大跨高低塔斜拉桥悬臂现浇主梁混凝土施工配合比设计

文 / 候睿

大跨高低塔斜拉桥悬臂现浇主梁混凝土施工配合比设计

文 / 候睿

1.引言

大跨度高低塔斜拉桥以其独特新颖的造型而驰名。混凝土浇筑质量决定了桥梁是否能与环境融为一体，浑然天成。随着我国桥型设计越来越多融入景观元素，桥梁混凝土施工配合比设计的要求也是越来越高。本桥设计为不对称桥跨结构，最远悬臂浇筑梁段需泵送超过200m。由于斜拉索张拉程序的要求：斜拉索进行第二次张拉时，现浇段内混凝土必须处于流塑状态。在不平衡斜拉桥主梁悬臂现浇施工前，设计一种完全符合本桥施工要求的高性能混凝土成为本桥能否完美竣工的基础。

2.工程概况

大冲邕江特大桥主桥设计为三跨连续高低（双“H”型）塔、跨径193+332+113混凝土斜拉桥，全长638m；结构形式采用高低塔、双索面、密索、对称扇形布置、双分离边箱形断面主梁、塔梁分离的半漂浮体系结构。主梁标准节段长8m、中心梁高3m、梁面设2%横坡、梁底水平、梁面宽31m、梁底宽19.2m，每节标准节段均设斜拉索一对(左右对称布置），C55混凝土为180m3、重约480t（见图2-1）。

3.研究的必要性

3.1 混凝土外观需要

我国悬臂现浇梁施工已形成一项非常成熟的施工技术，无论从模板选择，还是新型脱模剂的应用，亦或是模板处理、面板保护等都有一套完整、严谨的措施。为此，切实决定梁体外观质量的就是混凝土施工配合比的设计和实施。大跨度悬臂梁施工浇筑，由于采用地泵泵送混凝土入模的方式，施工时间相对较长，施工配合比的设计更是显得尤为重要。设计出一个优秀的施工配合比，可以说是抓住了混凝土外观的根本。

3.2 施工需要

本桥斜拉索张拉分为三阶段张拉，即悬臂现浇段混凝土浇筑前进行斜拉索第一次张拉；混凝土浇筑一半时进行斜拉索第二次张拉；混凝土浇筑完成、梁内预应力束张拉完成并完成斜拉索索力转换之后进行第三次张拉。斜拉索进行第二次张拉时，要求混凝土必须处于流塑状态，以避免因混凝土初凝后进行斜拉索张拉而导致梁段接茬处出现拉裂缝，致使主梁出现质量隐患。

图2-1 主梁标准节段横断面图

图2-2 主桥示意图

4.悬臂现浇主梁C55混凝土施工配合比设计

4.1 对混凝土配合比的要求

大冲邕江特大桥主梁部分设计混凝土强度等级为C55，地泵浇筑，混凝土罐车运输，拌合站距泵送地点4km，全部走施工便道。由于南宁地理位置处于亚热带多雨地区，施工便道经常处于颠簸状态，拌合站到泵送地点需行使40分钟左右。且悬臂现浇主梁钢筋稠密，每节挂篮8米，两边共16米，混凝土方量360m3左右，正常一个节段浇筑时间约13h。

由于C55混凝土胶凝材料用量大，水胶比大，混凝土黏稠，每小时实际泵送能力为15m3左右，这就对泵送混凝土的工作性能提出了具体要求：混凝土出拌合机坍落度设计为200mm～230mm，扩展度不小于520mm，入模坍落度不小于200mm，扩展度不小于500mm，坍落度损失1小时不大于20mm且不泌水，不离析，混凝土初凝时间不小于14h，各项工作性能指标必须良好。

4.2 原材料的选择

4.2.1 水泥

根据施工图纸要求用P·Ⅱ52.5水泥，所以选用扶绥新宁海螺水泥有限责任公司生产的P·Ⅱ52.5水泥。

4.2.2 细集料

细集料采用合浦洋江砂场生产的河砂中砂。

4.2.3 粗集料

采用南宁长塘汶水坡石场生产的最大粒径为19mm的两级配碎石。

4.2.4 矿粉

采用防城港万鑫建材有限公司生产的S95级矿粉，掺量（内掺）为9%。

4.2.5 外加剂

采用山西黄河新型化工有限公司生产的HJSX-A聚羧酸高性能减水剂（缓凝型）掺量1.5%，减水率达到40～44%，缓凝时间为超缓凝型，缓凝时间为16h±2h，外加剂性能检测见表4.2-7。

4.2.6 水

水采用饮用水。

4.3 实验室（初步）配合比计算与选定

4.3.1 按《普通砼配合比设计规程》JGJ55-2011进行实验室配合比计算

⑴试配强度计算：

在无实际统计资料计算混凝土标准差时，按照《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204）的规定，混凝土强度标准差取6.0Mpa,则配制强度为：

⑵计算水胶比：

取基准:0.28。

4.3.2 确定用水量

根据JGJ55-2011规定,经试拌用水量调整为=205kg/m3，在加入1.5%减水剂时混凝土用水量为

4.3.3 确定胶凝材料用量

即:减水剂为:536×1.5%=8.04kg/m3

4.3.4 确定胶凝材料用量

根据JGJ55-2011规定,经试拌调整及工地施工情况,矿粉取代胶凝材料重量为536×9%=48kg/m3

即水泥用量为:536-48=488kg/m3

4.3.5 砂率

4.3.6 计算集料用量：（用体积法）

4.3.7 实验室初步配合比

水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20：0.31：0.016：0.1

4.4 基准配合比B组的试拌及配合比选定

基准配合比B根据初步计算配合比进行确定，暂定水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉=488：688：1076：150：8.04：48=1:1.41:2.20:0.31:0.016:0.1，水胶比=0.28、=39%。

