崇启大桥50m箱梁冬季超早强高性能混凝土配制技术

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施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2012年5月下第41卷第365期
崇启大桥50m 箱梁冬季超早强高性能
混凝土配制技术
白平，陶建飞，赵潇文，宋伟明
（中交二航局第二工程有限公司质量检测所，重庆
400016）
［摘要］结合崇启长江公路大桥江苏段施工特点，介绍了箱梁湿接缝施工工艺。

详细讲述了混凝土配合比技术要求、配制思路及措施、配制技术难点，工程技术措施、主要原材料及配合比选定等。

对混凝土配合比水化热、耐久性、
冬季湿接缝C55混凝土配合比力学性能进行试验检测，结果满足规范要求，并有效缩短工期，节省施工成本，工程质量得到保证。

［关键词］桥梁工程；混凝土；高性能混凝土；湿接缝；配制技术［中图分类号］TU755
［文献标识码］A
［文章编号］1002-8498（2012）10-0018-04
Preparation of High Performance Concrete with
Super-early Strength in Winter for 50m Girder in Chongming-Qidong Bridge
Bai Ping ，Tao Jianfei ，Zhao Xiaowen ，Song Weiming
（Inspected Department ，The 2nd Engineering Co．，Ltd．of CCCC Second Harbour
Engineering Co．，Ltd．，Chongqing
400016，China ）
Abstract ：Combining with the construction characteristics of Jiangsu segment in Chongming-Qidong Bridge ，
construction process of wet joints in the girder is introduced．The requirement ，preparation thinking and measures ，difficulties of concrete mix proportion are described in detail ，as well as the technique measures ，main raw materials and the selection of mix proportion．The tests are done to detect the concrete hydration heat ，durability and the mechanical properties of C55concrete at wet joints in winter．The result shows that the construction period is shortened ，
the construction cost is saved ，and construction quality is ensured．The preparation techniques meet the requirements of codes or standards．Key words ：bridges ；concrete ；high performance concrete ；wet joint ；preparation technology ［收稿日期］2012-01-20
［作者简介］白平，中交二航局第二工程有限公司质量检测所所长，高级工程师，重庆市渝中区菜袁路196号民新花园400016，电
话：（023）68701909，
E-mail ：8358838@qq．com 1
工程概况
崇启长江公路大桥江苏段是沪（崇）苏公路越江通道的北段，是交通部规划的上海至西安国家高速公路的重要组成部分，
大桥全长4.5476km ，由南引桥（江苏段）、主桥、北引桥组成，桥跨布置为102m +4ˑ185m +102m 。

上部结构采用六跨变截面连续钢箱梁；下部结构采用实心墩，
矩形倒圆角承台，钢管桩基础。

南引桥（江苏段）长2.4km ，上部结构采用48跨50m 预应力混凝土连续箱梁，预制节段逐孔拼装。

北引桥南段长0.6km ，上部结构采用12跨50m 预应力混凝土连续箱梁，预制节段
逐孔拼装；下部结构采用实心/空心墩，圆形承台，钢管桩/钻孔桩基础。

北引桥北段长0.6036km ，上部结构采用20跨30m 预应力混凝土连续箱梁，逐孔浇筑施工，
下部结构采用实心墩，钻孔桩基础。

崇启大桥处于长江入海口，属于近海环境，受潮汐影响较大，水中含氯度较高，江水对混凝土及钢筋腐蚀大，全桥采用高耐久性海工混凝土。

2湿接缝结构2.1
结构特点
50m 箱梁采用“体内+体外”预应力混凝土等高结构，箱梁上缘梁宽15.8m ，下缘梁宽7.2m ，梁高3m 。

顶板厚0.28m ，底板厚0.25 0.65m ，腹板厚0.4 0.7m ；翼缘板端部厚0.20m ，根部厚0.55m ，在墩顶设2.5m 厚中横梁，
梁端设2.0m 厚端横梁，其余部位均不设横隔梁。

箱梁块连接采用密齿型剪
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力键，环氧树脂胶接缝，转向块采用横梁式。

其中
湿接缝位于墩顶块两侧，截面面积13.313m 2，宽度
15cm ，如图1所示。

图1湿接缝示意（单位：cm ）Fig．1
Wet joints layout （uint ：cm ）
2.2施工工艺特点
根据现场施工条件，采用陆上搅拌→罐车运至
码头→溜槽（托泵）运至料斗→轮船运至南、北引桥→架桥机吊运至湿接缝浇筑点浇筑的混凝土施工工艺。

