浅析客运专线C50梁体混凝土冬季施工技术

【摘 要】采用矿物掺合料双掺技术对混凝土配合比进行了试验，研究了双掺技术对混凝土的影响、组成及水胶比对基础工程用高性能混凝土强度及耐久性的影响。试验及分析结果表明：配制铁路客运专线C50高性能混凝土，水胶比及胶凝材料总量是配合比设计的关键。

【关键词】高性能混凝土；工程实例；双掺技术；拌合；运输浇注

高性能混凝土随着混凝土从单一的高强度向高性能化的发展，在土木建筑工程施工中，对混凝土的研究重心从高强度转向混凝土的耐久性。而高强度高性能的混凝土有抵抗严峻环境侵蚀、自然气候侵蚀和化学侵蚀等较好性能，从而提高混凝土结构使用年限。随着大量使用高强度高性能混凝土逐渐增多，对高强度高性能混凝土配合比的研究也逐渐深入。高性能混凝土一般水胶比较低，单位体积水泥用量较少，需使用外掺料来代替部份水泥，在保证高强度高性能混凝土的特点情况下，还必须满足高流态、坍落度、经时损失及特殊养护等。本文浅析了客运专线C50梁体混凝土冬季施工技术，可供借鉴。

一、本项目工程概况

新建兰新铁路大平羌沟大桥地处青藏高原东北缘，属大陆性高原气候。具有气温低、温差大、日照长、降水少且四季不分明等特点。年平均气温0.48℃，年平均降水量530mm，区内最大冻土层深度183cm，最大积雪厚度23cm。主桥采用（60+100×2+60）m预应力混凝土连续刚构，全长320m。

二、大平羌沟大桥高性能混凝土技术参数和措施

（1）高性能混凝土技术参数。大桥结构设计使用年限为100年，箱梁混凝土采用强度等级为C50的预应力高性能混凝土，环境等级为T2、D2，抗冻等级不低于F300，56d电通量不大于1000C，抗渗等级不低于P20。基于大桥特殊的地理位置以及高墩的特点，优化配合比设计，选用水胶比小、用水量少的混凝土配合比，坍落度设计值控制在180mm～220mm之间，含气量控制在2%～4%。现场采用泵送混凝土施工，严格控制混凝土拌合物的性能。（2）高性能混凝土的技术措施。高性能混凝土是指抗裂、抗氯离子渗透、抗硫酸盐腐蚀、抗冻融、抗碳化等耐久性混凝土。从提高混凝土材料本身的性能出发，提高混凝土材料本体的耐久性。主桥混凝土采用抗开裂高性能混凝土。混凝土采用矿物掺合料和新型高效减水剂掺合，较小水胶比、含气量适中、砂率适宜等参数，采用假定容重进行配合比设计。通过反覆试验即可科学地指导混凝土实际施工和过程中的调整，又便于分析施工中产生问题的原因。

三、混凝土原材及配合比

（一）混凝土原材

1.水泥。甘肃金昌水泥股份有限公司P.O42.5水泥；其主要技术性能指标见表1。

表1 水泥物理化学分析

2.矿粉。甘肃立之林建材有限公司，生产的S95级磨细矿渣粉，其主要技术性能见表2。

表2 矿粉物理化学分析

3.粉煤灰。粉煤灰：甘肃电投景泰分公司，F类Ⅰ级；其主要指标见表3。

表3 粉煤灰物理化学分析

4.细骨料。酒泉清水河河砂；细度模数2.8；Cl-含量

0.001%，硫化物及硫酸盐含量0.02%。

5.粗骨料。山丹县清水沟石场，由5mm～10mm、10mm～20mm两种规格的碎石按质量比2：8掺配成5mm～20mm连续级配。

6.减水剂。江苏博特新材有限公司JM-PCA（l）聚羧酸高效减水剂，减水率29%，掺量1.0%。

7.引气剂。江苏博特新材料有限公司GYQ（l）型高效引气剂，掺量0.3%；

8.拌合水。山丹军马场地下水。

（二）配合比设计方案

高性能混凝土采用低水胶比、控制胶凝材料用量并采用优质的粉煤灰和矿渣粉等多种矿物掺合料，并掺加复合多功能外加剂，不仅能改善拌合物性能指标，同时也提高强度和耐久性。可见掺加优质矿物掺合料和复合多功能外加剂是达到“高性能”的主要途径。“双掺法”是配制高性能混凝土的常用技术，能有效改善混凝土抗化学侵蚀性能，掺合料选择优质粉煤灰和磨细矿粉，该掺合料具有较高的力学性能和耐久性能，作用机理可概括如下：（1）形态效应——通过反复试验证明，掺合料的细度、分布对其水化成度、水化深度及硬化后的性能有不同程度的影响。由于矿粉颗粒不规则且表面粗糙，掺入混凝土中可能会降低新拌混凝土的流动性，但矿粉与粉煤灰的结合可补偿这一缺陷，使拌合物流动性得以优化可泵性能更好。（2）活性效应——高性能混凝土施工以粉煤灰与磨细矿粉二者双掺，通常双掺的组合范围为粉煤灰（10%～25%）+磨细矿粉（20%～30%）为宜，总量30%～55%。外掺料的使用大大提高了混凝土工作性；由于“颗粒效应改善了混凝土的内部结构，增加了混凝土的抗蚀能力，提高了混凝土的耐久性；对混凝土后期强度发展及为有利，节约工程经济成本，对于环保有积极意义。（3）微集料效应——在混凝土中，粗骨料的间隙由细骨料填充，水泥颗粒、磨细矿粉及粉煤灰进行填充。通过适当比例的混合，改善混凝土中各组材料级配。各组材料在拌制及水化过程中，不同粒径的材料相互填充减少了颗粒间的孔隙，从而进一步减少了复合胶凝材料体系凝结硬化的总孔隙率，使混凝土更为密实，大大提高了混凝土抗渗透性能。本试验采用普通硅酸盐水泥、活性矿物掺合料、高效减水剂为主要材料，同时采用常规的集料和工艺方法拌制C50高性能混凝土。根据混凝土拌合物性能、力学和耐久性指标，结合施工环境和经济成本以及施工进度等各种因素，最终选定配合比见表4，混凝土拌合物和力学及耐久性能见表5。

