呼和浩特地区桥梁墩柱及盖梁用高强自密实清水混凝土关键技术及质量控制要点*

2019-06-05卢霄王琴李凯王子萌

商品混凝土 2019年5期

卢霄，王琴，李凯，王子萌

（中建西部建设新疆有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

为满足国家工程建设发展要求，自密实混凝土性能研究和应用实践已经在世界范围内更为广泛地展开，且在许多工程中应用。目前，已研发成功的自密实混凝土种类有：建筑自密实混凝土、高强自密实混凝土、大体积自密实混凝土、预制轻质自密实混凝土、补偿收缩自密实混凝土、自密实钢纤维混凝土、“三明治”自密实混凝土和再生骨料自密实混凝土等[1-3]。自 1993 年以来，我国的科研机构越来越关注自密实混凝土方面的研究，许多研究机构也针对自密实混凝土的配合比设计，如清华大学、中南大学、原重庆建筑大学和武汉理工大学等相续开展自密实混凝土的研制和性能等研究。

清水混凝土随着混凝土的结构发展而不断被应用。我国的许多学者对清水混凝土的配合比及施工工艺进行了探索。20 世纪 70 年代，清水混凝土在内浇外挂体系的施工中取得了进展，主要应用在预制混凝土外墙板反打施工中。1997 年，北京市设立了“结构长城杯工程”奖，推广清水混凝土施工，使清水混凝土重获发展。近年来，少量高档建筑工程如海南三亚机场、首都机场、上海浦东国际机场航站楼、东方明珠的大型斜筒体、西安商务中心等都采用了清水混凝土。随着绿色建筑的客观需求，人们环保意识的不断提高，返朴归真的自然思想的深入人心，我国清水混凝土工程的需求已不再局限于道路、桥梁、厂房、机场和体育馆，在工业与民用建筑中也得到了一定的应用。北京联想研发基地被建设部列为“中国首座大面积清水混凝土建筑工程”，标志着我国清水混凝土已发展到了一个新的阶段，是我国清水混凝土发展历史上的一座重要里程碑[4-6]。

自密实清水混凝土要求兼具自密实和清水的优点，但实际应用中充满矛盾和问题。显然自密实不利于清水，如自密实混凝土因要求大流动，因此胶凝材料用量大，同时较高的含气量可以降低剪切力，增加流动速度；为了防止离析泌水，又要求砂浆浆体粘度大、砂率高，但这易使气泡富集在混凝土表面难以排出，这与清水混凝土要求表面无孔洞形成矛盾；而清水混凝土则希望设计坍落度不宜过大、砂率较低，要控制浆体含量和含气量，有利于清水混凝土的表观质量。[8-9]清水混凝土还应通过振捣使混凝土提高填充性和排除混凝土中的气泡，降低表面气孔含量，而自密实混凝土采取振捣方式排除气泡将增加其离析泌水的可能。

本项目通过高强自密实清水混凝土配合比设计及耐久性能研究、高强自密实清水混凝土预制构件配制以及表观质量控制技术研究，设计一种自密实性能良好、耐久性能稳定、清水效果优异、保坍效果持久、表观质量优异的高强自密实清水混凝土，解决自密实混凝土大流动性与清水混凝土小坍落度之间的矛盾，以及混凝土表观质量出现蜂窝、麻面、气泡、裂缝等质量通病。实现复杂施工条件及多季节条件下，高强自密实清水混凝土的施工应用。

1 工程概况

呼和浩特市快速路项目为南北快速路。南北快速路工程起点为昭乌达路/南二环交叉口，终点为哲里木路/南二环交叉口。全长 9.2km。南北快速路设计速度60km/h，红线宽度为 50～70m。

呼和浩特市三环路工程（A区域）施工（四标段）位于玉泉区，是呼和浩特市规划的“两横两纵”快速路网系统规划重要组成部分。区段里程桩号为K48+000-K58+200，长度 10.2km。本工程道路规划为城市主干路，道路红线宽度为 80m，采用地面辅道+主线高架形式。桥梁采用双向六车道，宽度 34m。

中建三局呼和浩特道路改造提升工程预制构件厂位于赛罕区金桥镇格尔图村，预制厂用地面积 498 亩，主要负责呼和浩特道路改造提升工程南北共 2290 片小箱梁，呼和浩特市三环高架桥工程 3150 片小箱梁、381片盖梁及 704 根墩柱的预制任务。具体工程量见表 1、表 2。

2 混凝土原材料质量与配合比设计要求

2.1 原材料

水泥：清水河县蒙西水泥有限公司厂生产的普通硅酸盐水泥 P·O42.5R，标稠用水量 25.0%，安定性良，3d抗折强度 6.3MPa，3d 抗压强度 37.5MPa，28d 抗压强度 55.0MPa；P·O52.5R 水泥，标稠用水量 26.6%，安定性良，3d 抗压强度 45.8MPa，28d 抗压强度 69.0MPa；粉煤灰：卓资县金达环保制品有限公司生产的 F·II 级，细度 20%，需水比 95% 以上；矿粉：呼和浩特市秦丰冶金渣微粉有限公司生产的 S75 级粒化高炉矿渣粉；骨料：呼和浩特土默特左旗益圣工贸有限责任公司生产的中砂，含泥量 2.2%，细度模数 2.8；5～20mm 卵石，压碎指标 5.5%；减水剂：江苏苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂，减水率 29%。

