西溪大桥钢混结合段高性能混凝土配制技术

苏志切

（漳州路桥翔通建材有限公司，福建　漳州　363006）

西溪大桥钢混结合段高性能混凝土配制技术

苏志切

（漳州路桥翔通建材有限公司，福建漳州363006）

钢混结合段是混合桥斜拉桥设计和施工的关键技术之一，国内外实桥应用时均出现过结合段部分开裂情况，混凝土的抗裂性、韧性、抗疲劳强度是关键中的关键。本文阐述配制 C55高性能聚丙烯微膨胀混凝土设计方案、试验研究及施工实践，证明采用膨胀剂及聚丙烯纤维双掺技术是可行的，可以解决这方面的问题，值得推广。

钢混结合段；自密实混凝土；微膨胀；聚丙烯纤维；使用性能

0　工程概况

厦漳同城大道是漳州市“十二五”综合交通运输体系发展规划中提升国道网络通行能力的重要组成部分，位于龙海市九龙江下游，是一座跨九龙江（北溪与西溪）、沙洲岛的特大型桥梁，桥梁全长3.065km，包含北溪大桥、沙洲互通立交和西溪大桥。西溪主桥为独塔扭背索斜拉桥，跨径组成为 (88+200)m。边跨为预应力混凝土箱梁，主跨为钢箱梁。预应力混凝土箱梁通过钢混结合段与主跨钢箱梁连接，钢混结合段位于中跨侧，距主墩中心12m。结合段钢箱梁设置多格室结构，钢格室内部钢筋密集，浇筑空间狭小，混凝土只能通过顶部开设的箱孔注入，振捣困难。同时，为防止结合段混凝土在施工和使用阶段开裂，该混凝土配合比的设计一方面要求混凝土具有抗裂增韧的性能，另一方面又要求混凝土具有良好的使用性能，降低收缩，保证钢混结合段的填充、浇筑密实。根据以往大桥经验[1]，采用 C55大流态微膨胀聚丙烯纤维混凝土，能很好地满足混凝土的防裂要求和密实性。

1　钢混结合段 C55高性能混凝土设计与性能研究

1.1混凝土设计指标

（1）工作性按 Ⅱ 级自密实性能设计，要求坍落度210～250mm，扩展度600～650mm，坍落度经时损失小于20mm，抗离析性能好。

（2）C55混凝土28d 抗压强度不低于65MPa；弹性模量不低于4.0×104MPa。

（3）混凝土180d 干燥收缩值小于400×10-6，这对抗裂是有利的；混凝土自身体积变形为收缩型。

（4）该部位混凝土一次浇筑量440m3；室外环境条件下，混凝土凝结时间要求不少于18h。

1.2混凝土原材料

水泥：龙岩适中新丰水泥有限公司产的春驰 P·O42.5水泥，28d 强度为52.3MPa，标准稠度用水量27%。

外加剂：厦门路桥翔通建材科技有限公司生产的高性能聚羧酸 LQ-100-Z，含固量为14.5%，掺量1.5%，混凝土减水率为28%，混凝土抗压强度比125%。

矿粉：福建洹达工贸有限公司生产的 S95级，比表面积为412m2/kg，28d 活性指数98%。

粉煤灰：漳州后石电厂生产的 F 类 Ⅱ 级，需水量比98%，28d 活性指数72%，细度19.5%。

河砂：中砂，细度模数2.4～2.7，含泥量≤3.0%，泥块含量≤1.0%。

碎石：5～25mm 连续级配碎石，含泥量 ≤1.0%，针片状 ≤10%；压碎值 ≤10%。

1.3配合比设计

1.3.1C55高性能混凝土配合比设计思路

（1）先采用双掺技术（Ⅱ级 F 类粉煤灰及 S95级矿粉）设计 C55自密实混凝土；（2） 用膨胀剂取代Ⅱ级粉煤灰，确定其掺量及相关性能；（3）加入聚丙烯纤维，确定其掺量及相关性能；（4）调整聚羧酸外加剂缓凝成分，确定符合要求的混凝土凝结时间。

