机制砂C60早强泵送混凝土在贵阳市中曹司钢构大桥的制备与应用

　　一、引言

　　贵阳市南二环新建中曹司大桥，连接西南环线与甲秀南路，全长649.5m，桥梁面积9742.5㎡，主桥为钢构连续梁桥，引桥为现浇连续箱梁。

　　该工程由中建四局承建，开工日期2010年10月13日，工期为13个月，为迎接在贵阳市举办的少数民族运动会，缓解城市交通压力。市委市政府决定该工程须于2011年8月31日以前通车，这就意味着该工程必须在原计划基础上提前4个月完工，要压缩施工周期的关键在于缩短钢构桥预应力混凝土的张拉时间，经业主方、设计单位、施工单位研究将原有设计钢构桥C55预应力混凝土调整为C60早强混凝土，并将原定的7天张拉时间改为3天，混凝土浇筑成型72小时抗压强度必须达到50MPa以上。业主方、设计单位、施工方经多方考证，将这一技术难题委托给贵阳市政建设有限责任公司混凝土制品分公司，并提出以下技术要求：（一）混凝土3d抗压强度必须大于50MPa，28d抗压强度满足C60早强混凝土规范要求，以保证按计划进行预应力张拉；（二）C60早强混凝土浇注后不能出现任何有害裂缝及蜂窝麻面，混凝土表面光洁度好；（三）C60早强混凝土现场塌落度180～200mm，扩展面550×550mm。

　　众所周知，配制高强混凝土对原材料的选择和配料技术都有较高的要求，尤其骨料是混凝土中比例最大的组分，至少大于65%，起骨架作用。它主要是稳定混凝土的体积，增加混凝土强度，抑制收缩，防止开裂，骨料的品质对混凝土性能相当重要，特别是高等级混凝土显得尤为突出，由于贵州地区地质条件的特殊性，机制砂成为当地混凝土细骨料的唯一选择，机制砂配制高强混凝土在贵州地区很少有记载，（何况还有3天抗压强度大于50mp等特殊要求）以上因素制约了高强混凝土在贵州地区的推广和应用。

　　贵阳市政建设有限责任公司混凝土制品分公司通过大量的研究试配工作，采用机制砂配制出C60早强泵送混凝土，并成功地应用于贵阳市中曹司刚构大桥，混凝土在施工中泵送正常，未出现任何裂缝，3d、28d抗压强度满足了施工方提出的技术要求，混凝土质量合格率100%。

　　二、原材料选用

   　（1）水泥

　　选用贵州水城瑞安水泥有限公司生产的乌蒙山P.O52.5级水泥，其主要物理化学性能如表1。

　　（2）粗骨料

　　粗骨料为本公司试验中心提出质量要求，采用多级配骨料，按一定比例通过微机分别计量控制搭配成5～20mm的连续级配的石灰岩碎石，它具有颗粒级配合理，针片状少，孔隙率小等特点，生产表明，直接控制好骨料的比例将会有效地获得混凝土的最小孔隙率，最佳堆积密度，可获得较好的工作性能，较高的强度及优异的耐久性。另外，以相同水灰比而言，骨料在最佳堆积密度下，总浆体用量也会跟着减少，相对的拌合水用量也会减少，因而可以减少混凝土中弱界面的形成几率及浆体本身收缩裂缝的产生，从而提高混凝土的耐久性，技术指标见表2。

表2 粗骨料（5～20mm碎石）技术指标

　　（3）细骨料

　　配制C60高强混凝土需使用中砂，贵州地区机制山砂在生产过程中,由于母岩的品质与机制砂生产工艺所决定，砂的级配一般呈现典型的两头大中间小的特点，其中大于4.75mm颗粒较多，2.36mm筛余高达40%，而小于0.075mm的石粉颗粒可以高达10%。用机制砂配制C60混凝土时细度模数及石粉含量都难以严格控制。本公司试验中心对市内所有级配较好的砂石厂分别进行研究试验，最后选定细度模数在2.8～3.0，石粉含量在6～8%的福荣砂石厂五眼砂，机制砂颗粒形状多棱角，属多面立方体，在硬化混凝土中有非常好的咬合力，其质量完全符合JGJ52-2006<<普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准>>，石粉含量在6～8%时，经亚甲蓝法检测石粉含量时，其MB值为0.6～0.8，根据我公司长期应用机制砂的经验以及国内外的一些文献资料反映，在机制砂混凝土中，石粉填充了其中的空隙，改善混凝土的空隙特征，减少混凝土的空隙率，改善浆—集料界面结构。石粉在水泥水化过程中起到一定的晶核作用，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥的水化，并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，提高水泥水化产物的结晶化程度，进而提高混凝土的密实性，使混凝土的综合性能得以改善，技术指标见表3。

　　（4） 矿物掺合料（磷矿粉）

　　混凝土掺入适当的磷矿粉，在混凝土中产生3个基本效应，即形态效应、活化效应、微集料效应，它对改善混凝土和易性、流动性、可泵性，减少混凝土的泌水性、离析性，保证混凝土的强度，降低水泥用量，降低水化热，对提高混凝土的耐久性，抑制混凝土自生收缩和干缩变形等有其重要作用，磷矿粉发热量一般为水泥的10～25%，本工程磷矿粉掺入量12%，其磷矿粉的质量指标见表4。