湿接缝浇筑宽度很小，密布钢筋且存在预应力波纹管。

长距离运输、
浇筑时间长，需要混凝土具有优良的施工性能及良好的工作性能。

3混凝土配合比设计3.1
混凝土技术指标要求
崇启长江公路大桥50m 箱梁短线匹配法施工湿接缝宽度较小（约15cm ），
混凝土用量少（每个湿接缝约2m 3
），
冬季施工环境恶劣（5ħ甚至负温），工艺复杂（需4次倒运），一般高性能混凝土早期强度低，
无法保证施工工期。

为确保大桥按期建成通车，结合工程具体情况，提出具体混凝土技术指标要求：混凝土坍落度（200ʃ20）mm ，常温下坍落度2h 损失≤40mm ，初凝时间5 8h ，终凝时间≤12h ，无泌水，含气量控制在2% 5%；在环境温度为5ħ左右时，自然养护2d 混凝土强度≥49.5MPa ，弹性模量＞3.2ˑ104
MPa ，28d 标准养护强度≤82.5MPa ；开裂和收缩满足海工混凝土技术要求，84d 混凝土氯离子扩散系数K ＜1.5ˑ10－12
m 2
/s 。

3.2
配制思路及措施
1）湿接缝部位宽度小（约15cm ），一次性浇筑
量小（约2m 3
），湿接缝混凝土结构断面较薄，表面系
数相对较大，胶凝材料水化热量能够均匀散失，不会造成混凝土表层与内部温差过大而产生较大温度应力，开裂风险减小，故采用较多的水泥来提高
混凝土早期强度。

2）掺入比水泥颗粒细的低碱早期高活性矿物掺和料，具有以下优点：①高活性可以促进早期强度大幅增长；②细化孔道及填充水泥颗粒间隙，降低水泥石毛细孔隙率，使混凝土更加致密；③可与水泥水化物Ca （OH ）
2
和C 3A 的水化物钙矾石发生
二次水化反应，生成强度高而稳定的物质；④低碱矿物掺和料能有效降低混凝土总碱含量，抑制碱骨料反应，
对混凝土耐久性有利。

3）混凝土中部分水分的蒸发会引起混凝土体积收缩，
并在其内部形成较多毛细孔道，这对混凝土耐久性很不利，且考虑到混凝土的工作性能主要靠外加剂调节来实现，
而不是用水，应采用优质高效减水剂来实现低水胶比，
降低不利影响，达到体积稳定性，提高混凝土早期强度及弹性模量。

4）混凝土弹性模量受骨料的品种影响较大，骨料抗压强度越高，弹性模量越高，混凝土弹性模量越高。

为满足预应力张拉混凝土早期达到较高弹性模量，
选用级配好、空隙率小、质量好的优质骨料。

为减小混凝土干收缩，砂率不宜过大。

5）混凝土的工作性能主要是采用高性能聚羧酸减水剂来调节、
控制。

调整高性能减水剂的各功能组分，控制混凝土拌合物凝结时间和初、终凝时间差，保证混凝土工作性能的同时提高工作性能保持力，不但满足施工工艺，而且保证了施工质量。

3.3
配制技术难点
1）混凝土工作性能与早期力学性能的矛盾混凝土运输、
浇筑时间长，则需要较长的缓凝时间且要保持良好的工作性能，而施工进度又要求混凝土快速凝固以达到早期强度高的目的，快速凝固势必使混凝土坍落度损失较大。

2）混凝土早期力学性能与耐久性的矛盾
要
想使混凝土早期强度高，
需添加较多胶凝材料，早期水化放热多且增大收缩、开裂风险，对混凝土耐久性不利。

3）混凝土大掺量掺和料与低温超早强的矛盾一般情况下，混凝土中掺入大量的粉煤灰、矿粉和硅灰等矿物掺和料后，
将会出现早期强度偏低且增长缓慢的情况，尤其在冬季低温时将会表现得更为明显。

4）低温环境小方量混凝土的蓄热问题
环境
温度较高时，
混凝土强度增长较快，而对于湿接缝这样的小方量混凝土，在高空无法养护，怎样保证自身水化热量不散失，将会有利于超早强。

3.4
工程技术措施
根据崇启大桥所处环境条件、施工需要，混凝
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土不仅要有高性能混凝土的特点还要具备超早强混凝土的早期力学性能，必须从高性能和超早强两个方面有新突破。

1）采取措施提高湿接缝混凝土蓄热量，促进颗粒及分子热运动活跃程度，加快胶凝材料水化反应速率，尽可能使更多的胶凝材料在短时间内参与水化及深度水化（接近完全水化），形成较多水泥石晶体，达到超早强的目的，是本湿接缝混凝土配制的重要指导思想之一。

