高等级大掺量矿物掺和料大体积混凝土的工程应用研究

刘 伟 胡剑成 雷文杰

（成都建工预筑科技有限公司，四川 成都 610052）

成都市杉板桥路改造工程建设中，位于10条铁路线旁的斜拉转体桥9号主墩为涉铁危大结构，具有整体性要求高、质量控制难度大、体积大、钢筋密等特点。本文针对杉板桥路改造建设过程中的高等级大体积混凝土的应用进行了总结分析，对此类重点工程的技术总结及推广应用有重要的指导作用。

1 工程项目概况及设计施工重难点

1.1 工程项目概况

将自密实高等级大掺量矿物掺和料大体积混凝土和普通高等级大体积混凝土应用于9号主墩承台中。该承台结构长28m、宽28m、高6m，承台最下层1m结构由于上下层钢筋交错布置，钢筋密集，密集区域钢筋净距为20～50mm，无法采用振动棒振捣密实，如图1所示。因此，采用自密实混凝土浇筑，设计强度等级为C55自密实混凝土。自密实性能设计要求坍落扩展度达到SF2级、扩展时间T500达到VS2级，坍落扩展度与J环扩展度差值达到PA2级。上层5m设计采用C50混凝土。

1.2 设计施工重难点

工程重难点主要包括两点：一是结构部位属于大体积混凝土，强度等级高，一次浇筑完成，结构整体性要求高，需要严格控制混凝土水化热，防止出现温度裂缝。二是下层1m结构钢筋密集，上下层钢筋交错布置，无法使用振动棒，浇筑难度大。因此，应合理选用原材料，优化配合比设计，严格控制原材料进场质量和混凝土施工质量，采取混凝土温控措施，并加强混凝土后期养护，以满足混凝土的自密实、强度等级高、大体积和整体性要求高的性能要求。

图1 现场钢筋密集布置

1.3 设计方案

（1）通过提高砂率，改善混凝土的流动性，确保下层结构混凝土的自密实性。同时，为了保证混凝土强度，需要调整胶凝材料用量。

（2）加入适量硅灰，改善混凝土拌和物的流动性。同时，提高混凝土成型后的致密性和耐久性能。

（3）采用大掺量优质矿物掺合料，降低混凝土早期水化热，保证混凝土后期强度。

2 原材料及配合比设计

2.1 原材料

（1）水泥：通过选用大掺量优质矿物掺合料和低热水泥来降低大体积混凝土最大绝热温升。选用四川某品牌P·O52.5普通硅酸盐水泥，性能指标见表1。其3d、7d水化热符合《大体积混凝土施工标准》（GB 50496-2018）的要求。

表1 四川某品牌P·O52.5普通硅酸盐水泥性能指标

（2）掺合料：

①粉煤灰：高等级混凝土的胶凝材料用量较大，适量掺入优质粉煤灰可起到改善和易性和降低水化热的作用。选用成都某品牌I级风选粉煤灰，性能指标见表2。

表2 成都某品牌I级风选粉煤灰性能指标

②矿粉：适量掺入矿粉可起到改善和易性、增加混凝土后期强度的作用。选用四川某品牌S95矿粉，性能指标见表3。

表3 四川某品牌S95矿粉性能指标

③硅灰：硅灰能改善混凝土拌和物的流动性，满足自密实性能。同时，能提高混凝土成型后的致密性和耐久性能。选用高加密硅灰。

（3）骨料：粗骨料选用5～20mm和5～25mm连续级配碎石，其中，5～20mm连续级配碎石满足混凝土自密实性能，能够顺利流动穿过密集钢筋区域。细骨料选用Ⅱ区中砂。

（4）外加剂：工程选用自密实专用高性能减水剂和专用高性能聚羧酸减水剂。为满足大体积混凝土的施工及质量要求，调整优化外加剂的保坍组分和缓凝组分，避免形成施工冷缝，降低混凝土的早期水化热。

