的影响逐渐变小。采用矿渣微粉配制的高性能混凝土，一定条件下能明显改善混凝土的流动性，提高强度，尤其可以实现高性能混凝土具有优异的耐久性能。采用矿渣微粉可以利用工业废料，保护环境，符合国家可持续发展的战略要求。本工程采用S95矿粉，检测成果为：比表面积检测305组，最小值为404m2/kg，28天活性指数检测203组，最小值为96%，流动度比检测305组，最小值95%，烧失量检测43组，最小值0.8%，均满足规范《用于水泥混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求。
（三）粉煤灰
粉煤灰属于火山灰质掺合料，它的主要化学成分为SiO2 和Al2 O3，粉煤灰活性主要取决于其所含的活性化学成份、玻璃体含量以及粉煤灰的细度。在混凝土中掺加粉煤灰可以明显改善混凝土流动性，粉煤灰中含有许多球形颗粒——玻璃微珠，而水泥颗粒是不规则的几何体，粉煤灰中的这些微珠在水泥颗粒间起到“滚珠”作用，减小水泥颗粒间相对滑移时的阻力，进而增大浆体的流动度；当粉煤灰颗粒细度小于水泥颗粒细度时，粉煤灰颗粒将填充在水泥颗粒之间，改善胶凝材料粉末颗粒的级配，这有利于浆体的流动，从而增大水泥基材料的流动度。同时掺粉煤灰的混凝土早期强度较低，且随粉煤灰掺量的增加而降低，但是后期强度增长潜力较大，考虑到本工程箱梁需要3d初张拉，7d终张拉，故粉煤灰掺量不宜过大。当粉煤灰、矿渣微粉两者复掺时，可以发挥出较明显的“叠加效应”，满足混凝土工作性和早期强度要求。工程采用潍坊电厂生产的风选Ⅰ级粉煤灰，检测163组，烧失量平均值1.6%，最大值4.0%，最小值0.1%；细度平均值6.4%，最大值11.5%最小值1.8%；需水量比平均值92.9%，最大值94%，最小值82%。统计结果表明，所使用的粉煤灰均满足规范《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求。
（四）骨料
本工程细骨料选用颗粒坚硬、强度高、耐风化的大沽河河砂，由于泵送需要，要求级配良好，2.36mm筛孔的累计筛余宜小于15%，氯离子含量小于0.02%，0.3mm筛孔的累计筛余量宜在85%-92%范围内，含泥量控制在2%以下，泥块含量控制在0.5%以下，且要控制碱活性，防止碱集料反应。粗集料选用玄武岩生产的碎石，质地均匀坚固，粒型和级配良好、吸水率低、空隙率小。控制指标为含泥量<1.0%，泥块含量<0.5%，针片状颗粒含量<8%，压碎值指标<10%，氯离子含量小于0.02%，且同样要控制碱活性，防止碱集料反应。在日常检测工作中，我们加强质量控制，不合格的细骨料退场，碎石采用现场洗石机水洗，直至检测结果满足要求。氯离子含量在选料源时进行了多次检测，满足规范要求。试验检测成果见表2，各项目检测指标均满足规范要求。
表2 骨料试验检测成果统计表
（五）外加剂
本工程C50高性能混凝土的性能要求高，选用山东华伟银凯生产的集高效减水、引气和缓凝等多种组分和功能于一体的NOF-AS聚羧酸盐系液体泵送减水剂，减水率在25％以上。混凝土的粘聚性、保水性、流动性满足施工要求，早期强度好，具有明显的增强效果。使用中除了常规指标满足规范要求外，重点检测掺入外加剂的混凝土性能。新进场外加剂首先进行室内混凝土性能指标检测，采取坍落度和扩散度双控制，如出现坍落度损失大（要求1小时不损失），保水性差，流动性不好，扩散度小于400mm，则由厂家现场驻点技术人员进行调整，如仍不能满足要求，就作清退处理。
