大体积高强度高性能混凝土的控制和应用

赵 磊

（中铁大桥局集团第一工程有限公司，河南 郑州 450053）

1 工程简介

宜万铁路宜昌长江大桥，其主跨采用结构为（130+2*275+130）m纵横竖三向预应力混凝土连续刚构柔性拱结构,其跨度和结构形式在同类桥梁中居世界第一。主梁顶面宽14.4米，底宽9.2~12.727米，斜腹板斜率5.5：1的单箱双室变截面箱梁结构，三个主墩的0#块高14.5米，每个0#块的混凝土方量有三千多方，加上其它材料总共近万吨，有"万吨0#块"之称，施工时其质量控制难度较大。每个主墩的梁体有30个块段，其中0#-7#块的混凝土都在250方以上，根据混凝土的体积和结构尺寸，前7个块段均为需要特殊施工工艺的大体积混凝土。所有主梁的混凝土都采用C60高性能混凝土。

2 混凝土配合比的设计

宜万铁路宜昌长江大桥的主梁的混凝土都采用C60高性能混凝土，高性能混凝土配合比设计首先要保证其满足耐久性要求，耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、抗碳化性和体积稳定性以及碱-集料反应等。还要保证其低收缩性、最大密实性和较小的徐变等性能。结合工地的实际情况，在配合比设计时我们要同时满足以下几点：

2.1 在保证质量的情况下使混凝土四天强度达到90%，以便工程的块段施工的工期要求。

2.2 由于泵送的高度高、距离远和钢筋布置结构复杂，要求混凝土有特别好的工作性和可泵性，工作性是保证混凝土浇筑质量的关键，还要求高性能混凝土拌合物具有高流动性（坍落度应不小于200mm）、自密性、坍落度损失小，同时还应具有体积稳定性好、不离析、不泌水等特性。

2.3 由于本工程施工时各个块段的体积较大，要求混凝土具有低水化热、低水胶比和低用水量，只有这样才能保证大体积混凝土不开裂，尽量不采用内部预埋散热管，保证混凝土的耐久性。

通过大量的室内实验，我们要解决以上问题的主要技术途径是：采用P·O42.5水泥，掺入活性矿物细掺料和聚羧酸高效减水剂。

水泥的确定：根据水泥的水化热、强度和工地的实际施工情况，决定采用P·O42.5水泥。

活性矿物细掺料的确定：

通过大量的混凝土实验比对和对混凝土的胶凝材料微观分析，宜万铁路宜昌长江大桥采用的是比表面积大于600m2/kg的超细矿物掺和料，矿物掺和料是由性能好的一级粉煤灰和高炉矿渣按3：1的比例混合在加工磨细而成，其主要指标见表1：

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经过实验我们选择了在混凝土中掺入15% 、20% 、25% 、30%的掺和料，综合比较最终确定在混凝土中掺入20%（占胶凝材料）的矿物掺和料用来改善混凝土的性能，这样矿物细微颗粒均匀分散到水泥浆体中，填充水泥石孔隙，改善混凝土的孔结构，达到最大密实度，提高混凝土的抗渗性。同时矿物掺和料的掺入取代了部分水泥，降低了混凝土初期水化热，减少了温度裂缝。

高效减水剂的确定：

配合比确定初期，我们采用的是萘系和氨基磺酸盐系减水剂，用这两种外加剂混凝土的各项指标虽然能满足C60高性能混凝土的各项指标，但是可泵性稍差，混凝土粘度大，4天强度不能达90%以上。经过讨论对比并试验我们采用了目前减水率达到40%以上的聚羧酸盐类外加剂，采用这种外加剂能在水胶比0.28的情况下获得高流动性，混凝土工作性能满足现场施工要求。

最终确定的配合比如表2：

其中编号为C166的为冬季使用，编号为C161的为夏季使用。

配合比确定后，我们对其进行了一系列的室内实验，主要有胶凝材料混合后的颗粒分析，混凝土耐久性的六大指标，混凝土的干缩和徐变，混凝土的水化热，混凝土德强度增长等实验。结果证明我们的混凝土配合比完全满足高性能混凝土的各项要求，在质量上特别是在收缩和徐变上比同类混凝土有很大的提高。

该配比为首次在铁路大跨度预应力梁上使用此种型号的减水剂和大量掺入矿物掺和料的工程。

根据使用的胶凝材料数量，经水化热公式计算，混凝土的绝对温升在55℃左右。综合考虑不需要再施工时内部布置散热管降温。

3 混凝土的施工控制

在工程中我们首先要施工11号墩的0#块，混凝土量在3000方左右，体积较大，高度在14.5米，底板厚在1.5米左右。由于高度大，模板侧压力和底板压仓板的压力都特别大，再加上混凝土方量较大，施工中很难控制。施工日期在温度较高的2006年的7月底，采用以上配合比，在工程中取得了较好的效果。宜万铁路宜昌长江大桥的三个主墩施工中我们在采用了高性能混凝土的基础上，掺入了较多缓凝保塑剂，用于延长混凝土的放热速度和混凝土的升温峰值，并做好混凝土的养护工作，在箱内和顶面采用蓄水养护，侧面和底部不间断撒水养护。同时预埋测温元件对混凝土不同的部位每隔2到4个小时进行监测，总结大体积高性能混凝土的内部温度随着龄期的变化情况，并根剧温度的变化采取措施。在监测中测得混凝土芯部温度最高达到90℃左右，但是混凝土30厘米表层温度和环境温度之差均小于20℃，在后期的检查中混凝土没有出现有害裂纹。下表是我们监测的11号墩0#块部分温度见表3：

在其它块段的施工中，我们根据环境条件、施工情况和水泥的三天强度。灵活调整和使用配合比，在前7个块段都预埋了测温线，时时监控混凝土的温度，为现场提供更好的服务。

4 大体积高强高性能混凝土施工总结

在过去普通的大体积混凝土施工中，混凝土的温度高峰期多出现在第三天到第五天，温度上升较快，随着水泥水化的完成温度迅速下降，易造成混凝土表面产生裂纹，严重时影响混凝土的质量，通常要采取内部降温或外部保温措施来保证混凝土的质量。

从我们施工中可以看出，采用掺加20%经过配制和加工的矿物掺和料的大体积高性能混凝土，不仅在性能和强度满足质量和施工需要外，而且对于大体积混凝土施工也较为有利，其温度高峰期出现在混凝土施工完的第三天到第七天之间，其峰值比较平缓，有效地降低了混凝土的梯度温差，减小了混凝土由于温差变化而产生的拉应力，混凝土的表层30厘米内的温度与环境温度之差小于20℃，从而预防了混凝土的开裂。从而避免了混凝土内部使用散热管降温，不仅使结构的安全得到保证，而且也取得了很好的经济效益。

[1]李保华.大体积混凝土温度监测与裂缝控制[D].辽宁工程技术大学，2006.

[2]宋锟.筏板基础大体积混凝土温度裂缝控制研究[D]，辽宁工程技术大学，2005.