C55高性能混凝土配合比设计和应用

2020年6月第2期葛洲坝集团科技总第134期C55高性能混凝土配合比设计和应用
蒋峥1、邵莲芳$
1.葛洲坝集团试验检测有限公司
2.湖北省宜昌市鼎诚工程技术服务有限公司
摘要：本文以石首长江大桥北岸边跨箱梁混凝土为例，阐述了大型箱梁C55高性能混凝土
配合比设计，为了满足施工性能、力学性能、耐久性能、减少大体积混凝土产生水化热，
将混凝土配合比设计分为夏季和冬季配合比设计，在工程应用中达到了预期的效果。

关键词：箱梁；高性能混凝土；配合比设计；水化热
0引言
高性能混凝土是以工程设计、施工和实用对混凝土性能特定要求为总体目标，以耐久性为设计基本要求，选用优质常规原材料，合理掺加化学外加剂和矿物掺合料，采用较低的水胶比并优化配合比，通过预拌生产方式以及严格的施工质量控制措施，制成具有优异的工作性、均匀性、密实性、力学性能、耐久性能和长期性能的混凝土，高性能混凝土应特别重视养护，初凝以前要及时保湿，终凝以后要加强补水，即对于浇筑完成后的裸露面应在收浆后立即用塑料薄膜覆盖或喷雾、喷养护剂保湿，脱模后的暴露面应釆用覆盖保水材料和浇水等方式养护。

1工程概况
石首长江公路大桥位于荆州市，是湖北省高速公路网规划的“枣阳-石首”高速公路跨越长江的控制性工程，设计时速为lOOkm/h,双向六车道。

主桥釆用主跨820m的双塔不对称混合梁斜拉桥方案，北边跨采用C55混凝土主梁，长251.5m；由钢混结合段及36片大型箱梁组成。

大型箱梁梁段类型为F型，箱梁尺寸大致为：长6.8m,宽38.5m,中心线高3.82加，顶板厚度55cm,底板厚度55cm,斜底板厚度55cm,内腹板厚度85cm。

设有两道横隔板，横隔板厚度为32cm。

2混凝土配合比设计
2.1设计要求
作为混合梁斜拉桥关键组成部分，设计参数如下：
⑴混凝土抗压强度等级C55,坍落度210+20mm,扩展度550+50mm；
⑵混凝土弹性模量不小于3.6X104MPa；
⑶混凝土总碱量不大于3.Okg/m3o
2.2原材料优选
经过工程前期原材料的比选和公路桥涵施工技术规范要求，优选出以下原材料：
(1)水泥：华新水泥(宜昌)有限公司生产的P•052.5水泥；
(2)砂：湖南洞庭湖产的河砂,0-4.75mm,细度模数2.7；
(3)碎石：湖南省临湘市凡泰矿业有限公司，
(4.75-19.0mm)其掺配比例为：4.75-9.5nmi=30%, 9.5-19inm=70%；
(4)外掺料：岳阳华能实业总公司产的I级粉煤灰，荆州中和新型建材有限责任公司生产的矿粉；
(5)减水剂：上海逸春建材科技有限公司生产SX-C18型聚竣酸高性能减水剂，掺量：1.1%,减水率大于30%；
(6)水：当地地下水。

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No.2Jun.2020GEZHOUBA GROUP SCIENCE&TECHNOLOGY Serial No.134
2.3配合比设计及优化
根据本地区夏季温度较高的特点，经研究决定C55混凝土配合比设计分为夏季配合比和冬季配合比两个部分，配合比中掺和料选用优质粉煤灰和矿粉，在满足C55混凝土配置强度的前提下，夏季配合比主要以控制水化热为目的，适当减少水泥用量，增加粉煤灰用量，夏季混凝土内最高温度不突破70°C,室内试验成果见表1；冬季配合比设计考虑到当地气温低的因素，为有利于保障施工进度，满足预应力混凝土张拉时对强度要求，选择水胶比时略有减低，提高了水泥用量，减少粉煤灰用量，适当提高早期强度，室内试验成果见表2；根据试验成果，最终选定混凝土配合比见表3
2.4现场施工控制
现场生产工程中严格控制原材料的质量，特别针对砂石料含泥量常常超标的现象，项目部采取二次冲洗方法，进场砂石料均先经过二次冲洗和脱水后方能进入拌合楼料仓，有效控制了砂石含泥量超标带来的危害。