（六）水
拌和用水宜采用符合国家标准的饮用水，严禁使用未经处理的海水、工业污水和pH值小于6.5的酸性水。
三、C50海工高性能混凝土施工质量控制
通过加强混凝土配料拌和、运输、浇筑、振捣和养护等环节的管理，采取有效的质量控制措施，有效地保证C50高性能混凝土施工质量。
（一）混凝土拌和生产质量控制
混凝土实际拌和生产过程中，原材料品质会发生一定的波动，与设计配合比用的材料会存在一定的差异。因此，配合比施工控制的目的就是根据实际情况进行必要的调整，使其更接近设计优化的理论配合比，有效保证工程质量。
理论和实践证明，砂细度模数越大，混凝土用水量低，细度模数越小，用水量高；同时砂细度大，混凝土粘聚性和保水性差，细度小，混凝土变得粘稠，流动性差。因此，要根据砂细度变化调整砂用量，一般根据砂的细度模数每增减0.1，砂率相应增减0.5%～1.0%进行调整。砂中含水量的变化，也会引起实际砂称料用量的改变，含水量增加（或减少）时，实际砂用量就减少（或增加），施工过程中应持续监测集料含水率的变化，并依据测试结果及时调整用水量和集料用量。碎石的粒径和级配也会影响砂用量，比如碎石中（5-10）mm一级中小于5mm的颗粒增加就会导致砂的实际用量增加，（5-10）mm碎石就会相对减少，现场应检测石子级配，进行适当的调整。石子中的含水量变化也会引起实际用量和级配改变，根据检测结果也应进行适应的调整。无论如何调整，要保持实际的砂石用量与设计配合比相同。当混凝土原材料、生产工艺以及工序既定的情况下，硬化混凝土的性能主要取决于水胶比的大小。水胶比越大，混凝土的强度越低，水胶比越小，混凝土的强度越高，而且混凝土耐久性能随着水胶比的变动而有着明显的影响。当胶凝材料用量一定时，水胶比主要随着用水量的变化而增减。现场调整时，实际的用水量与砂石中的含水量之和应与理论配合比中的用水量相等，即水胶比保持不变。
此外，夏季施工时，避免高温时段拌和生产，冬季施工时，拌和用水预先加热至40℃ -60℃，环境温度连续3天低于5℃或高于35℃，混凝土入模后的温度控制不低于5℃且不高于30℃，停止拌和生产。
（二）混凝土施工工艺管理与质量控制
混凝土拌和物运输到浇筑地点时，应及时检测工作性，保证满足施工要求，否则应通知搅拌站试验人员进行调整。冬季施工时泵车覆盖保温材料，防止混凝土受冻。混凝土浇筑前，全部支架、模板和钢筋预埋件应按图纸要求进行检查，并清理干净模板内杂物，使之不得有滞水、冰雪、施工碎屑和其它附着物质。砂浆垫块按设计要求布置，不能有破碎、偏位等现象，保证钢筋保护层厚度满足设计和规范要求。混凝土浇筑应连续进行，箱梁底板和腹板部位应均衡上升，施工中从箱梁四个角分别用四台泵车同时进行泵送，各部位的混凝土应在下层混凝土振捣完后及时覆盖，防止初凝引起冷缝。在浇筑过程中，控制混凝土的均匀性和密实性，防止出现露筋、空洞、冷缝、夹渣、松顶等现象。混凝土的密实性严重影响硬化后的性能，混凝土入仓后应严格按施工工艺进行振捣，插入式振动棒时宜快插慢拔，振捣器要垂直地插入混凝土内，并要插至下层混凝土，以保证上下层结合良好，插进到下层深度一般为50~100mm，不得平拉，不得漏振，谨防过振；当混凝土浇筑至顶部时，宜采用二次振捣及二次抹面，应刮去浮浆，确保混凝土的密实性。现场应配有足够数量的处于良好状态的振捣器，保证可随时替补。混凝土捣实后1.5h到24h之内，不得受到扰动。