墩身机制砂泵送砼配合比设计与质量控制

刘勃

【内容提要】 根据沙坝特大桥的工程特点和陇南地区地材的特性，采用正交设计优化方法，优选出采用机制砂配制的高性能混凝土配合比，满足了远距离、高落差的泵送施工要求，确保了施工质量。

【关 键 词】 机制砂 泵送 正交设计 高性能混凝土

中图分类号：TU528文献标识码： A

1．沙坝特大桥概况

沙坝特大桥所属于中铁十三局兰渝铁路指挥部四分部施工项目，中心里程为DK322+153,起讫里程为DK320+940.77～DK323+365.23,全长2424.46m，共计墩台76个，桥台采用T型桥台，圆端型桥墩，墩身最高27m，孔跨类型为双线74-32m+1-24m简支梁，穿越宕昌县沙湾镇鹿川村和沙坝村，墩台身混凝土均采用C30混凝土，共计26359.9m3；混凝土在拌和站集中拌制，运输采用混凝土搅拌运输车运送，浇筑采用混凝土输送泵，托盘、顶帽、垫石混凝土采取一次连续浇筑成型。

该桥址处于山区，当地地才匮乏，周围缺乏砂石等原材料，交通不便，物资供应困难。本文主要介绍试验室解决本桥用机制砂配制高性能砼，满足高墩施工砼泵送以及采用掺粉煤灰等措施提高砼和易性、降低工程成本等问题。

众所周知，泵送混凝土与一般混凝土主要区别在于其不仅要满足设计要求的强度、耐久性等，还要有良好的工作性及可泵性，即拌合物在输送管道中摩擦阻力小、粘聚性好，不离析、不堵管。尤其在大高差、长距离、采用机制砂泵送条件下，原材料的质量控制和配合比设计是实现良好工作性能的首要基础。因此我们做了大量的试验，通过正交优化混凝土配合比，来满足墩身混凝土高墩泵送的施工要求。

2．原材料的选择

2.1水泥

水泥考虑长距离泵送，初凝时间宜>2h ，其余指标符合国家质量标准及铁标标准要求，根据工程实际情况，选用甘肃天水祁连山P.O42.5级水泥，水泥的物理指标见表1。

表1 水泥的物理指标

2.2粉煤灰

考虑到加少量的粉煤灰能够改善混凝土的工作性能的、降低水泥用量等优点，选用兰州西固电厂的Ⅰ级粉煤灰，具体技术指标见表2。

表2 粉煤灰的技术指标

2.3砂

选用机制砂,自配设备生产加工，生产出的机制砂的含泥量低于1.5%、细度模数3.0-2.3间，砂的粗细程度考虑可提高混凝土的强度，减少混凝土的用水量，减少泌水和离析现象，砂的技术指标见表3

表3 砂的技术指标

2.4石子

根据泵送砼施工技术规范要求，主要控制指标为最大粒径、针片状含量和级配。最大粒径与输送管管径之比为:泵送高度<50m 时， ≯1∶3 ，泵送高度在50～100m时，宜为(1∶3～1∶4)，泵送高度>100m 时，宜为(1∶4～1∶5)。为此确定墩及下部结构最大粒径为31.5mm 。要求连续级配，针片状颗粒含量<10%。因为针片状颗粒含量多和级配不良时，输送管弯头处的管壁易磨损，同时易造成管道堵塞。根据《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》铁建设[2009]152号要求，砼用粗集料母材强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5倍，故石子母材强度要≥45MPa。

本着就地取材，经济适用的原则，选用角弓镇石场碎石，母材强度达98MPa,自己破碎生产，由于是自产碎石, 在毛石破碎之前先进行冲洗，破碎后碎石再进行冲洗一遍,这样含泥量均控制在0.5％左右，坚固性较好，收缩比低，级配好，能降低空隙率，减少砂率，压碎指标低，有利于混凝土强度的提高，碎石级配掺量分别为：5-10mm占15%、10-20mm占30%、16-31.5mm占55%。主要技术指标见表4。

表4 石子的技术指标

2.5外加剂

外加剂的使用目的:减水、增稠、缓凝、高强，尤其是象这种用机制砂配制的高性能混凝土，更需具有高性能的外加剂来增加其工作性。因此，现场选了数家外加剂进行配合比设计及拌合物性能进行比对，根据现场的试验我们选择了江苏博特新材料有限公司JM-PCA（1）型聚羧酸系高效减水剂。具体技术指标见表5。