4.4.1 基准配合比B组的试配试验

⑴材料基础用量

按计算初步配合比，试拌40L混凝土拌合2组7d、2组28d各材料用量为:

水泥：488×0.04= 19.52kg

表4.4-1 基准配合比B组抗压强度试验检测报告

砂子：688×0.04=27.52kg

碎石：1076×0.04=43.04kg

水:150×0.04= 6.0kg

外加剂：8.04×0.04=0.322kg

矿粉：48×0.04=1.92kg

⑵试拌检测

测定坍落度为220mm，扩展度520mm，粘聚性、保水性好，满足施工和易性要求，实测混凝土容重为245kg/m3。

4.4.2 基准配合比B组的选定

根据试验检测结果确定基准配合比B组为：

水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20：0.31：0.016:0.1

4.5 确定实验室配合比

4.5.1 确定实验室配合比

A组各材料用量为：水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

455：719：1079：150：7.50：45

1：1.58：2.37：0.33：0.016：0.1

拌和40L材料用量为：水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

18.2：28.76：43.16：6.00:0.3：1.8

试验检测结果：

①实测坍落度为225mm，实测容重为2454kg/m3

②成型试件7d、28d各3组

③混凝土凝结时间不满足施工要求。

B组各材料用量为：水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

488：688：1076：150：8.04：48

1：1.41：2.20： 0.31：0.016：0.1

拌和40L材料用量为：水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

19.52 ：27.52：43.04：6.00：0.322：1.92

试验检测结果：

①实测坍落度为220mm，实测容重为2457kg/m3

②成型试件7d、28d各5组

C组各材料用量为：水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

525:657:1071:150:8.655:52

1:1.25:2.04:0.29:0.016:0.1

40L材料用量为：水泥：砂子：碎石：水：外加剂：矿粉

21.00：26.28：42.84：6.0：0.346：2.08

试验检测结果：

①实测坍落度为210mm，实测容重为2467kg/m3

②成型试件7d、28d各3组

③混凝土凝结时间不满足施工要求。

4.5.2 配合比的调整与确定

⑴和易性比对：

通过对三组混凝土配合比进行试拌检测，A、B、C、三组砼配合比混凝土的和易性、粘聚性、保水性等各项性能均满足施工和易性要求。

⑵分组试配抗压强度比对：

三组试配混凝土抗压强度经检测，符合设计要求。

⑶缓凝时间比对：

根据现场的实际情况，在自然然温度下用混凝土贯入阻力测定仪对混凝土凝结时间进行了测定（自然温度20～33℃）。

①A组混凝土试配初、终凝时间记录：其缓凝时间12h：56min，不满足施工要求。

②B组混凝土试配初、终凝时间记录：缓凝时间16h：40min，满足施工要求。

③C组混凝土试配初、终凝时间记录：缓凝时间13h：50min，不满足施工要求。

⑷实测容重比对：

根据砼A组、B组、C组容重实测值2454kg/ m3、2457kg/m3、2467kg/m3与混凝土理论容重计算值2456kg/m3、2458kg/m3、2464kg/m3所对应之差的绝对值0.08%；0.04%；0.12%，B组试配配合比实际与理论容重偏差最小，最为接近理论容重值，故B组试配最为适宜。

⑸配合比确定

综合上述⑴～⑷A、B、C三组混凝土试配各项指标比对，B组混凝土无论是混凝土和易性、强度还是缓凝时间、实测容重与理论容重偏差均能满足设计要求和混凝土现场施工需要，可视为最佳配合比，故推荐B组配合比最佳配合比作为现场施工理论配合比（见表4.5-1）。

表4.5-1 大冲邕江特大桥主梁C55混凝土理论配合比 单位：Kg

5.结论

大冲邕江特大桥C55泵送现浇混凝土配合比设计，参照JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》、GB50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》、GB/ T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》等标准，本配合比在试验室经过了长达6个月的试验验证。先通过从4种外加剂，逐个进行试配筛选，确定采用山西黄河新型化工有限公司生产的HJSX-A聚羧酸高性能减水剂（缓凝型）；而后以选定外剂为基础后，确定初步配合比，并以此进行3组基础配合比试验验证比对、优化。优化试配时，采取通过对水泥用量450kg/m3～500kg/ m3，矿粉用量8%～12%，外加剂用量1.0%～1.7%等方面进行掺量细微调整的方法，形成3个配合比。优化过程中发现：凝结时间达到施工要求，强度达不到设计及施工要求；强度设计及施工要求，凝结时间达不到施工要求。又经过2个多月的试配调整、反复验证，最终确定大冲邕江特大桥主梁C55混凝土理论配合比，顺利通过监理办试验室及业主中心试验室的验证，并批复使用。

通过现场施工验证，证明此配合比设计科学合理，具有较高的适用性，有效保证主梁施工质量，为今后类似高低塔斜拉桥主梁混凝土配合比设计提供可靠理论基础。由于本配合比采用外加剂价格偏高，胶凝材料用量偏大，有违设计配合比时要经济这一理念，在今后的工作中有待进一步探讨。

（作者单位为中铁十六局集团地铁工程有限公司）