C60 自密实混凝土在潮州大桥工程的应用研究

黄舜涛，王明义

（1.潮州市建设工程技术服务中心，广东 潮州 521000；2.黑龙江省龙建路桥第五工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150070）

0 引言

随着我国社会的全面发展，桥梁建设水平也有长足进步。尤其是快速发展的现代桥梁施工技术更使我国桥梁建设朝着大跨度、高荷载、高时速等方向突飞猛进，涌现出一批世界瞩目的伟大工程。混凝土作为桥梁工程主要建筑材料，随着其性能朝着高流态、免振自密实等高技术方向快速发展，混凝土综合技术水平对桥梁建设总体水平的提升有着不可替代的作用。本文尝试依据项目高质量目标、设计要求、施工技术难点，结合地方建筑材料特点，精心设计混凝土配合比方案，优化施工技术措施，探索高强自密实混凝土在大桥建设中应用的成功经验，以期为同类工程实践提供参考。

1 工程概述

1.1 工程概况

潮州大桥是广东省交通建设重点工程，横跨韩江两岸，设计总长约 3 000 m，其中桥梁全长 2 420 m，主塔高 108 m，主桥面宽 30.5 m，匝道桥宽度均为 8 m。主桥为主跨 180 m 独塔预应力混凝土双索面斜拉桥，桥面为双向六车道城市主干道路，设计时速为 60 km/h，设计车辆荷载为公路-I 级，通航等级为内河 III 级航道。工程由龙建路桥股份有限公司、深圳市建设（集团）有限公司联合承建，主要质量安全检测和试验单位为潮州市建筑工程质量检测站，全程参与本工程建筑材料、地基基础、主体结构、施工机具等的试验和检测工作。大桥于 2018 年顺利建成通车，运营使用以来，结构稳定、质量优良、安全舒适，获得广泛好评，经济效益和社会效益显著。

1.2 质量目标及获奖情况

潮州是一座国家历史文化名城，悠久灿烂的潮州文化蕴含着一种追求精品、追求卓越的质量精神。位于潮州大桥上游约 3 km 处的广济桥是中国四大古桥之一，誉为“世界上最早的启闭式桥梁”，凝聚了历代匠人的工匠精神和高超的营造技艺，也体现出潮州在我国桥梁建设史上的重要地位。因应潮州市打造特色精品城市的定位，潮州大桥立项伊始，即确立了创建国家优质工程（“鲁班奖”）作为质量目标。为此参建各方尤其是施工单位龙建路桥股份有限公司，汇聚了最精干的技术力量，组建了专业齐全的项目施工管理团队，加强与设计单位、试验检测单位、材料供应商等各方的技术合作，在建筑新技术，新材料，新工艺等方面联合开展技术攻关，成效显著。

项目建设过程取得一系列技术成果，推广应用了建筑业十项新技术，自主创新技术八项，多项达到国内领先水平。项目先后荣获 2018—2019 年度中国建设工程鲁班奖（国家优质工程）、广东省新技术应用示范工程、广东省优秀工程勘察设计一等奖、黑龙江省建筑业新技术应用示范金牌工程、三项广东省级工法等多项荣誉。

1.3 工程重难点

工程最大特点和技术难点是主要构件全部采用钢筋混凝土现浇施工，必须按照设定的施工作业方向有序推进。其中，主桥结构设计采用型钢混凝土结构，配筋（钢）密集且结构复杂，表现在型钢规格大、钢筋配置多、节点密集且连接复杂；型钢截面形式有交叉双工字钢和并联双工字钢，钢柱柱头和柱身且有加劲肋板，尤其梁柱交叉节点处水平加劲肋板多至四道；特别是主塔，呈“正面门字型、侧面双戟型”由 4 个独立塔肢、横向联系梁、纵向联系梁及十二个不同内径弧形装饰板组成，高达 108 m，塔身壁薄至且 70 cm，劲性骨架、索导管、环形预应力筋等交错布置，空间狭小而不规则，致混凝土泵送及振捣施工难度较大［1-5］。

其次，大桥主体施工时值盛夏炎热季节，日间气温长时间维持在 36 ℃ 以上，如何在大体积现浇混凝土连续施工情况下，控制内部升温、抑制早期裂缝，保障混凝土结构稳定性、安全性和耐久性，是本项目施工又一个技术难点。

2 技术重难点突破

根据上述难点，为提高混凝土现浇施工的可操作性，确保钢筋和钢柱密集区混凝土浇筑过程不出现离析、蜂窝、孔洞、界面等不良现象，保证主要构件混凝土施工质量，经对施工技术方案反复进行试验研究、论证比选、科学优化，最终确定大桥主要竖向构件采用 C60 自密实混凝土现场浇筑的施工工艺。