表5外加剂的技术指标

3．设计试配方案

试配主要目的是考核混凝土的水胶比、外加剂掺量、粉煤灰掺量和用水量四个因素对墩身混凝土的强度、工作性能的影响，从而找出最佳组合，制定最优的配合比。考核指标主要是混凝土拌和物工作性、7d强度、28天强度及56天强度。

3.1用正交表安排试验方案

配合比试验的每立方米用水量根据以往同类工程的经验数确定，其余的试验指标按因素、水平, 选用正交表安排试验方案，见表6、表7。

表6 因素水平表

表7正交表

3.2按以上设计思路进行C30砼计算，试配调整

设计条件：配制墩身C30 砼，坍落度140-180mm，水泥是天水祁连山P.O42.5，砂是机制砂，MX=3.0，碎石规格为5mm-31.5mm连续级配，外加剂为江苏博特JM-PCA（I），砼容重设计为2400kg/m3，含气量要求大于4.0%，设计水胶比要求小于0.50，设计每立方混凝土胶凝材料用量要求不小于300kg，电通量56天不大于1500C，抗渗等级P8，作用环境：碳化环境T2。

计算(试拌调整)配合比与试验结果见表9

3.3试配结果的分析

试配的目的是既要满足设计要求的56天强度，又要满足施工要求的坍落度、可泵性和经济性要求。在试拌中对混凝土性能进行测试，观察，综合分析，确定了最佳组合参数，试配的结果及分析结论见表8。

表8

我们对9号配合比进行了施工前验证,复试结果见表9。

表9 施工配合比复试结果

4．质量控制

优化配合比后,在生产过程中我们主要通过以下三方面进行控制,以确保混凝土的质量。

4.1生产方面

对搅拌机各计量部位的进行校正，以确保材料计量的准确性，协调好运输车辆，保证混凝土的连续运输。

4.2原材料方面

对每批进场材料在使用前按标准抽检，合格后方能使用。重点控制指标：

4.2.1水泥凝结时间、比表面积、安定性及3d强度；

4.2.2集料颗粒级配、最大粒径、针片状颗粒含量及含泥量；

4.2.3外加剂使用前3d试拌混凝土，测定拌合物性能及3d强度。

4.3混凝土的生产过程控制

4.3.1拌合时严格执行施工配合比，确保拌制时间≮2min。并定期校验配料机的计量准确性；

4.3.2入泵前拌合物坍落度控制在140～180mm，确保在浇筑地点坍落度为140～180mm；现场派试验员值班，如果发现任何异常情况及时反馈到试验室，以便有效及时的解决所存在的问题。

4.3.3采用连续性泵送工艺，停泵时间≯15 min； 砼浇筑过程中现场技术人员注意观察砼表面颜色变化，或采用长的钢筋在已浇筑砼上捣动来判断砼凝固情况，从而及时指挥输送泵布料点。

4.3.4捣固时防止过捣、漏捣，对于振捣人员采取责任分区制，按照“快插慢拔”操作要领进行作业；

4.3.5加强养护，砼浇筑完毕后，及时进行养护。白天气温高，派专人进行洒水，保持墩身砼表面湿润，现场技术人员随时进行抽查；夜间气温低，砼表面采用土工布进行覆盖，保持温度，防止砼受冻，现场技术人员值班抽查。坚持每节墩身养护7天以上。

4.4现场混凝土质量检测结果

从 2009 年6 月5 日开始施工到2010 年4 月25 日施工完成墩台身58个，共计墩身砼正常施工时间156天，平均每节墩身用时2.7天,共计浇筑砼方量19822.5m3，砼抗压强度试件在施工现场制作，成型后用湿麻袋覆盖，第二天拆模后运回试验室进行标养。116组C30 试件抗压强度平均值为45.6MPa ，保证了施工质量及工程进度。

5．结语

使用机制砂配制高性能泵送混凝土一直是一个技术难题，尤其是本工程还需进行长运距大高差泵送，更增加了技术的难度。我们通过正交设计，制定试验方案，进行试验并对试验结果综合分析和计算，通过现场质量控制，成功地解决了机制砂高性能泵送混凝土施工技术难题，墩身混凝土质量达到一次性合格，且墩身外观整洁美观，同时也为今后类似工程提供借鉴。

沙坝特大桥45号墩

沙坝特大桥墩身施工数量初具规模

【参考文献】

1.《混凝土设计与控制》重庆大学出版社2005

2.《应用数理统计》机械工业出版社1999