乌蒙山区桥梁高性能混凝土配合比研究

乌蒙山区桥梁高性能混凝土配合比研究摘要：本文结合麻昭高速公路中特大桥建设，分析了乌蒙山区特殊的气候条件、地理位置因素，提出了乌蒙山区特大桥梁高性能混凝土所需具备性能，并具体对高性能混凝土的原材料配合比做了说明。

最后通过在工程场地模拟实验与工程施工过程中实践应用取得良好的效果，证明了配合比的实际效果。

Abstract：Cimbined with the construction of the super large bridge of Mazhao highway，this paper analyzes the special factors of climatic conditions and geographical position in Wumeng Mountain Area，puts forward the performance of high performance concrete of the large bridge in Wumeng Mountain Area and specificly instruces the raw material mix ratio of high performance concrete. At last，through the good results of the simulation experiment of engineering field and the practical applcation of engineering construction，the practical effect of the mix ratio is proved.关键词：乌蒙山区；高性能混凝土；配合比Key words：Wumeng Mountain Area；high performance concrete；mix ratio中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）16-0096-030 引言随着我国经济建设的发展，特别是西部大开发战略的加快实施，西部山区的高速公路建设得到国家越来越多的重视。

西部山区山峦险峻，地形起伏大，鉴于汽车行驶速度与安全的保障，高速公路的布线往往需要架设大量的桥梁，开掘大量的隧道，因此桥梁隧道总长占路线长度的比例巨大，有甚者高达90%。

该区域区公路桥梁几乎全部采用高性能混凝土预应力结构，但近年来，在山区桥梁的建造和使用过程中，高性能混凝土的开裂现象时常出现，因此混凝土的质量直接关系到桥梁的安全性和耐久性。

但在早年该地区基础建设发展发展缓慢，未有类似的工程经验可供借鉴，加之该项目工况十分复杂，为保证施工进度顺利进行，工程质量耐久可靠，以及为今后类似项目留下指导经验，特查阅了当地气候条件资料和国内外其他地区类似工程相关经验，结合《规范》中的要求进行了适合当地的高性能混凝土配合试验。

1 工程简介麻柳湾～昭通高速公路是国家高速公路网G85重庆到昆明公路中的一段，是我国高速公路骨架中的重要组成部分，同时是云南省的北大门，是云南省通向四川及全国内地的交通主动脉。

本项目的建设是实施“西部大开发”战略的需要，也是促进区域经济合作的需要；即使国家交通网络骨架构件的需要，同时也对乌蒙山区的经济发展具有重要意义。

乌蒙山区山脉众多，地形起伏较大，地震活动频繁，强度大，震源浅，灾害重，基本烈度为七级，属受季风影响的大陆性高原气候，昼夜温差较大，给工程的质量和进展带来了巨大的考验。

2 混凝土设计原则“高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土”，强调高性能混凝土应具有特殊性能组合且具有良好匀质性。

不同工程因其地理、气候、设计要求等外界条件不同，所以不同的高性能混凝土在性能方面应该有不同的侧重点。

结合乌蒙地区实际情况和麻昭高速公路中特大桥建设，本文提出以工作性、体积稳定性、耐久性为设计核心的设计思路。

①工作性。

工程所处位置地形起伏大，存在多处泵程超过150m的高泵程混凝土施工，由于泵送垂直高度大，在混凝土泵送过程中，泵管底部推送压力大，泵管出口处压力损失明显，容易造成混凝土流动性损失、离析、泌水的质量问题，且在泵送中途易发生泵管堵塞，不能保证混凝土的连续浇筑，严重影响混凝土的浇筑质量和施工进度。

具有良好工作性的混凝土不仅可以提高混凝土自身品质，而且可以缩短施工工期，节约施工成本。

②体积稳定性。

乌蒙山区昼夜温差大，最大可达20℃，在混凝土凝固过程中，内部水泥水化放出热量使得混凝土内部温度升高，若此时外界温度降低，必将加剧混凝土内部与表面温差，从而使得混凝土产生温度裂缝的几率增大，这种温度裂缝更容易产生在承台、墩柱、主梁的大体积混凝土中，同时水泥使用量愈大，水泥水化温升愈明显。

而外水泥水化过程中的化学收缩也同样不可忽视，尤其是对体积、水泥用量大的混凝土结构的危害愈大。

故应优化各集料配合比，在满足配置要求的前提下，减少水泥使用量，提高混凝土的整体稳定性。

③耐久性。

乌蒙山区昼夜温差大，海拔较高，太阳辐射强，干湿季节降雨量差别大、自然灾害频繁，使得混凝土的使用寿命大大降低。

而大桥设计寿命为100年，这无疑对混凝土的耐久性的巨大考验。

混凝土的耐久性是混凝土经济性能的重要影响因素，耐久性良好的混凝土可以保护混凝土内部钢筋较少侵蚀，使结构的寿命大为延长，结构维护费用也大大降低，有利于自然资源的保护，实现良好的经济效益。