表4 选定的C50混凝土配合比

表5 选定配合比设计混凝土拌合物和力学及耐久性能

四、混凝土配制、拌合、运输

本工程混凝土采用冬季施工方案，须在以下环节进行质量控制：（1）各种原材料进场前必须进行常规项目检验，严格控制骨料的含泥量和泥块含量。对每批减水剂与胶凝材料进行相容性试验，严格减水剂的减水率，必要时对进场减水剂进行混凝土配合比验证。（2）搅拌混凝土前，应先经过热工计算，并经试拌确定水和骨料需要预热的最高温度，保证混凝土出机温度不低于10℃，入模温度不低于5℃。（3）拌合设备进行防寒处理，设置在温度不低于10℃厂房或暖棚内。若拌合场所环境温度低于10℃，必须采取升温措施满足混凝土搅拌环境温度的需要；搅拌混凝土前或停止搅拌后，应用热水冲洗搅拌机鼓筒，提高搅拌鼓筒温度并避免混凝土在鼓筒中凝固。（4）拌合用水温度不低于5℃，必要时可先将拌合用水加热，当加热水不能满足拌合温度时，可将水加热到不高于80℃；当骨料不加热时，水可加热到100℃，为防止热水直接与水泥接触发生假凝现象，投料时采用加热水与骨料先拌合后再投入胶凝材料进行搅拌，当加热水不能满足要求时，可将骨料均匀加热，但骨料加热温度不应高于60℃。（5）混凝土拌合时间较常温施工延长50%左右，最短搅拌时间应不少于180秒。混凝土卸出拌合机时的最高温度不应大于40℃。（6）拌制混凝土时，砂石骨料的温度保持在0℃以上，骨料中不得混有冰雪、冻块及易被冻裂的矿物质，含水量不得大于3%。（7）当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时，应重新调整加热温度，并改变投料顺序，先让骨料与水拌合后再投入胶凝材料进行搅拌；保证混凝土拌合物的出机温度不低于10℃，入模温度不低于5℃。（8）严格按照混凝土配合比施工，混凝土开盘前，测试细骨料和粗骨料的含水率，正确得出施工配合比。在混凝土开盘后，及时检测混凝土的出机温度、坍落度、含气量是否符合要求，作为对混凝土施工配合比调整的依据。（9）冬期混凝土施工方法的选择应考虑的因素。一是综合考虑自然条件，环境的极端恶劣程度；二是混凝土结构类型；三是工期限制；四是经济指标；五是工作人员的劳动保护。

五、混凝土浇注、养护、拆模

1.混凝土浇筑。（1）混凝土采用普通混凝土浇注的方法施工，尽可能缩短混凝土的运输时间，且运输及灌注设备须采取保温措施，保证混凝土的浇注温度在任何情况下均不低于5℃。（2）梁体混凝土浇注前，应采取防风、防冻措施，保证混凝土的入模温度不低于5℃，在混凝土浇筑过程中混凝土的分层厚度不宜小于20cm。

2.混凝土养护。（1）混凝土开始养护时的温度，应根据施工方法通过热工计算确定，但不得低于5℃，不得高于结构中心水化热的最高温度。采用蓄热法养护最高温度不高于40℃，最低温度不低于5℃，细薄截面结构不宜低于10℃。（2）混凝土外露面应采用2m棉棚布遮挡风雪，必要时可安设足够的典钨灯以提高混凝土表面温度。能够包裹的部位可用塑料薄膜、棉棚布严密包裹，确保混凝土水化过程中水分散失，冷空气侵蚀混凝土表面。（3）混凝土养护初期的温度，不得低于防冻规定的温度，且内外温度差不能大于15℃，若内高外低的温差超过15℃，可在棉棚内加以适当蒸汽升温。

3.混凝土拆模。（1）在混凝土强度达到2.5Mpa时拆模比较合适。以确保其表面及棱角不因拆模而导致混凝土试件缺边掉角。（2）混凝土与环境的温差不得大于15℃，当温度差10℃

六、结论

（1）高性能混凝土采用粉煤灰、矿渣粉双掺技术，是配制高性能耐久性混凝土的先进技术，总胶凝材料的比例组成是获得高强度混凝土的重要条件。（2）高性能减水剂特别是聚羧酸不仅减水率高，而且混凝土坍落度保持性好，对大计量的外掺料混凝土有较好的激发作用。（3）在有弹模要求的桥梁及有冻融要求的混凝土施工中，粉煤灰掺量不宜过高，宜在22%之内。（4）高性能混凝土对原材料的要求很高，要求粗骨料的粒径应控制在≯25mm，并仔细检测粗骨料的各种性能；砂率对混凝土弹模影响较大，在满足工作性的条件下，应尽量降低为宜。（5）高性能混凝土施工须加强工序工艺控制，特别是掺入大量的矿物掺合料后，混凝土的后期强度优于普通混凝土，对养护等环节提出了更高的要求。

参 考 文 献

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