2.2 配合比设计

混凝土的配合比设计参照《大体积混凝土施工标准》（GB 50496-2018）计算，自密实性能检测参照《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ/T 283-2012）。

（1）水胶比：在满足混凝土施工性能的前提下，尽量降低水胶比，以保证混凝土的强度和耐久性要求。

（2）砂率：C55自密实混凝土适当提高砂率，选用5～20mm级配专用碎石，可以增加自密实混凝土的流动性和通过率。同时，丰富的砂浆层包裹在粗骨料周围，可以阻断沿粗骨料表面的渗水孔隙。C50混凝土在保证泵送的前提下，尽可能降低砂率，保证混凝土强度，增加结构的密实性，降低开裂风险。

（3）大掺量矿物掺合料：选用大掺量优质矿物掺合料，可以降低混凝土的早期水化热和开裂风险，从而确保混凝土后期强度增长。

3 试验结果及分析

通过原材料的选择和配合比设计调整，经大量试验和试配，得到C55自密实混凝土和C50混凝土配合比参数，见表4、表5。

表4 C55自密实混凝土配合比参数

表5 C50混凝土配合比参数

以上配合比结合浇筑时气温等参数，经热工计算，混凝土中心温度、里表温差和内外温差等均符合现行规范和技术要求。

经试配，C55自密实混凝土的自密实性能见表6，扩展度试验如图2所示。由试配结果可知，C55自密实混凝土的自密实性能达到SF2、VS1、PA2的性能等级，满足混凝土设计和施工要求。

表6 C55自密实混凝土的自密实性能

图2 扩展度试验

混凝土抗压强度和早期抗裂性能见表7。由试验结果可知，混凝土60d和90d抗压强度均满足强度要求，混凝土早期抗裂性能等级达到L-V级，均满足C55自密实和C50设计的要求。

表7 混凝土各龄期强度和耐久性能

4 施工质量控制

为确保大体积混凝土的顺利浇筑和成型质量，应注意以下控制要点：

（1）严格落实原材料进场验收制度，保证进场原材料质量合格，特别是粉煤灰、硅灰、5～20mm连续级配碎石等特殊材料，应做到每车检测。同时，应确保原材料的数量符合生产需要。

（2）混凝土生产前应对设备进行检修，保证计量的准确性。混凝土生产过程中，应严格按照设计配合比生产，保证水胶比、砂率等参数符合设计要求，确保出站混凝土的坍落度、和易性符合施工要求。

（3）浇筑过程中，应根据施工工艺和浇筑速度合理安排混凝土供应，避免掉料或现场严重压车。

（4）大体积混凝土应严格按照施工方案和温控措施做好混凝土施工、温度监控和养护工作。

通过严格控制原材料进场、生产、浇筑、养护等环节的关键要点，杉板桥路9号主墩承台高等级大掺量矿物掺和料大体积混凝土得以顺利浇筑，成型效果良好，符合设计要求（见图3），得到各方的高度认可。

图3 成型效果图

5 结语

本文通过C55自密实混凝土和C50混凝土在成都市杉板桥路改造工程中的应用研究，得到以下结论：

（1）高等级大掺量矿物掺和料大体积混凝土的原材料宜选用低热水泥、I级风选粉煤灰和S95级矿粉等优质矿物掺合料。硅灰可以改善混凝土的自密实性能和耐久性能。

（2）高等级大掺量矿物掺和料大体积混凝土的配合比设计，龄期应选择60d或90d。一方面，需要足够的胶凝材料用量作为混凝土和易性、强度和耐久性能的保障；另一方面，需要提高优质矿物掺合料掺量、减少水泥用量，严格控制混凝土早期水化热，避免出现温度裂缝。在满足施工要求的情况下，尽量降低水胶比。普通大体积混凝土宜尽量降低砂率，自密实大体积混凝土宜适当增大砂率。

（3）高等级大掺量矿物掺和料大体积混凝土的质量控制应严格控制原材料进场、生产、浇筑、养护等环节。