3 原材料选用思路①控制水泥用量。

水泥用量对混凝土的收缩、徐变、水化热等影响较大，水泥用量越多，其收缩徐变量及水化热越大。

所以应在满足混凝土强度要求和工期要求的前提下，尽量减少水泥用量，控制混凝土绝对温升在50℃之内。

通过优化混凝土中各组成部分的比例，以较低的水泥用量达到设计强度的要求。

宜选用标号不小于42.5级的硅酸盐水泥，胶凝材料的3d和7d的水化热分别不宜大于240kJ/kg和270kJ/kg，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中I类环境对待，预应力构件中最小水泥用量350kg/m3，最大氯离子含量0.06%，普通钢筋混凝土构件中最小水泥用量275kg/m3，最大氯离子含量0.3%，混凝土中最大碱含量1.8kg/m3。

另外水泥用量不超过500kg/m3。

结合《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中对高强混凝土、泵送混凝土、大体积混凝土三类有特殊要求的混凝土所做规范设定，得出混凝土不同强度混凝土适宜水胶比与凝胶材料用量如表1。

②控制拌合水的用量。

拌合混凝土高用水量会导致混凝土抗压和抗折强度下降，吸水率和渗透性增大、出现收缩裂缝几率增大、砂石与水泥石界面粘结力减小、钢筋和混凝土握裹力减小、混凝土干湿体积变化率增大和抗风化能力降低。

故应在满足混凝土具有良好的工作性能条件下尽量减少用水量。

依据国内外对高泵程高性能混凝土最优用水量的实际拌制经验，本文推荐单位体积混凝土最大用水量如表2。

③控制砂率。

砂率影响最大的是混凝土的工作性。

混凝土中若砂率过大，会使得坍落度增大，混凝土强度下降且不均匀，体积稳定性差，易出现裂缝，弹性模量降低；若砂率过小，会使得混凝土粗糙，难以拌合，流动性差，不易泵送，且容易产生泌水、离析等问题。

故合理选用砂率，既能使混凝土具有良好的工作性能，又能保证具有良好的力学性能和体积稳定性。

本文推荐适宜砂率选用如表3。

④使用优质高效减水剂。

优质高效减水剂可大大减少拌合水的使用量，同时混凝土具有良好和易性和施工性能的效果，且可以减小混凝土的收缩，提高其强度。

因此，应优先采用优质高效减水剂。

减水剂减水率不低于25%，掺入量控制在1.5%～2.0%之间，掺入时间依据减水剂坍落度经时损失和施工现场具体情况而定。

⑤添加矿物活性材料。

混凝土中添加超细矿物活性材料（优质粉煤灰、硅灰、磨细矿渣等）用来置换混凝土中未水化的水泥，可提高水泥石的密实度，提高水泥石与粗骨料之间的粘结强度，有效降低混凝土内部水化热，进而使得混凝土强度、耐久性和体积稳定性等性能得以提高。

根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中对粉煤灰和硅灰最大添加量的规定，得出表4。

⑥合理选择骨料。

宜选择粒径和良好级配的骨料，可以使得混凝土在保证强度的前提下，增加混凝土拌合物的工作性能和体积稳定性。

骨料品质要求如下表5、表6。

⑦保证施工便利。

配合比设计还需要考虑施工的便利性。

一般来说，混凝土中所采用的原材料越少，施工越方便，施工质量也越容易控制。

因此，应在满足各项指标要求的前提下，尽量减少混凝土的组分。

本次配合比设计时，除水泥、碎石、砂、水之外，外掺料主要以矿物活性材料和高效减水剂为主，其它类型的外掺料则视具体情况而定。

4 配合比效果按照表7设计指导方案进行混凝土的配置，在试验过程中混凝土易拌合，坍落度合格，试块强度七天便可达到设计强度，二十八天所有试块均超设计达标（表8、9、10）。

但试验数据并不能完全代表工程中的实际效果，在后来的实际施工过程中，混凝土高程泵送顺利，无卡泵、离析现象，工作性良好，加快了施工进度；后期养护过程中，桥体仅出现少量微观裂纹，未出现贯穿裂纹。

5 结语乌蒙山区大跨度桥梁高性能混凝土配合比应以良好工作性、体积稳定性、耐久性为设计核心。

结合《规范》与国内外类似工程案例实际经验对各集料的选用做了说明，不仅方便了工程所需混凝土的快速配置和提高了工程质量，而且填补了当地高性能混凝土的空白，同时对山区桥梁大体积混凝土构件的早期裂缝的产生、提高混凝土结构耐久性、降低维护成本、延长桥梁预应力混凝土结构使用寿命、保证山区桥梁工程的质量与安全具有重要意义，对当地今后建筑行业的发展起到了积极推动作用。

参考文献：[1]阎培渝.如何正确理解“高性能混凝土”并设计混凝土配合比[J].商品混凝土，2012（12）.[2]马保国.高性能混凝土配合比设计[J].武汉理工大学学报，2012（07）.[3]韩建国.系统化的高性能混凝土配合比设计方法[J].硅酸盐学报，2006（08）.[4]马保国.高性能混凝土配合比设计及其存在的问题[J].混凝土，2005（02）.[5]秦鸿根.苏通大桥不同结构部位高性能混凝土配合比与应用研究[J].高性能混凝土，2010（10）.[6]黄磊.青藏高原高海拔低温大温差环境下桥梁结构混凝土配制技术研究[J].青海交通科技，2013（04）.[7]廉慧珍.原材料和配合比对高强与高性能混凝土性能的影响[J].混凝土，1996（06）.。