官渡黄河大桥连续梁混凝土研究

2019-03-20魏军辉李文波张辉

工程建设与设计 2019年6期

魏军辉，李文波，张辉

（中交一公局第三工程有限公司，北京101102）

1 引言

混凝土有很多技术要求，如混凝土抗冻性、混凝土抗压强度以及混凝土的耐久性等，其中，混凝土的抗压强度是混凝土的重要性能之一。由于混凝土结构主要用于承受荷载和冲击力等作用，因此，混凝土的抗压强度是评价混凝土质量的重要指标。官渡黄河大桥是连接郑州市与新乡市黄河两岸地区的经济重要通道，主桥跨径布置为3×（75m+5×125m+75m），南引桥跨径布置为12×30m。主桥上部结构形式为预应力混凝土变截面混凝土连续箱梁，下部结构为12m×4m空心墩、大体积承台、14根桩的群桩基础；南引桥下部结构依次为盖梁、墩柱系梁和单排桩基础。本文以官渡黄河大桥为例，对影响混凝土抗压强度的所有影响因素进行深入分析。

2 影响混凝土强度的因素

施工混凝土结构时，要在混凝土搅拌站对原材料进行混合，然后在施工现场进行混凝土的浇筑、振捣、拆模以及养护等一系列复杂的工序，必须使用粗、细骨料，饮用水，水泥，外加剂等原材料。水泥的强度、水灰比、骨料的质量、外加剂的用量、现场的施工环境以及现场的养护条件对混凝土结构强度有很大的影响。

2.1 水泥强度

在各种混凝土原料中，水泥用量及其强度对混凝土的强度有重要的影响。通过各种水泥指标的测试结果可知：在各种原料和水灰比的比例恒定的情况下，水泥的强度越高，混凝土的强度则越高。但是，在实际工程中，应根据工程需要合理选择水泥材料，例如，工程中通常用的混凝土为C30和C40混凝土，选择强度等级为P·O42.5水泥即可，而C50及以上混凝土采用P·O52.5水泥，官渡黄河大桥墩柱混凝土C40，承台混凝土为C30，C55混凝土用于预应力混凝土变截面连续箱梁。

2.2 水灰比

在混凝土施工过程中，影响混凝土强度的重要因素是水灰比。水灰比会影响混凝土的流变性能，是决定混凝土强度和耐久性以及其他物理和化学性能的重要参数。官渡黄河大桥预应力混凝土变截面连续箱梁混凝使用C55混凝土，试验室配合比为水泥∶砂∶碎石∶水=1∶1.38∶2.35∶0.45，现场检测砂子含水率为 4.8%，则各材料用量为：水泥为：490kg/m3；砂为：707kg/m3；碎石为：1148kg/m3；水为：188kg/m3。

如果水泥强度Fce=57.8MPa，粗骨料采用碎石，回归系数A=0.53，B=0.2，按此配置混凝土28d强度为：R=AFc（eC/W-B）=0.53×57.8×（2.20-0.2）=61.26MPa（式中，C为水泥用量；W为水的用量）。

若因误差多加5kg的水，则水灰比为227/490=0.46，这样配置出的混凝土 28d 强度为：R′=AFce（C/W-B）=0.53×57.8×（2.15-0.2）=59.73MPa。

由此可见，由于水量的增多，水灰比变大，导致混凝土强度下降，因此，为保证结构物的强度，在保证混凝土和易性的前提下，严禁给出场的混凝土随意加水，保持水灰比稳定[1]。

2.3 粗骨料

粗骨料的分级和表面清洁度会影响水泥砂浆和骨料之间的黏结力，从而影响混凝土的强度。由于碎石表面粗糙，黏结性较强，而卵石表面光滑，黏结性较差，因此，在其他原材料不变的前提下，砾石级配混凝土的强度高于卵石级配混凝土的强度。因此，在条件允许的情况下粗骨料宜选用碎石，不宜选用卵石，官渡黄河大桥施工中选用河南荥阳贾峪石料厂生产的碎石。

2.4 细集料

细骨料级配是否良好会影响混凝土的和易性，使混凝土的黏结力较弱，从而影响混凝土的强度。细集料中的含泥量、泥块含量、石粉含量对混凝土的和易性、坍落度影响较大，外加剂的用量对其有非常明显的影响，并且含泥量对外加剂的影响较大。且本项目混凝土采用泵送浇筑，因此，细骨料需要具有小的泥浆含量，良好的级配，质地坚硬，细度模数为2.3～3.0且粒径小于4.75 mm的中粗河砂，因施工区域200km内无符合要求的天然中粗河砂，故采用符合要求的机制砂，但机制砂存在一个比较普遍的问题就是石粉含量超标，骨料的比表面积增加，需要包裹更多的水泥，并且获得所需的强度是不经济的。为了保证混凝土的强度，节约成本，首先，从源头进行机制砂的生产，严格控制机制砂分级和泥浆含量。设专人驻厂监督生产，严格控制每批材料的出厂质量，其次，对母岩进行筛选，选择质地坚硬的石材，定期检查和校准生产设备筛网，以确保精细骨料的质量[2]。

2.5 外加剂

一般来说，影响混凝土强度的主要因素为水胶比和水泥强度，在水泥用量不变的情况下，减少单方混凝土用水量会提高混凝土的强度，如果添加减水剂只是为了增加混凝土的流动性而不减少用水量，不一定能提高混凝土强度，如果添加的减水剂含引气组分，会降低混凝土强度。在官渡黄河大桥项目施工中，根据相关设计规范的技术要求，需加入相应的外加剂，项目开工前期，通过大量的配比实验研究，发现大连西卡建筑材料公司生产的聚羧酸高性能减水剂性能比较稳定，与项目入围的每种水泥相容性较好，且掺量为0.8%～1.2%，属于正常范围，调整出的混凝土和易性、保水性、黏聚性良好，在其他原材料不变的情况下，外加剂掺量在0.8%～1.8%，混凝土强度随减水剂掺量的增加而提高，加入少量减水剂只会提高坍落度，不会对水灰比造成影响，混凝土强度也不会受影响。

2.6 施工条件的影响

现场混凝土施工环境及施工设备的正确使用是确保混凝土结构达到设计强度的基本条件。混凝土拌和物的拌和时间要达到规范的规定，浇筑混凝土时，要分层进行振捣，混凝土每层厚度严禁超过30cm，振捣至混凝土不再冒泡为止。施工温度对混凝土也有影响，夏天施工要对拌和用水进行冷却，防止温度过高初凝过快。冬天，由于温度较低，水化作用逐渐减弱，混凝土强度增加缓慢，施工时要对拌和用水进行加温，保证混凝土入模温度，并及时进行覆盖蒸汽养护。在施工时要根据外界条件调整混凝土施工环境，以保证混凝土强度。

2.7 养护条件

现场混凝土浇筑和成型养护是混凝土强度的重要组成部分。混凝土凝固过程的环境温度，湿度和养护龄期对混凝土的强度有重要影响。混凝土浇筑成型时，且在空气相对干燥的情况下，应及时覆盖土工织物，并在表面进行洒水养护，否则，混凝土中的水分会迅速蒸发，导致脱水，这将导致混凝土的水泥不能完全水化，不能转化为稳定的晶体。缺乏足够的黏结性会在混凝土表面上产生粉末、薄片等一系列问题。如果水过早蒸发，混凝土将发生大的收缩变形和裂缝。因此，混凝土浇筑后的早期维护非常重要。GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定，普通养护不得少于7d。实验室混凝土标准养护室的温度应为（20±2）℃，相对湿度应大于或等于95%。