连续刚构桥施工高强混凝土质量控制要点探讨

梅连军

(新疆交通建设集团股份有限公司，新疆　乌鲁木齐　830016)

连续刚构桥施工高强混凝土质量控制要点探讨

梅连军

(新疆交通建设集团股份有限公司，新疆乌鲁木齐830016)

关键词：连续刚构桥；高强混凝土；质量控制；原材料；施工工艺；水化热

0引言

大跨预应力混凝土连续刚构桥的跨径不断增大，目前最大跨径已超过300 m，

其所使用的混凝土强度也早已超过C50，达到了高强混凝土范畴[1-2]。只有严格控制原材料质量、合理确定配合比以及规范施工工序操作，才能使高强混凝土发挥出其高强度的优点。然而在实际施工过程中，施工人员往往并未重视高强混凝土的施工，仍采用普通混凝土施工工艺，对原材料质量把控不严、未对水灰比进行优化，导致采用了高强混凝土的连续刚构桥仍普遍存在主梁开裂现象[3]。

预应力混凝土连续刚构桥箱梁是否开裂，在一定程度上取决于其箱梁高强混凝土质量控制水平的好坏。在现行设计规范可靠度水准不断提高、混凝土容许应力相应降低的前提下，大跨混凝土连续刚构桥所采用的混凝土强度等级也随之越来越高，高强混凝土已被广泛采用。由于高强混凝土材料非均质、离散度大的本质特征，使得高强混凝土的质量控制非常困难[4-5]。

本文以某一主跨145 m的PC连续刚构桥箱梁0#～17#块的浇筑施工为背景，讨论了连续刚构桥中高强混凝土原材料控制要点、配合比设计及优化、施工工艺流程控制要点及水化热控制要点，以期为连续刚构桥中高强混凝土的设计及施工提供参考。

1项目概况

本文以某一主跨145 m的PC连续刚构箱梁桥的施工为背景。该桥跨径布置为(78+145+78)m，桥型布置如图1所示，主梁横截面详细尺寸如图2所示。

图1　桥型布置图(单位：cm)

(a)根部截面

(b)跨中截面

该连续刚构桥主梁采用C55混凝土，混凝土配合比如表1所示。

表1C55混凝土配合比表

(单位：kg/m3)

2质量控制要点

2.1原材料

高强混凝土原材料质量的好坏和比例的合理性与混凝土的质量息息相关[6]。施工前如有条件可通过试验来研究不同原材料类型和比例对连续刚构桥主梁高强混凝土质量的影响，对其原材料进行调研和分析，提出高强混凝土主要原材料的品种、掺量范围与控制指标。依据就地取材、就近取材的原则，优选质量良好、合格的原材料，实时了解原材料的变化，特别是水泥、外掺剂、外加剂等的变化情况，并及时作出调整、优化。

2.1.1水泥

水泥是混凝土中的核心组成成分，水泥性能的优劣直接影响着混凝土的工作性能。因此，在高强混凝土配制设计过程中必须重视水泥工作性能和水泥类型选取。

对于水泥强度等级而言，根据规范要求，高强混凝土所采用的水泥强度等级应≥42.5 MPa；本桥C55采用的为P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

对于水泥用量而言，根据规范要求，高强混凝土的水泥最大用量、水泥与外掺剂的总用量均不应超过规范要求。当水泥用量过大时，混凝土水化过程放出大量热量，易导致温度裂缝的产生。

对于水泥种类而言，根据规范要求，硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥适用于配制高强混凝土，不宜采用其它类型水泥。水泥中碱物质含量和氯离子含量都不应超过相应指标。

2.1.2拌合用水

水是混凝土不可缺少、不可替代的主要组分之一，直接影响混凝土的各种性能，如力学性能、长期性能和耐久性能等。水的质量应符合相应技术标准和规范的要求，以保证混凝土的质量满足桥梁建设要求。

桥梁属于百年大计，设计使用年限通常为100年，根据《混凝土用水标准》(JTG-2006)[7]，拌合用水中氯离子含量必须在合理的范围，不能超过规范限值。对于用于高强混凝土拌合的水，有条件的情况下应当按规范标准进行pH检测、不溶物检测等相关项目的检测并符合相应的技术标准。

2.1.3粗细骨料

(1)粗骨料：对高强混凝土而言，粗骨料除了满足普通混凝土粗骨料要求外，对其抗压强度要求更加严格，需超过混凝土强度等级30%。粗骨料的选择应当因地制宜，选择连续级配、含泥量≤0.5%的非碱活性粗骨料，不得使用混凝土建筑垃圾破碎而得到的再生石料。

