高强泵送混凝土的试验与工程应用

[摘要] 结合某桥C50混凝土的施工，讨论了水灰比、骨料、外加剂掺量等条件对混凝土各项性能的影响，并采用正交设计方法配制出了具有缓凝、早强、高强的泵送混凝土，保证了工程质量，加快了施工进度。

[关键词] 高强混凝土 泵送混凝土 正交设计

一、概述

河南豫濮高速公路大坳坝大桥全长735.8m，最高墩35m。主跨为36+72+36m预应力混凝土连续梁，采用悬臂灌注法施工。梁部混凝土强度等级为C50，混凝土采用泵送。梁部混凝土强度等级为C50，混凝土采用泵送。设计要求混凝土强度达到设计等级的85%（即46.7MPa）后方可施加预应力。由于工期紧，混凝土按如下要求设计：混凝土三天抗压强度达到设计张拉要求，弹性模量Ec3=3.4×104Mpa，Ec28=3.6×104Mpa；坍落度SL=16～18Cm；凝结时间T初≥9h，T终≤16h；单位水泥用量mc

二、 配合比设计

高强泵送混凝土不同于普通混凝土，它必须优选原材料，配合比必须通过试验，施工必须加强管理、严格质量控制，三方面缺一不可，它是高强泵送混凝土保证质量的基本首要条件。高强泵送混凝土要求原材料方面：水泥具有水化热低、保水性好、泌水性小的特点；石子坚硬、致密且级配连续；砂子质量优良，最好用中粗砂；外加剂缓凝、早强、保塑性好。混凝土拌合物具有大流动性、可泵性好、坍落度损失等特点。

（一）、原材料的选用

1、水泥：由于本工程为预应力混凝土工程，水泥用量愈大，则混凝土徐变愈大将使混凝土中的预应力受到损失；同时水泥用量大则早期水化热高，混凝土后期收缩大，混凝土具有明显脆性，给结构的耐久性及安全性带来很大威胁。

本工程优选江西万年青P.O52.5R水泥，细度0.7%，初凝时间2h00m，终凝时间2h45m，三天及二十八天抗压强度分别为32.0Mpa、63.0Mpa，三天及二十八天抗折强度分别为6.0Mpa、9.3Mpa。

2、细骨料：一般选用中粗河砂为好，因为中粗砂空隙率小，总表面积也小，可节约水泥，充分发挥水泥浆强度。

本工程优选上杭吴屋河砂，属Ⅱ区中砂，细度模数Mx=3.0，表观密度2650Kg/m3，堆积密度1470Kg/m3，含泥量0.6%，不含SO3、云母和轻物质等有害物质。

3、粗骨料：石子的最大粒径、颗粒级配、针片状颗粒含量、弹性模量对混凝土的强度及性能有很大影响。

骨料的最大粒径越大，其比表面积越小，所需的用水量和水泥浆越少。但粒径增大，可使高强混凝土的强度下降，该特点混凝土强度等级越高越明显，骨料粒径愈大，骨料内部存在薄弱不均质性愈明显；骨料粒径小，质地较密实，有较大的比表面积与水泥浆粘结，且受力均匀。一般选用最大粒径为25mm的石子为宜。

骨料的针片状颗粒不仅影响混凝土的和易性、水泥用量和强度，同样会影响其耐久性，往往会恶化混凝土的性能，造成骨料的空隙率增大。

本工程优选上杭古田辉类岩，锤式破碎，粒径5～25mm，表观密度3050Kg/m3，堆积密度1620Kg/m3，含泥量0.4%，压碎指标4.6%，针片状颗粒含量4.7%，级配良好。

4、外加剂：选用石家庄GK―5B高效泵送剂，主要成分为萘磺酸盐甲醛缩合物与保塑组份复合而成，其凝结时间可据实际情况调整，减水率>20%，对钢筋无锈蚀作用。

（二）、配制原则

着眼于消除或减少混凝土中存在的缺陷，要求混凝土具有良好的可泵性，且早期强度增长迅速，以满足张拉和缩短节段周期。

1、混凝土中的缺陷主要是由多量的拌合水造成的。一般来说，水泥水化所需的理论水灰比约为0.19左右。为了满足混凝土特别是泵送混凝土的工作性，需在拌制过程中加入较多的拌合水，水化后多余的水份会在混凝土中形成许多微小气孔、微细裂隙及界面薄弱层等缺陷。

2、坍落度：本工程桥最高墩达70m，根据现行施工规范，本试验选定坍落度范围为16～18cm。坍落度过小，泵送阻力增大，易产生堵管故障，使泵送能力下降；坍落度过大，会使混凝土产生离析，模板漏浆，增加混凝土收缩而使混凝土结构不密实。

3、砂率：砂率对高强泵送混凝土的影响较明显，砂率过大时，由于砂子的表面吸水率较大，需水量偏大，混凝土总用水量偏多，水灰比增大，致使水泥用量偏大；当砂率过小时，混凝土总体连续级配差，混凝土强度降低。

（三）、配合比的优化设计

在优选原材料和已确定的外加剂的基础上，充分考虑各因素对混凝土的强度、工作性等主要性能的影响，采用正交设计方案进行优化

说明：极差分析是以3d抗压强度为主要指标进行的。由上分析可见，因素对混凝土强度的影响的主次关系是水泥用量>高效泵送剂掺量>砂率。综合评定，选定配合比为1：1.53：2.20：0.012：0.36（水泥：砂：石子：泵送剂：水），水泥用量490Kg/m3。

高强混凝土设计配合比确定后，尚应用该配合比进行不少于6次的重复验证，其平均值不应低于配制强度。经过验证，本配合比的各项指标为：R3=50.2Mpa，R7=56.4Mpa，R28=64.7Mpa，坍落度SL=16.5cm，30min后SL=16.0cm，工作性良好。

三、 性能测试

（一）、凝结时间的测定

水泥品种不同，凝结时间不同；温度不同，凝结时间不同；外加剂品种、掺量不同，凝结时间也不同。

（二）、弹性模量的测定

为了讨论石子对混凝土弹性模量的影响，选用长汀碎石用同一配合比做为对比材料，其技术指标为：粒径5～25mm，表观密度2650Kg/m3，堆积密度1480Kg/m3，含泥量0.4%，压碎指标11.6%，针片状颗粒含量9.5%，级配良好。

可见，石子的形状和表面状况对混凝土的弹性模量有很大影响。颗粒级配均匀，针片状颗粒含量少，压碎指标值小的石子用于配合比中制作的混凝土弹性模量高。有研究表明混凝土弹性模量与砂率有一定关系，并存在一个最佳砂率，过高或过低都会影响混凝土的弹性模量。

四、 施工控制

（一）、水泥施工前应取样做3d技术指标，不符合要求不得使用。

（二）、对于进入工地的砂石料要抽样检验，不合格者严禁使用。每次施工前应测定砂石的含水量以确定施工配合比。

（三）、为保证出盘混凝土质量，每一工班至少测两次坍落度。

五、 结束语

优选原材料，合理选用外加剂，可以配制高强泵送混凝土。在工程施工中，只要严格控制原材料质量、混凝土拌合物的坍落度，就能保证施工顺利进行及混凝土质量。这一措施使阙山坝二号大桥梁部施工得以快速进行，节段周期控制在了4.5～5.5天之间.

[参考文献]

高性能混凝土研讨暨混凝土施工新技术交流会论文集，中国铁道建筑总公司，1999.2