为确保 C60 高强自密实混凝土质量，首要措施是设计优化配合比方案。

2.1 配合比设计技术要求

配合比设计成果首要考虑混凝土物理力学性能和结构耐久性，其次是结合构件结构特点考虑施工的便利性与可操作性。混凝土拌合物工作性能要求：流动度高、填充性好、黏度低、不易离析、不泌水、不分层，出机和易性、流速、可泵性良好，尤其须优先保障其良好的填充性。本项目混凝土性能要求如表 1 所示。

表1 C60 自密实混凝土工作性能要求

2.2 原材料优选与质量控制

在满足拌合物工作性能、确保混凝土质量的前提下，尽量就地取材，节省成本。韩江流域粤东地区有广泛的花岗岩体分布，所产花岗岩碎石以及以花岗岩风化残余构成的韩江砂，均是优质混凝土骨料。经比选确定的各原材料主要性能指标如表 2 所示，满足 JGJ 55－2000《普通混凝土配合比设计规程》对于高强混凝土原材料性能指标的要求。用于本工程配制 C60 自密实混凝土，可以提高施工操作的便利性，保障工程质量。

表2 C60 自密实混凝土原材料技术参数表

其中，细骨料采用韩江潮州市上游河段出产的河砂，是一种花岗岩风化残余物为主、以 SiO2为主要成分的石英砂，颗粒级配良好、磨圆度高且质地坚硬，是天然优质的混凝土细骨料，用以配制高强度泵送混凝土，能有效提高混凝土的包裹性、流动性、可泵性、保塑性，在降低混凝土的泌水和离析现象、改善保水性和黏聚性，降低混凝土拌合物的流动阻力，提高混凝土拌合物的间隙通过性等方面有天然优势。

粗骨料采用潮州市宝盛石料场生产的花岗岩碎石，原矿为燕山三期黑云母花岗岩，岩石单轴抗压强度平均 174.2 MPa，最高达到 254 MPa，莫氏硬度 6.4［6］。其生产的 5～20 mm 连续粒级花岗岩碎石，因主要组成矿物石英和长石硬度差异较大，粉碎后的碎石表面粗糙，压碎指标<10 %，针片状颗粒含量不到 5 %，能较大程度提高水泥胶砂与碎石表面的握裹力和粘结强度，增强硬化混凝土强度。经反复试验，确定石子用量中 5～10 mm 与 10～20 mm 掺和比例为 4∶6 时，堆积密度最大，确定为本工程配制 C60 自密实混凝土的最佳级配。石子筛分试验结果对比表如表 3 所示。

实践证明，外加剂对高强自密实混凝土的流动性、间隙通过性、填充性、抗离析性等性能指标有很大影响，是原材料选择必须考虑的一个主要因素。而聚羧酸减水剂因其低掺量、高减水率、坍落度损失小、可调范围宽、综合性能优异、能使胶凝材料的性能达最佳状态，且绿色环保，使用广泛。本项目初选三种聚羧酸缓凝高效减水剂产品，与拟用的华润 P.O 52.5 普通硅酸盐水泥进行了减水率、净浆流动度等参数的适应性试验，试验结果如表 4 所示。

表3 石子筛分试验结果对比表

表4 外加剂减水率试验效果表

试验表明，上海麦斯特建工高科化工有限公司生产的聚羧酸缓凝高效减水剂（BASF8860CR），具有掺加量低、减水率高、坍落度损失小、净浆流动度高等优点，是配制高强自密实混凝土的优先选择。

2.3 配合比设计方案

根据 JGJ 55－2000《普通混凝土配合比设计规程》和 CECS 203：2006《自密实混凝土应用技术规程》关于高强度自密实混凝土配合比设计要求，计算确定基准配合比如表 5 所示。

表5 C60自密实混凝土基准配合比方案

各组配合比试拌时，分别对拌合物的坍落度、扩展度等指标进行取样检测，并各制作立方体抗压强度试件两组，分别用于 7 d 龄期和 28 d 龄期抗压强度试验。试验结果（见表 6）显示，3 号配合比混凝土试件 28 d 龄期抗压强度达到 76.5 MPa，效果最优。

为检验本次 C60 自密实混凝土拌制的质量效果，我们对混凝土拌合物进行取样检测，以检验优选的配合比方案所配制的混凝土主要物理力学性能，结果如表 7 所示。

检验结果显示，配合比编号 3# 的 C60 自密实混凝土，拌合物具有良好的和易性、黏聚性和保水性，坍落度损失小、净浆流动度高、间隙通过性强、填充性好、抗离析性强等优点，硬化混凝土强度增长快，主要物理力学性能指标满足高性能混凝土技术要求和本工程设计要求，且符合经济适用的选用原则，可以用于本建设项目相应分部工程的混凝土施工。