2）结合实际结构（薄壁结构）特点，通过原材料的创新搭配、合理组合，发挥多种效应消除或降低不利影响，最大化利用有利因素，进一步提高超早强和耐久性，是本湿接缝混凝土配制的重要指导思想之二。

3）要求外加剂增加保坍组分、减少缓凝成分，减少坍落度损失，保持良好的工作性能，在混凝土初凝后能相对较快地到达终凝，缩短初终凝时间差，并重点突出外加剂的减水率，以达到低水胶比目的。

要求掺和料早期活性指数高，可提供充足热量促进水泥水化，从而改善整个胶凝体系的早期活性，快速提升混凝土强度，实现其早强功能，这两条要求是重要手段。

3.5主要原材料
崇启大桥是江苏省重点工程，项目开工之初就力求做到高起点、高质量、高速度、高效益，进行了大量的原材料考察、选材、对比等，且前期基桩、承台、墩身、箱梁等重要部位材料质量稳定、供应充裕，故超早强混凝土原材料采用现场材料。

1）水泥P·Ⅱ42.5水泥，其碱含量为0.55%，氯离子含量0.01%，C
3
A含量6% 12%。

2）粗骨料5 25mm连续级配碎石，含泥量≤0.5%，压碎指标≤12%，针片状颗粒含量≤10%，粗骨料松散堆积密度＞1500kg/m3，无碱活性。

3）细骨料中砂，细度模数2.3 3.0，无碱活性。

4）外加剂PCA聚羧酸型高性能减水剂，减水率为36%。

5）拌合水自来水。

6）掺和料SBT-HDC（Ⅱ）高性能矿物掺和料，1d活性指数实测高达142%。

用高性能矿物掺和料取代10%的水泥后，胶凝材料的最大放热速率明显提高，较全水泥体系提高近40%，总放热量提高18%。

说明高性能矿物掺和料能够显著提高胶凝材料早期的反应速率，从而使得整个胶凝体系的早期活性得到改善，改变了以往普通掺和料早期活性低的通病，实现了早强功能。

3.6混凝土配合比选定
通过材料优选，技术攻关，性能测试与分析，针对崇启大桥短线匹配法施工箱梁湿接缝所处地理环境和施工特殊性能要求，采用不同水胶比、砂率、总胶凝材料及掺和料用量进行配合比优化控制，检测必要的工作性能、力学性能和耐久性指标（抗氯离子渗透）进行取舍，确定冬季超早强湿接缝C55海工混凝土配合比（kg/m3）为：水泥ʒ矿物掺和料ʒ碎石ʒ砂ʒ减水剂ʒ自来水=450ʒ80ʒ1049ʒ700ʒ7.95ʒ133。

水胶比0.251，砂率40%，含气量2% 4%，坍落度（200ʃ20）mm，初凝时间5 8h，终凝时间≤14h，容重2420kg/m3。

4混凝土性能分析研究
4.1混凝土水化热分析
冬季混凝土早期强度是关注的焦点，重点对冬季混凝土配合比进行水化热分析，从混凝土水化热峰值试验检测结果曲线（见图2）可知，混凝土加水拌合后13h21min左右，胶凝材料水化放热达到峰值32.6J/（g·h），即混凝土出场至施工结束3 4h，胶凝材料水化热离峰值较远，混凝土能够保持良好的工作性能，湿接缝施工结束后，混凝土中自由水数量逐渐减少，混凝土流动性逐渐减小，强度逐渐形成，结束9h后胶凝材料水化热达到峰值，是混凝土强度迅速增长阶段，满足施工工艺要求，基本达到早强混凝土配制初衷。

图2混凝土水化热曲线
Fig．2Curve of concrete hydration heat
4.2冬季湿接缝C55混凝土力学性能分析
冬季湿接缝C55混凝土力学性能随龄期增长规律如表1所示。

4.3混凝土耐久性分析
1）开裂试验分析冬季超早强湿接缝海工高性能混凝土开裂试验结果为195mm2/m2，按照《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193—2009的规定，该混凝土早期抗裂性能达到了较高级L-Ⅳ级。

2）收缩试验分析冬季超早强湿接缝海工高性能混凝土收缩试验满足设计要求。

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表1冬季湿接缝C55混凝土力学性能
Table1Mechanical properties of C55concrete
in the winter at wet joints
龄期/d
同条件试件标准养护试件
抗压强
度/MPa
弹性模
量/GPa
累计温
度/ħ
抗压强
度/MPa
弹性模
量/GPa
135．7—17．144．3—
251．44．2437．057．44．82
358．5—56．066．2—
767．85．17124．576．45．28
1475．4—264．580．7—
2880．65．32534．082．75．46
5682．6—1034．584．2—
8483．95．511562．584．85．64
注：同条件养护为混凝土试件不脱模，保鲜膜覆盖成型面，棉被覆盖，2d后拆模
3）氯离子扩散系数分析混凝土龄期为：7，14，28，56，84d时氯离子扩散系数分别为：3.62，2.94，2.18，1.24，0.93m2/s。

