C40 机制砂高性能混凝土在双肢薄壁桥墩上的应用

1 　工程概况

构皮滩乌江大桥位于贵州省余庆县构皮滩镇,横跨乌江,桥面至水面高差130 m ,左岸桥头与箐口至工地的箐马公路相连,右岸桥头与太通公路相接,它不仅是构皮滩水电站工程“四通一平”中的配套工程,也是构皮滩水电站的重要组成部分。大桥总长为347 m ,其轴线与乌江河道基本正交,桥型为三跨预应力混凝土连续刚构桥,跨径组成为90m+ 160 m + 90 m。其中1 号、2 号桥墩为双肢薄壁空心墩,设计混凝土强度等级为C40。墩高72 m ,圆端形薄壁双墩结构,墩身两壁净距为410 m ,承台顶面以上35 m 设一道横系板,板厚210 m。每个墩壁在40 m 高度以下为圆端形实心截面,直线段长610 m ,圆端半径1125 m ,墩壁厚215 m ,40～69 m 高度内为圆端形空心截面,壁厚015 m ,并在顺桥向中心线处设厚215 m 的隔板,69 m 以上又变为实心截面,且两个圆端高出墩顶715 m ,见图1。

　　乌江两岸施工场地的狭窄除了给施工布置带来困难外,给材料运输也造成极大困难,更困难的是大量混凝土所使用的细集料,乌江两岸几乎找不到符合质量要求的河砂。外购需到200 km 外的砂场,不仅运输条件差,材料价格也高,无形加大工程成本,耽误工期。桥墩墩高壁薄钢筋密,要求混凝土具有早强、高落差不离析、良好流动性和耐久性。掺用粉煤灰等活性材料早期强度低、影响工期还增加成本。因此,经过多种施图1 　刚施工完的双肢薄壁墩

工方案的反复比较,最后决定采用导流洞出碴加工成的机制砂、不掺粉煤灰配制C40 机制砂高性能混凝土并进行长距离的泵送管道运输方式。

2 　主要原材料情况

2. 1 　水泥

水泥考虑长距离泵送,初凝时间宜> 2 h ,其余指标符合国家质量标准。加之附近数十家单位施工,担心水泥供应问题。施工现场选择了花岗牌P·04215R和华峰牌P·04215R 两种水泥进行配合比设计,两种水泥常规指标见表1。

212 　粗集料

采用导流洞出碴加工成的510～3115 mm 连续级配碎石。主要指标见表2。

213 　细集料

采用导流洞出碴加工成的机制砂,具体各项性能指标见表3。

214 　减水剂

拟选了HF25 高效泵送剂和FDN2SF 高效泵送剂进行配合比设计及拌合物性能比较。

215 　水

直接取乌江江水,经检验符合规范要求。

3 　配合比设计

311 　初步水灰比选择

根据J GJ55 —2000 规范,计算出C40 混凝土理论配合比的初步水灰比WPC = 0145 。

3. 2 　砂率选择

砂率选择是机制砂高性能混凝土设计的关键。合理的砂率能使混凝土具有较大的流动性,保持良好的粘聚性、保水性和可泵性,砂率还影响混凝土的强度。砂率偏低易造成混凝土粗糙,坍落度小,不易拌和、浇筑和振捣;在运输过程中易产生泌水、离析,影响正常

泵送;混凝土易产生蜂窝、麻面且外观质量差。砂率偏高,会造成混凝土拌和物坍落度大,收缩徐变大和强度不稳定,易产生表面裂缝。因此应根据混凝土强度、施工工艺和外观质量要求,选择合理的砂率。考虑到机制砂的棱角性及级配等特点对混凝土和易性的影响,首先按理论配合比同一统计参数W/ C =0145 选用不同的砂率进行试拌。通过对41 %、40 %、39 %、38 %、37 %一系列砂率在其他条件相同情况下拌合物性能的比较,确定砂率为38 %。

3. 3 　水泥用量选择

根据所选的初步水灰比和最优砂率,为减少工作量,采用花岗P·04215R、掺加110 %HF25 高效减水剂进行配合比试拌试验,W/ C 分别取0143 、0145 、0147 、0150 和0153 。初定用水量205 kgPm3 ,要求坍落度>180 mm。在进行表观密度修正后结果见表4。

3. 5 　配合比确定

通过两种减水剂单价比较, 认为采用华峰P·04215R、掺加0. 8 % FDN2SF 高效减水剂, W/ C =0143 时混凝土成本低,拌合物流动性好、强度高。经

监理工程师审核,最终选择用于C40 施工的配合比为表6 中1 号配合比方案。

4 　施工控制

1) 混凝土生产　采用HZS25A 型自动计量拌合站集中进行搅拌,HBT60C21416 型混凝土输送泵直接设在搅拌机下,由输送管输送到浇筑面。确保整个混凝土质量生产的稳定性。在混凝土生产过程中要严格按配合比计量,控制好出机坍落度为180～200 mm;适当延长搅拌时间,借以改善混凝土和易性,提高保水性和粘聚性。

2) 严格控制机制砂生产　由于机制砂加工过程易造成颗粒大小比较集中,为此细度模量控制在313～316 之间较为适宜。颗粒太粗则混凝土浆体太少,易

出现蜂窝麻面等外观缺陷,太细则降低混凝土强度。机制砂中宜保持适宜的石粉含量,以改善泵送混凝土的和易性,提高混凝土的强度和耐久性, < 0108 mm 的石粉含量控制在4 %～6 % 较适宜。在机制砂加工过程中要经常测定石粉含量,确保石粉含量控制在允许范围内。

3) 混凝土捣固　墩身混凝土分多节灌筑完成,采用L = 75 cm的捣固棒进行捣固,每30 cm 振捣一遍,保证混凝土密实连续。要适当缩短振捣时间,以克服

机制砂高性能混凝土的泌水现象,避免混凝土表面形成疏松层,以混凝土表面开始泛浆为度。切忌捣固过度,造成混凝土离析、表层光洁度差、起褶皱等表面缺陷。

4) 选用经验丰富的施工人员　严格按照泵送规程,操作过程中尽量避免停泵,工人倒班昼夜作业,泵送中途若停歇时间> 20 min 时,应每隔5 min 开泵一

次,使泵正反运转几次,同时开动料斗的搅拌器,使管内混凝土蠕动,防止混凝土离析;若长时间停泵,应将管内混凝土返泵出管,然后加海棉球压水清洗。

5) 混凝土养护　混凝土灌筑完毕后在模板外侧洒水养护,拆模后用双层塑料薄膜覆盖洒水养护14 d 以上,以防止早期表面裂缝的产生。

5 　试验结果及分析

双肢薄壁空心墩施工中共制做了104 组自检混凝土试件,其中1 # 墩55 组,2 # 墩49 组。根据《公路桥涵施工技术规范》JTJ041 —2000 评定标准。墩身的强度应同时满足:

Rn - KpSn ≥019 R = 019 ×40 = 36. 0 MPa

Rmin ≥ K2 R = 0185 ×40 = 3410 MPa