(2)细骨料：高强混凝土细骨料除了满足普通混凝土细骨料的要求外，还应当因地制宜，选择级配良好、含泥量≤2.0%的非碱活性细骨料。

2.1.4外掺剂

高强混凝土外掺剂宜使用活性掺和料，这些活性掺合料包括自身具有水硬性的矿渣和自身不具有水硬性、但经磨细后与水泥等凝胶材料拌合在一起、加水后能在水中和空气中硬化的粉煤灰。一定掺量的外掺剂可以达到降低水泥用量、节约成本的作用。

2.1.5外加剂

对于高强混凝土而言，在配制过程中宜加入一定剂量的高效减水剂。在冬季高强混凝土户外浇筑施工时，混凝土宜按相应规范标准加入一定剂量的防冻剂。

2.2配合比

(1)利用材料堆积最大密实度理论和双掺技术配制低水化热、低收缩徐变、抗裂性好的高强混凝土，研究不同粉煤灰、矿粉等外掺剂掺量和减水剂等外加剂的用量对PC连续刚构桥箱梁高强混凝土工作性能的影响；

(2)研究新拌混凝土的含水量、流变性能和匀质性，根据其初始性能指标与长期性能(如强度等)之间的相关性，预测高强混凝土材料的后期性能，保证PC连续刚构桥主梁混凝土的施工质量；

(3)合理设计配合比参数，尽量减小胶材及水泥用量，控制用水量，增加粗骨料用量，以提高高强混凝土的体积稳定性、减小徐变，确保大跨径预应力连续刚构桥整体结构的安全；

(4)比较不同粉煤灰等外掺剂掺量、不同养护条件高强混凝土的水化热、收缩、徐变与抗开裂敏感性，并考虑施工的方便性、经济性和易保证性，最终确定连续刚构桥箱梁混凝土的配制方案。

2.3施工工艺

2.3.1混凝土拌合

在混凝土浇筑施工过程中应充分考虑混凝土的供给能力，保证浇筑工作的连续进行，防止应混凝土供应不足而中断施工。在混凝土搅拌施工前，应聘请有专业资质的单位对搅拌设备进行标定。混凝土搅拌施工如遇雨天，应当实时测定粗细骨料中含水率的变化，并根据测定结果及时对用水量进行调整，以确保配合比准确。

对于连续刚构桥箱梁高强混凝土的拌合，根据规范要求必须采用强制式拌合机进行拌合。在混凝土搅拌前，应将搅拌设备加水运行5 min，洗净设备中的杂物并湿润搅拌机壁。混凝土搅拌好后要尽量全部卸出，卸出过程中严禁进料。

2.3.2混凝土运输

对高强混凝土的运输，宜优先采用内壁光滑平整、密封性良好的混凝土搅拌车运输，运输前应先将内壁清洗干净。运输过程中，应防止混凝土发生离析、漏浆等现象。当运输过程中混凝土出现离析现象时，应在不加水的情况下对混凝土进行二次搅拌。尽量避免在炎热夏季的烈日下运输混凝土，否则会造成混凝土入模温度过高，混凝土结构水化热温度效应难以控制。

2.3.3混凝土浇筑与振捣

对连续刚构桥箱梁高强混凝土的浇筑，应注意防止混凝土浇筑自由倾落高度过大而造成混凝土离析。浇筑过程中应密切关注是否存在模板等变形，如有变形应立即处理。对于一次浇筑成型的混凝土结构应尽量缩短更换泵车等中断浇筑的时间，合理安排组织施工。

对连续刚构桥箱梁高强混凝土的振捣，一般采用拆入式振捣棒振捣。振捣时间应当适中，过短和过长均会影响混凝土质量。振捣顺序要安排合理，同时尽量避免漏振。

2.3.4混凝土养护

大跨预应力混凝土连续刚构桥广泛用于山区高速公路中，桥位所处环境风速一般较大，在混凝土浇筑完成后应采取覆盖防风处理措施，以防止混凝土因失水过快而开裂。当连续刚构桥底板、腹板和横隔板等部位尺寸接近大体积混凝土范畴(最小边尺寸>0.8 m)[8]时，应注意采取保温养护措施，防止水化热引起的内外温差过大而导致结构开裂。

3水化热问题浅析

随着跨径的不断增大，大跨预应力混凝土连续刚构桥的各截面尺寸不断增大，零号块底板、腹板、横隔板等部位尺寸已接近或达到了大体积混凝土范畴；与此同时，所用混凝土的强度等级也在提高，水泥用量增多，水化热问题也更加明显。背景工程桥梁箱梁零号块底板厚度达到了1.0 m。