1.3.2自密实 C55混凝土配合比设计

设计自密实 C55混凝土配合比方案并对各方案混凝土试样进行性能测试，详见表1。

表1　自密实 C55混凝土配合比设计方案及性能结果

经多次试验，选用 A2方案作为 C55高性能聚丙烯微膨胀混凝土设计基础。

1.3.3自密实微膨胀 C55配合比性能试验

试验室通过对 HEA、UEA、AEA、SY-T、SY-G 等多种高效高性能抗裂膨胀剂的胶材净浆流动度、胶材与减水剂适应性、胶砂减水率及简易快速测试膨胀剂膨胀效果等性能的对比试验，试验结果认为 SY-G 高性能抗裂膨胀剂与所用的水泥等胶凝材料、聚羧酸高性能减水剂适应性好，流动度最高，用水量最少。SY-G 高性能抗裂膨胀剂技术指标：比表面积为310m2/kg、28d 抗压强度48.9MPa、7d 水中限制膨胀率为0.032%、21d 空气中限制膨胀率为 -0.001%。膨胀剂按6%、8%、10% 掺入取代粉煤灰或部分水泥，做不同膨胀剂掺量对自密实混凝土工作性能、力学性能的影响，试验结果见表2。

表2　C55掺膨胀剂自密实混凝土配合比设计方案及性能

经多次试验，确定按 B3方案配制 C55微膨胀自密实混凝土。

1.3.4高性能聚丙烯纤维微膨胀 C55配合比性能试验

在确定掺入8% SY-G 膨胀剂的自密实混凝土配合比基础上加入不同掺量的聚丙烯纤维（按0.5、0.7、0.9、1.1kg），研究高性能聚丙烯纤维微膨胀混凝土工作性能、力学性能、早期开裂性能和混凝土现在膨胀率。

聚丙烯纤维技术指标：直径30.6μm、长度19mm、弹性模量5685MPa、抗拉强度587MPa、断裂伸长率21.6%、表面光洁度0.66%、熔点164℃。

C55聚丙烯纤维微膨胀混凝土配合比设计方案及性能测试结果详见表3。

表3　C55聚丙烯纤维微膨胀混凝土配合比设计方案及性能测试结果

从表3可以看出，聚丙烯纤维掺量对混凝土坍落度特别是扩展度影响很大。综合评价并与混凝土设计指标对比，选择 C1、C3、C4方案评价抗裂性能及180d 干燥收缩值。

采用大板法对 C55聚丙烯纤维微膨胀混凝土的不同聚丙烯纤维掺量的抗裂性能进行评价。大板法试件尺寸600mm×600mm×63mm 的钢模，模具四边用10/6.3mm 不等边角钢用 M12螺栓固定底板上，模具的每个边上用两排共14个 M10×100mm 的螺栓交错固定在不等边的角钢上，模具底板上铺有低摩阻的聚四氟乙烯片材。试件浇筑、振实、抹平后，立即用塑料薄膜覆盖，保持环境温度为30℃，相对湿度60%，6小时后将塑料薄膜取下，用风扇吹混凝土表面，保持8m/s 的风速，然后观察和记录从浇筑起到24个小时混凝土裂缝开裂情况， 包括裂缝长度、宽度、数量，形成如表4的性能分析数据。

表4　混凝土开裂情况

从表4可以看出，在自密实微膨胀 C55混凝土基础上加入0.7kg 的聚丙烯纤维后，抗裂性能大大提高，裂缝消除率超过了82.76%，抗裂敏感性等级从 Ⅲ 级提高到 Ⅱ 级。

混凝土干燥收缩值试验，采用100mm×100mm×400mm试件，试件成型后放入标准养护室养护1天之后脱模，在光滑一面正中间300mm 长的距离内用环氧树脂固定铁夹，待环氧树脂硬化后固定千分表，将试件放入恒温恒湿 (20±2)℃、(60±5)% RH 的环境中养护，连续观测和记录养护到不同龄期时混凝土干燥收缩值，记录数据见表5。