该冬季超早强C55海工混凝土在整个施工期内混凝土84d氯离子扩散系数均＜1.5ˑ10－12m2/s，按照《混凝土耐久性检验评定标准》的规定，达到最高级RCM-Ⅴ级。

综上所述，该冬季超早强C55海工混凝土自然养护2d便可达到50MPa以上，弹性模量＞3.2ˑ104MPa，后期强度也在平稳缓慢增长，均无倒缩现象。

混凝土氯离子渗透系数84d均＜1.5ˑ10－12m2/s，体积稳定性好、耐久性高，达到配制预期目标，对于要求早期强度高的预应力薄壁结构较为适用。

5结语
在50m箱梁安装施工时，每施工一跨可节约3d 左右工期。

虽湿接缝混凝土单位体积成本高于其他同强度等级混凝土，但浇筑方量较小，却对施工进度起到至关重要作用，早期强度高可加快施工进度，有效缩短工期，降低机械设备、能源、人员等成本，产生较大的经济效益。

冬季超早强高性能混凝土技术要求高，原材料组分多，生产机械自动化程度高，施工管理和质量控制尤为重要，如控制不好，将会严重影响混凝土工程质量，降低性能，使耐久性得不到保证。

同时，必须对影响质量的所有因素（人员、材料、机械、工艺、环境）进行全面控制，才能保证其最终质量。

参考文献：
［1］Very early setting ultra-high strength cement：USA，7150786［P］．2006-12-19.
［2］Very early setting ultra high early strength cement：USA，4957556［P］.1990-09-18.
［3］谷炼平．青藏铁路高原冻土区低（负）温早强高性能混凝土的质量控制［J］．铁道工程学报，2004（1）：34-38.
［4］吴志刚，段峰涛，侯学力，等．早强掺和料在铁路预应力混凝土中的应用研究［J］．工业建筑，2010（11）：9-12．
（上接第9页）
3）混凝土基本匀速向上顶升，若所有装置连接到位，且无突发因素影响，本工程浇筑速度为45m3/h，泵送压力值最大为15MPa。

4）混凝土顶升至相应标高后，应及时停泵，并稳压2 3min，若混凝土面无明显回落，方可关闭截止阀，拆除截止阀后泵管。

5）由于钢管柱内混凝土分两次顶升，故在新旧混凝土接槎处应进行处理，防止在第1次顶升混凝土顶部形成素浆层，可以进行剔凿处理或在第1次顶升混凝土顶部撒一定数量的级配石子。

6）在顶升混凝土之前应全数检查钢管柱上除柱顶外所有开口是否密封严密，防止顶升过程中漏浆，影响混凝土质量。

7）混凝土坍落度应严格控制在240 260mm，对不合格的混凝土坚决退场，防止坍落度过大或过小从而导致泵送压力变大。

8）由于钢管柱顶部支撑网架结构，故必须保证柱顶混凝土的密实度。

10结语
本工程钢管柱内混凝土质量采用敲击法全数检查，无不密实情况；相应同条件、标准养护混凝土试块强度全部达到要求。

西安咸阳国际机场二期扩建工程T3A航站楼工程应用40根大截面钢管柱顶升混凝土浇筑施工技术与传统的从上向下浇筑方法相比钢管柱节约了59.17万元。

实践证明，顶升法施工大直径钢管柱内混凝土不仅提高了混凝土结构的安全性和耐久性，确保了工程质量，且能够节省大量劳动力，降低劳动强度，加快施工进度，对大直径钢管柱内自密实混凝土的施工具有一定的参考价值。

参考文献：
［1］中国建筑科学研究院．CECS203ʒ2006自密实混凝土应用技术规程［S］．北京：中国计划出版社，2006.
［2］中国建筑科学研究院．JGJ/T10—2011混凝土泵送施工技术规程［S］．北京：中国建筑工业出版社，2012.
［3］哈尔滨建筑工程学院，中国建筑科学研究院．CECS28ʒ90钢管混凝土结构设计与施工规程［S］．北京：中国计划出版
社，1991.
［4］苏广洪，葛洪军．广州珠江新城西塔斜交钢管混凝土柱施工技术［J］．施工技术，2009，38（12）：1-4.
［5］金耀．用于钢管混凝土立柱中的混凝土泵送顶升施工技术［J］．铁道建筑，2006（11）：33-34.。