通过在该桥底板中间位置和对应底板表面位置沿纵桥向埋置3组温度传感器，测量其底板内部温度变化情况和表面温度变化情况。

根据测试结果，发现该连续刚构桥零号块底板中心最大温度达到了78.5 ℃，略微超过了规范限值(70 ℃)。同时，该桥零号块底板内外温差达28.4 ℃，也略微超过了规范限值(25 ℃)。虽然通过对该桥零号块底板检查并未发现可见裂缝，但施工过程中应当重视大跨预应力混凝土连续刚构桥的主梁(特别是零号块)的水化热温度效应控制问题。

建议采取如下措施减少水化热温度效应：

(1)在保证高强混凝土强度满足要求的前提下尽量减少水泥用量，采用水化热绝热温升较低的水泥；

(2)在混凝土运输时，特别是在夏季，应特别注意防晒，以控制混凝土入模温度不宜过高；

(3)在混凝土浇筑时，可通过设置冷却管通水降温，在拌合过程中，可采用冰代替等量的水进行搅拌，以达到降温效果；

(4)加强混凝土的养护，及时进行覆盖抗风和洒水保湿，内外温差不宜过大。

4结语

大跨PC连续刚构桥施工过程中应特别注重高强混凝土的质量控制，具体可以从原材料优选、配合比优化、采用合理施工工艺等要点对高强混凝土质量进行控制。此外，还应该重视高强混凝土用于连续刚构桥带来的水化热温度过高的问题，采取合理措施保证内部峰值温度和内外温差来满足规范相应要求。

参考文献

[1]周军生，楼庄鸿.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势[J].中国公路学报，2000，13(1)：31-37.

[2]郑勇，胡大琳，沈永林.轻质高强混凝土在连续刚构桥中的应用分析[J].公路，2005(7)：32-35.

[3]张天明.特大跨度连续刚构桥开裂及下挠防治措施探讨[J].公路交通技术，2011(2)：71-73.

[4]刘小燕，颜东煌，张峰，等.预应力高强混凝土梁极限承载力分析[J].中国公路学报，2006，19(1)：58-61.

[5]崔士起，孔旭文.小直径芯样检测高强混凝土强度试验研究[C].第六届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议，2002.

[6]成国强，赵俊青.高强混凝土原材料及配合比设计参数的选择[J].哈尔滨建筑大学学报，1998(3)：82-85.

[7]JTG-2006，混凝土用水标准[S].

[8]JTG/T F50-2004，公路桥涵施工技术规范[S].

摘要：随着跨径的不断增大，连续刚构桥所采用的混凝土强度也越来越高，其中，高强混凝土已被普遍用于大跨连续刚构桥的修建中。文章结合某一主跨145 m的三跨连续刚构桥上部结构高强混凝土(C55)的浇筑施工实例，从原材料控制、配合比优化、施工工艺控制等三个方面，对连续刚构桥主箱梁施工过程中的高强混凝土质量控制要点进行了探讨，并分析了高强混凝土浇筑过程中所产生的水化热温度过高对大跨连续刚构桥大体积零号块箱梁施工带来的不利影响，阐述了实际施工过程中常用的高强混凝土水化热控制措施，以期为连续刚构桥中高强混凝土的设计及施工提供参考。

Discussions on High-strength Concrete Construction Quality Control Key-point of Continuous Rigid Frame Bridges

MEI Lian-jun

(Xinjiang Communications Construction Group Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830016)

Abstract：With the continuous increasing of span，and the concrete strength used in continuous rigid frame bridge is also increasing，wherein the high-strength concrete has been widely used in the con-struction of large-span continuous rigid frame bridge.Combining the pouring construction practices of three aspects of high-strength concrete(C55)at upper structure of a three-span continuous rigid frame bridge with the main span of 145m，this article discussed the high-strength concrete quality control key-points during the main box-girder construction of continuous rigid frame bridge from three aspects of raw material control，mixing ratio optimization and construction process control，and analyzed the ad-verse effects on bulky #0 block box-girder construction of large-span continuous rigid frame bridge by higher hydration heat temperature caused during high-strength concrete pouring，and described the high-strength concrete hydration heat control measures commonly used in actual construction process，hoping to provide the reference for high-strength concrete design and construction in continuous rigid frame bridges.

Keywords：Continuous rigid frame bridge；High-strength concrete；Quality control；Raw materials；Con-struction technology；Hydration heat

作者简介

中图分类号：U448.23

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.018

文章编号：1673-4874(2016)04-0064-04

收稿日期：2016-03-26

梅连军(1979—)，工程师，研究方向：土木工程。