3 施工质量控制措施

高强自密实混凝土施工质量控制是一个系统工程，在做好科学合理的配合比设计工作的基础上，如下各种技术措施也是必不可少的。

3.1 严格的生产质量控制

1）严把原材料的质量关。根据已确定的 C60 高强自密实混凝土配合比设计方案，通过细致的进场抽样复验，确保每批进场拟投入生产的原材料所有的技术参数都满足前述 C60 自密实混凝土设计方案的要求。

2）加强现场计量与检验。准确测定砂石料的实际含水率，每工作班抽样检测二次，特别须注意抽样的代表性，抽样位置要避开料堆表面，确保所测含水率的准确性，并以此为依据调整配合比用水量；搅拌投料时，每盘计量偏差严格控制＜ 1 %。

表6 C60自密实混凝土配合比比对试验结果表

表7 C60自密实混凝土主要物理力学性能试验结果表

3.2 科学高效的施工工艺

1）模板工程。免振自密实高强混凝土观感质量须达到清水混凝土质量标准，为此现场施工采用可调式定制钢模板，根据主塔外观形状和截面尺寸，分片配置，分段拼接；模板中部不设横穿对拉螺栓，而是采用横向桁架+上下两层环绕对拉螺杆加固，提高模板工程整体刚度、强度和稳定性，确保混凝土浇筑成型过程不变形；拼缝处安装海绵止浆条防止漏浆。

2）搅拌、运输与泵送。为便于施工，本工程现场设立搅拌站，大大缩短混凝土运距，混凝土从搅拌完成、出槽、运输到卸料泵送，整个过程持续时间基本能控制在 30 min 左右，最多不超过 1 h，以最大限度减少坍落度损失，保障混凝土拌合物的和易性、高流动性，确保浇筑过程的易操作性，有效提高高强自密实混凝土的施工质量。

3）浇筑。充分利用施工场地有利条件，实现混凝土短距离运输、连续泵送、不间断浇筑，杜绝施工分层界面；为保证混凝土在构件边角位置和钢筋密集区域充填密实，要求现场施工人员加强对构件边角处模板的敲击，以及对钢筋密集区域实施多点短时的轻微振捣，振捣时间 10 s 左右。

4）控温。主要措施包括以下几点。

①降低混凝土入模温度。为骨料遮阳降温，采用冷水拌制，尽量避开日间炎热时间浇筑；②加强施工中温度控制。采用推移式连续浇筑，加强浇筑过程测温和信息化控温；③适当设置温度配筋。在构件变截面、转折处、空洞转角周边等位置适当增加斜向构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝。

5）养护。浇筑完毕，立即采用双层塑料薄膜包裹封闭，以防水分蒸发散失；同时，安装自动喷淋系统，在混凝土终凝后立即不间断进行雾状喷洒水分养护，持续保持混凝土表面处于湿润状态并维持混凝土内部与表面温差＜25 ℃，洒水养护时间持续在 21 d 以上。

4 质量检验结果

4.1 外观质量

大桥主要竖向构件混凝土养护完成后，经拆模检查，外观感光滑而有光泽、无裂缝和蜂窝麻面、基本无气泡，接缝通顺，无明显搓痕，达到天然不加修饰的美观效果。

4.2 强度检测

主塔混凝土按规范要求分别留置标准养护试件和同条件养护试件，混凝土龄期达到 28 d 以后，采用回弹法进行混凝土抗压强度的现场检测，强度统计评定结果都满足设计文件和国家规范的要求。

4.3 抗渗性能检测

抗渗等级达到 P10 以上。检验结果显示：该批高强自密实混凝土无论是外观质量还是力学性能、耐久性能，都能满足国家规范和设计要求。

5 结语

本文结合潮州大桥设计要求、结构特点、施工条件、地方材料等因素，充分发挥检测机构和施工单位各自的专业优势，联合攻关，重点从 C60 高强自密实混凝土配合比设计研究入手，很好解决了工程布筋密集、结构复杂、泵送高度大、混凝土性能要求高、现浇施工难度大等技术难题，有效提高了工程整体质量水平，最终荣获 2018—2019 年度中国建设工程鲁班奖（国家优质工程），广东省新技术应用示范工程等荣誉。同时从工程实践中总结出高强自密实混凝土配制和生产过程中的技术要点和管理重点，可为同类工程提供参考。Q