　　（5）高效缓凝减水剂（早强泵送性）

　　高效缓凝减水剂的选用应遵循3个原则：①减水率28～32%；②混凝土坍落度、扩展度在2个小时内没损失；③混凝土早期强度高，且泵送性好，混凝土不发粘。

　　通过多次试验，最后选定星恒新型建材有限公司生产的聚羧酸盐高效早强泵送性减水剂，该减水剂具有减水率高，保塑性能好，混凝土在3个小时内坍落度、扩展度几乎没有损失，早期强度高，泵送性能好等特点，其性能见表5。

　　三、配合比设计及选择

　　1、为实现混凝土的高性能、高强度，混凝土配合比设计应遵循下述原则：

　　（1）低水胶比对高强高性能混凝土很重要，依靠高效减水剂和优质矿物细粉掺和料实现混凝土低水胶比。

　　（2）不能过分地提高胶凝材料用量，胶凝材料过多，不仅成本高，混凝土的体积稳定性也差，同时，对获得高强度意义不大，应该通过合理调整粗细骨料粒形，级配及砂率，实现混凝土低水胶比条件下优良的工作性能。

　　（3）在高效缓凝减水剂中应掺入适量的引气剂，使混凝土含气量控制在3～4%，以提高混凝土的和易性和泵送性能。

　　（4）在高效缓凝减水剂中，应引入混凝土早强激发组份，以提高混凝土早期强度。

　　（5）高强高性能混凝土对骨料的颗粒级配和最大粒径有严格的要求，可通过改变机制砂厂加工工艺，改善骨料的粒径和级配。

   　遵循以上技术措施，使用确定的原材料，采用粗细骨料多级配，掺入矿物掺加料，减少水泥用量和混凝土单方用水量，抑制高强高性能混凝土的自收缩，提高混凝土的耐久性，获得高强度、高性能泵送混凝土，根据设计强度和施工要求进行配合比设计和多次混凝土试配，优选出满足设计强度和施工要求的配合比及混凝土坍落度、扩展度损失，凝结时间等见表6，试配抗压强度见表7，结果表明，混凝土的坍落度、和易性、凝结时间及抗压强度均能满足设计施工要求。

　　2、混凝土的生产质量控制

　　（1）生产前严格控制进场原材料质量，不合格的原材料不能用于生产，不同批次外加剂，不同批次的水泥需要进行外加剂相容性试验，当试验结果与试配结果有差异时应重新调整试配。

　　（2）生产过程严格按照设计配合比和混凝土搅拌工艺要求进行配料控制，确保计量准确，搅拌时间适当延长（10～15s）,严格控制用水量，根据砂石含水率调整用水量，控制好出站坍落度及扩展度。

　　（3）罐车装料前应将罐内残渣，积水排放干净，混凝土出厂时，试验室安排质控员检测出站坍落度、扩展度及和易性，鉴定混凝土坍落度、扩展度合格后方能出站，不符合要求时不能出站，并查找原因，及时采取纠正和预防措施。

　　（4）混凝土运到浇筑现场后，如因种种原因未及时浇筑而不能满足施工要求时，及时将信息反馈到搅拌站技术部，同时，现场工长在实验室技术员的指导下采取二次添加减水剂将坍落度、扩展度调整至施工要求。

　　（5）生产调度通过GPS监控器合理调配运输车辆，加强与施工现场的联系，既要保证连续供应又要减少现场车辆积压现象。

　　3、混凝土的泵送施工

　　（1）本工程在现场配置了两台46米臂架泵，并租赁两台46米臂架泵驻扎工地以备用，确保混凝土流畅泵送。

　　（2）严格控制入泵混凝土的和易性，入泵坍落度（200±20 mm），扩展度（550±20×550±20mm），保证入泵混凝土和易性，不泌水，不离析，不板结。

　　（3）混凝土在初凝前，应做到及时进行表面二次抹压，防止混凝土干缩开裂。

　　（4）混凝土浇筑完后，必须加强早期和后期养护工作。

　　4、混凝土质量检测结果

　　该钢构大桥已浇筑C60混凝土约10000m3，效果很好，没有出现任何表面裂缝，表面气孔很少，光洁度好，3d、28d抗压强度均达到施工方提出的C60技术指标要求，评定合格。3d、28d抗压强度见表9所示。（10组样）

　　5、结束语

　　（1）机制砂配制高强度高性能混凝土，粗细骨料的级配和粒形很重要，选择级配合理的机制砂和采用多级配的碎石复配，可获得高密实度空隙率最小的混凝土，降低水胶化，稳定混凝土的体积，抑制混凝土的收缩开裂，完全可以配制出满足C60（3d抗压强度50MPa）的高性能混凝土。

　　（2）掺入活性矿物材料（磷矿粉），既改善混凝土的工作性能，又降低水化热，防止混凝土开裂，并利用其玻璃微珠润滑效应来提高混凝土工作性和坍落度保持性。

　　（3）对于高强高性能混凝土，保温养护工作十分重要。