箱梁顶面要及时观测控制标高，保证线形和钢筋保护层厚度满足要求。施工时应尽量减少暴露的工作面，混凝土浇筑完后1 ～ 2h内，使用湿麻袋和塑料布覆盖进入养护阶段。在养护期间应保持混凝土表面一直处于湿润状态，混凝土的潮湿养护时间不应低于14d。混凝土经试验确定强度不低于设计强度的60%后方可拆模。拆模时混凝土表面与内部最高温度之差应小于15℃，且不能在新拆模混凝土表面浇凉水，以免造成冷缩，导致开裂。拆除模板后应避免其它因素损坏混凝土表面，腹板外侧和箱梁内腔拆模后用养护剂涂在表面进行养护。
四、聚羧酸盐系液体泵送减水剂生产C50高性能混凝土的控制措施
使用聚羧酸盐系液体泵送减水剂生产C50海工高性能混凝土，笔者认为应在以下几个方面进行质量控制：①砂石含泥、用水量对该外加剂极为敏感，因而必须严控砂石含泥量和泥块含量，砂石脱水时间不宜少于24小时。②由于聚羧酸高效减水剂产品常呈现酸性与铁制品长期接触会发生缓慢反应，甚至使产品色泽变深、变黑，导致产品性能下降，建议采用聚乙烯塑料桶或不锈钢储存，避免聚羧酸系减水剂与铁制材料接触，才能保证产品储存的稳定性。③聚羧酸系高性能减水剂依然存在与水泥适应性问题，水泥、粉煤灰和矿粉组合使用与聚羧酸高效减水剂适应性，也应引起重视。④该外加剂对环境温度也较为敏感，搅拌时间控制在120s以上，如冬季施工，搅拌时间宜为150s ～ 180s，才能保证外加剂的作用效应和均匀性。
五、C50海工高性能混凝土力学耐久性能检测
混凝土施工质量控制，一方面要保证良好的工作性，满足施工要求；另一方面，硬化后的混凝土要满足设计强度和耐久性要求。桥梁预制箱梁混凝土，硬化后要保证抗压强度和弹性模量满足3天初张拉，7天终张拉要求，还要保证28天抗压强度和弹性模量。桥梁所处地理位置，12月下旬开始结冰，2月中旬消融，最冷月平均气温为-0.5℃，属于微冻地区，因而，对混凝土的抗冻性要求高。此外，为了控制海水中氯盐腐蚀，必须要求混凝土有良好的抗氯离子渗透性。混凝土力学及耐久性检测成果统计见表3。
表3 混凝土力学耐久性能检测成果统计表
注：σ-标准差，Cv-变异系数，以每片梁10组试件进行统计28d抗压强度和弹性能模量平均值。
表3分析表明，C50海工高性能混凝土力学和耐久性能指标均满足设计要求，离差系数较小，说明混凝土生产施工状态处于良好的受控水平。
六、结束语
综上所述，该桥梁C50海工高性能混凝土生产、施工工艺过程中加强采取质量控制措施，针对聚羧酸盐系液体泵送减水剂的技术性能，加强进场外加剂拌和物性能检测，杜绝使用不满足工作性能外加剂，并提出应用控制技术措施，有效地保证混凝土质量。
参考文献
[1]杨富亮等.溪洛渡水电站大坝混凝土质量控制[J].水电施工技术.2009（03）.
[2]邹丽华等.浅谈大体积混凝土质量控制[J].混凝土.2010（07）.
[3]贾续.浅谈高性能混凝土质量控制[J].山西建筑.2010（05）.
[4]吴菊珍等.SPS-8聚羧酸系高效减水剂在地铁及C50箱梁中的应用和耐久性研究
论文作者:孙伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/8
标签：混凝土论文; 质量控制论文; 粉煤灰论文; 羧酸论文; 强度论文; 高性能混凝土论文; 颗粒论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;