每次混凝土生产前，先进行混凝土配合比复盘工作，当拌合楼复盘混凝土和易性良好，混凝土夏季施工为避开高温时段，一般安排在夜间进行混凝土施工，采取加冰水降低混凝土拌合温度，一般混凝土出机口温度在25°C左右。

箱梁混凝土内部预埋冷却水管，通过接通循环冷却水，降低内部核心部位温度,为全面掌握混凝土内部温度情况，在夏季7月份夏季温度较高时，选择一片边跨箱梁，分别在箱梁上中下部位埋设混凝土温度计，混凝土内部温度监测成果显示：气温最高36-38°C时，混凝土温度在混凝土浇筑完后第3天到达最高，底部66.8°C,中部65.3°C,上部55.3°C。

说明箱梁底部大体积混凝土是通水降温的重点温度控制部位。

冬季施工时，一般安排在白天浇筑混凝土，混凝土浇筑完毕厚釆用外表面搭设桁架，整体包裹彩条布，混凝土上部覆盖土工布，采用蒸汽养生的方式，进行混凝土保温保湿养护。

表1C55混凝土夏季配合比室内试验成果表
水胶比(％)
每立方混凝土材料用量坍落
度
(mm)
扩展
度
(mm)
抗压强度
(MPa)
抗压弹模
(MPa)水
(kg)
水泥
(kg)
碎石
(kg)
砂
(kg)
粉煤灰
(kg)
减水剂
(kg)
矿粉
(kg)
7d28d28d
0.2714432011166991337.4478020553555.867.6 4.25 0.301442841136741118 5.2037121556054.065.1 4.14 0.331442621139775109 4.8006522055052.162.5 3.98
表2C55混凝土冬季配合比室内试验成果表
水胶比(％)
水
(kg)
水泥
(kg)
碎石
(kg)
砂
(kg)
粉煤
灰
(kg)
减水剂
(kg)
矿粉
(kg)
坍落
度
(mm)
扩展
度
(mm)
抗压强度
(MPa)
抗压弹模
(MPa)
7d28d28d
0.26144388110369083 6.0928321051059.470.9 4.46 0.29144348112073174 5.4567421554556.267.0 4.35 0.32144315112976868 4.9506721556553.162.9 4.13 40
2020年6月第2期葛洲坝集团科技总第134期
表3C55混凝土推荐配合比
强度等级水胶
比
设计坍落
度(mm)
每立方混凝土材料用量
总碱量
(Kg/m
3)
备注水泥
(kg)
细集
料
(kg)
粗集料
水
(kg)
粉煤灰
(kg)
外加剂
(kg)
矿粉
(kg)
4.75-9.5
(mm)
9.5-19
(mm)
C550.30190-230284741341795144118 5.20371 2.0夏季C550.29190-23034873133678414474 5.45674 2.3冬季
在混凝土浇筑过程中，特别是底板到腹板之间，钢筋布置较密，为保证填充效果，混凝土塌落度一般按上限控制，浇筑时应适当控制浇筑速度，以防止钢筋骨架整体上浮。

现场施工时采用在底板浇筑完成后，内模封底时混凝土暂停约40分钟至80分钟(夏季高温季节施工按40分钟控制，冬季施工时适当延长)，达到放缓浇筑速度目的。

3结语
通过原材料的优选和配合比优化设计，石首长江大桥北边跨大体积箱梁混凝土浇筑到达了预期效果，混凝土各项指标满足设计要求，梁体外观光洁平整。

在今后类似工程中，大体积混凝土的生产需要进一步加强混凝土浇筑温度控制，夏季除采用冰水拌和、夜间浇筑、通冷却水循环外，还可采用喷雾等方式降低砂石料和运输搅拌车表面温度，延缓混凝土内部水化温升速度；冬季拌制混凝土时，可采取热水拌和、集料保温等措施，满足混凝土拌和后所需的温度，保障混凝土入模温度要求，并在混凝土浇筑后加强蒸汽养生，避免和减少大体积混凝土温度裂缝的产生。

［作者简介］
蒋峥男葛洲坝集团试验检测有限公司
高级工程师湖北宜昌443002
邵莲芳女湖北省宜昌市鼎诚工程技术服务有限公司
工程师湖北宜昌443002
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