表5　不同龄期的混凝土干缩率

表5试验结果显示，单掺膨胀剂和双掺膨胀剂与聚丙烯纤维高性能微膨胀混凝土各龄期混凝土干缩率差别不大，采用双掺时混凝土干缩率略有减少，两者抗裂性能良好，均能符合高性能聚丙烯纤维微膨胀混凝土设计指标要求。

1.4确定配合比方案

确定高性能聚丙烯纤维微膨胀 C55混凝土配合比方案为表6所示。

1.5确定高性能聚丙烯纤维微膨胀 C55混凝土凝结时间

钢混结合段桥宽94m，受场地影响，需要采用一部48m汽车泵及一部车载泵同时浇筑，由于混凝土高性能聚丙烯纤维微膨胀 C55混凝土自流入钢格室较慢，人工辅助条件受限，整体混凝土浇筑较慢，预计总浇筑时间为18～24h。

考虑到钢混结合段混凝土不能产生施工冷缝问题，必须对混凝土凝结时间进行确定。采用标准养护室 (20±2)℃ 和室外平均环境温度混凝土凝结时间对比试验，多次试验发现：标养下混凝土凝结时间相同，室外温度不同，则混凝土实际凝结时间不一样，室外温度越高，混凝土实际凝结时间越短。相同室外环境条件（阳光普照或阴天）下，如室外平均温度升高1℃，则混凝土实际凝结时间将缩短约1.5h；室外温度相同，不同室外环境条件（阳光普照或阴天）下，混凝土实际凝结时间是不一样的，两者相差3～5h。通过模拟试验的结果，确定混凝土凝结时间（标准养护）为32～34h。

2　钢混结合段 C55高性能混凝土的生产控制

（1）为进一步减少收缩，提高混凝土抗裂性能，对混凝土入模温度进行相应控制。砂石、胶凝材料等原材料提前10天入库均化储存，砂石温度控制在25℃ 以下，水泥、矿粉、膨胀剂温度控制在50℃ 以下，生产用水温通过加冰办法控制在10℃ 以下，混凝土入模温度控制在30℃ 以下。

（2）膨胀剂用散装罐车打入搅拌楼粉料罐，以便生产时可计量，同时方便操作，提高生产效率。

（3）为防止成团，生产时聚丙烯纤维先同干料搅拌均匀后再加水搅拌。

（4）每盘搅拌时间为90秒。

（5）混凝土出厂时每车混凝土实测混凝土性能，混凝土坍落度、扩展度、和易性、温度等性能符合要求方可出厂。

（6）由于运距长（27km）、运输时间长（1h 左右）、运输条件复杂，派专人不定时勘查运输道路状况，调度根据施工浇筑进度以3～4车/h 的节奏控制发车速度，避免在现场出现滞车、堵车现象，减少混凝土坍落度损失，提高混凝土浇筑时的工作性能。

表6　高性能聚丙烯纤维微膨胀 C55混凝土配合比

3　施工效果

该钢混结合段高性能聚丙烯纤维微膨胀混凝土浇筑时间总共20h，供应方量441m3，现场混凝土坍落度控制在240mm 左右，扩展度为590～610mm，入模温度均控制在30℃ 以下，现场浇筑顺利完成。混凝土28d 出厂强度为72.5MPa、现场强度为68.8MPa、劈拉强度平均为4.95MPa，弹性模量平均为42.3GPa，未发现可见的混凝土裂纹。混凝土质量及浇筑施工受到了业主好评。

[1] 李北星，马立军，田晓彬，等，鄂东长江公路大桥钢混结合段自密实混凝土的配制及施工技术研究[J]．公路，2011,03：5-9．

[2] 陈文彬．特大型桥梁墩承台加冰混凝土供应全过程温控总结[J]．商品混凝土，2015,12：70-72．

［通讯地址］福建省漳州市龙文区朝阳工业集中区内漳州路桥翔通建材有限公司（363006）

苏志切（1978—），男，工程师，漳州路桥翔通建材有限公司，现主要从事混凝土生产技术管理工作。