表1 混凝土概况表

表2 高架桥主要工程量

2.2 混凝土配合比设计要求

2.2.1 产品技术要求

C50 和 C60 清水自密实混凝土技术要求见表 3。

表3 清水自密实混凝土技术要求

2.2.2 配合比设计

基于大流态高匀质自密实清水混凝土的配制要求，以骨料致密堆积理论配合比设计出发点，根据自密实混凝土应用技术规程中配合比设计要求，获得 C50、C60自密实清水混凝土初步配合比[10]。控制变量以混凝土拌合物坍落度、扩展度 T500、倒坍时间等为测试依据，分别研究胶凝材料总量、胶凝材料种类、细骨料细度模数、砂率对混凝土自密实性能的影响，最终得到优化后的配比，具体见表 4。

表4 自密实清水混凝土配比 kg/m³

3 混凝土施工技术关键点

本项目通过合理的混凝土模板规划、改善模板处理及安装工艺、配制专用脱模剂、配制自密实清水混凝土、提高混凝土拌和及振捣质量、加强混凝土脱模后养护及防护等手段，消除普通混凝土的质量通病，提高桥梁墩柱混凝土整体观感质量，实现自密实清水混凝土预制桥墩、盖梁的全季节施工，主要施工技术关键点如下：

3.1 复杂施工条件下高强清水自密实混凝土配制技术

基于骨料致密堆积理论配制高强自密实清水混凝土，通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配进行配合比设计，减小混凝土的屈服应力使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，保证混凝土在异型结构、密集筋分布预制模版中的填充效果，形成密实且均匀的胶凝结构新拌混凝土。

3.2 模板

清水混凝土使用的模板必须具有足够的刚度，在混凝土的侧压力下，不得有任何变形，以保证墩身结构尺寸均匀、断面一致和防止混凝土浆液流失。模板表面要平整光洁、板面方正、接缝严密、钢模板周边加工应采用铣边工艺，面板经抛光处理。

3.3 全季节施工清水自密实混凝土模板脱模剂配制技术

本项目施工的周期较长，历经春夏秋冬四季，施工地区气候环境复杂多变，单一的脱模剂无法满足全季节施工要求。并且考虑到经济性，本项目采用复合型脱模剂进行施工，经过试验与工程应用情况对比，油性脱模剂与工程实际用钢模适应性更好且受环境影响作用小，故采用油性脱模剂。冬季和春季脱模剂采用色拉油与液压油一定比例复配的方式进行施工应用，夏季和秋季采用色拉油与机油一定比例复配的方式进行施工。

钢模板除锈刨光后应尽快进行脱模剂涂刷。作业场所应进行临时围护、具备防雨、防尘条件。为保证涂刷前模板表面干燥，应选在天气晴朗的下午进行，涂刷前用干抹布将模板表面灰尘、浮锈擦拭干净。[11]

脱模剂采用羊毛刷进行涂刷，要求涂刷均匀、无流坠、一遍即可，模板第一次涂刷厚度可稍厚一些。

3.4 养护

（1）根据不同气候条件，不同季节情况，制定专门的养护措施，保证自密实清水混凝土产品质量。

（2）可采取潮湿养护，并可采取蒸汽、浇水、喷啉洒水或覆盖保湿等方式。

（3）对于盖梁夏季养护应不宜直接采用喷淋养护，应采用送风冷却法降低混凝土内部温度。

（4）在风速较大的环境下养护时，应采取适当的防风措施。

（5）当冬期施工时，应延缓拆模时间。模板和保湿层应在混凝土冷却到 5℃ 以下再拆除，或在混凝土表面温度与外界温度相关不大于 20℃ 时再拆除，拆模后的混凝土应及时覆盖并采用蒸汽养护。养护时间不得少于 14d。

4 质量控制重点

（1）模板使用前应进行验收并进行除锈处理，保证模板光滑平整，拼接误差在要求范围内，冬季施工应对模板进行加热。

（2）脱模剂应根据季节选择，按比例复配保证匀质性。

（3）混凝土应保证原材料符合现行标准，并保证批次的一致性。

（4）应保证混凝土生产过程中计量的准确性，并做好出机、入泵时混凝土性能测试记录。

（5）做好浇筑混凝土的养护工作，根据不同季节选择不同的养护方案。

（6）拆模前应保证混凝土达到规定龄期，保证对构件外观无损坏。

5 施工效果及结论

5.1 混凝土施工效果

本项目混凝土经呼和浩特市南北快速路项目实际施工检验，自密实性能优异，能够很好地解决预制构件尺寸大、密集钢筋分布、结构异型带来的难以浇筑，振捣等问题，且未出现离析泌水现象。该混凝土生产的预制构件表观性能优异，整体色泽均匀，无蜂窝麻面现象，无明显大气派，清水效果满足设计施工要求，该混凝土早期强度良好，7d 抗压强度达到标准值 90%，28d 强度达到标准值的 120%～135%。在大幅度缩短施工周期的同时能够很好地满足本项目工程所处复杂环境及多季节施工的性能要求，保证了工程质量。图 1 为施工现场照片。