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协作比设计与工艺掌握
第四工程责任 赖庆招 刘耀华
摘 要 以共和乌江特大桥主桥为依托，对 C60 高强混凝土的协作比设计与施工争论进展阐述，其中重点介绍了混凝土协作比设计优化中型材料的应用，以及在高墩〔125 米〕大跨〔200 米〕桥梁中应用优势，并就其预期效益、得出的主要结论和存在问题进展分析，可供类似工程参考。
关键词 连续刚构桥梁 C60 高强混凝土 协作比优化设计 效益分析
工程概况
重庆彭武高速大路C15 合同段为单体特大桥工程，是整个渝湘高速大路的关键掌握性工程之一，主桥为横跨乌江的〔113+200+113〕m 预应力砼连续刚构桥，分双幅修建，主梁为单箱单室截面，承受 C60 混凝土，设计方量共计 。墩位所处地形起伏较大，地势险要，施工难度大，桥高为 138m。
工程背景
高强混凝土是指混凝土强度等级不低于C60 的混凝土，它是用优质集料、强度等级高的水泥、降低水灰比及在猛烈振动密实作用下制取的。打算混凝土强度高的主要因素有：一是 集料抗压强度高，与水泥胶结性好；二是承受高强水泥，活性高，硬化后的水泥石密实度高， 胶空比大，并振捣密实；三是混凝土混合物的水灰比小，承受干硬性混凝土，同时掺入高效 减水剂协作使用，使混凝土在微小的水灰比下能够浇灌密实。但随着时代的进展，干硬性的 砼远不能适应现代工程高速进展的需要，因此高强混凝土的流态化是目前混凝土科学进展的 方向。目前国内外制取高强大流淌性混凝土主要有四种途径，即改进胶结材料、改进硬化体、利用增加材料及复合构造。由于混凝土的强度来自水泥浆的强度、水泥浆与骨料的界面粘结 强度、骨料的颗粒强度，因此，在争论承受一般材料与常规工艺配制C60 高强混凝土时，应从以下几个方面入手：
选择优良品种的水泥。
选择优良的粗细集料。
掺加外掺剂，常用活性混合材料有粉煤灰、沸石粉以及硅灰等。
优化混凝土协作比，主要掌握三方面：水灰比、砂率、外掺剂组合优化。
高效减水剂。
C60协作比设计
原材料选用
原材料 表 1
材料名称
水泥河砂
碎石 外加剂水
微硅粉纤维
产地重庆南川嘉南水泥厂湖南岳阳洞庭湖
彭水乌江砂
重庆武隆县龙兴江
重庆旭鸿高建材科技彭水
四川宜宾利天建材厂
山东泰安现代化学建材有限责任司
规格型号
P．
中粗砂 II 区中砂
5—25mm 连续级配
XH 型乌江水
“利天”LT 微硅粉“傲峰”19mm 聚丙烯网状纤维
实测指标见表 2
见表 5
见表 3
见表 7
合格( 外委)，见表 10
合格( 外委) 见表 8
合格( 外委) 见表 9
水泥各项物理力学性能标准试验结果 表 2
细度 标准
〔%〕
稠度%
初凝
终凝
3d
28d
3d
28d
合格
210
295
安定性
分散时间(min)
抗折强度(Mpa)
抗压强度(Mpa)
粗集料物理力学性能技术指标 表 3
最大粒
径 mm
表观密度
g/cm3
积存密
度 g/cm3
振实密度
g/cm3
空隙率
%
针片状
含量%
压碎
值%
含泥
量%
碱活性
试验 %
母材抗压
强度(Mpa)
25
39
粗集料颗粒级配 表 4
筛孔尺寸 mm
累计筛余 %
细集料物理力学性能指标 表 5
类别
表观密度
积存密度
振实密度
空隙率
含泥量
细度模数
岳阳中砂
43
乌江中砂
43
细集料颗粒极配
表 6
筛孔尺寸 mm
累计筛余 %
0
外加剂主要指标试验结果 表 7
标准指标
一等品
合格品
减水率
%
≥12
≥10
24
一等品
泌水率
%
≤100
≤100
21
一等品
分散时间差
初凝
＞+90min
——
165min
一等品
〔mim〕
终凝
——
——
155min
一等品
3d
≥125
≥120
142
一等品
抗压强度比
7d
≥125
≥115
138
一等品
28d
≥120
≥110
131
一等品
收缩率比%
≤135
≤135
99
一等品
试验工程
检验结果
单项评定
总碱量
CL--含量
对钢筋的锈蚀作用
—— 合格
—— 合格
无 无 合格
微纤维品质检验报告结果 表 8
直径
mm
长度
mm
抗酸性拉伸强
度 Mpa
抗碱性拉伸
强度 Mpa
抗拉强
度 Mpa
断裂伸
长率%
弹性模量
Mpa
合格指标
～
10～25
≥490
≥490
≥500
5～25
≥3500
实测
19
519
524
580
18
6670
微硅粉品质检验报告结果
表 9
检测工程
标准指标
结果
结论
SiO2 含量%
≥85
92
合格
烧失量%
≤6
合格
水品质检验报告结果 表 10
名称类别合格指标乌江水
PH 值
＞4 6
不溶物 mg/l
＜2025 155
可溶物 mg/l
＜2025
Cl-
＜500
SO42-
＜600
设计参数：
承受中砂，%。
混凝土拌和承受重量法，假设该混凝土每立方米重量为：2450kg。
计算过程：〔以推举协作比为例〕
1)配制强度 ≥ = 2)水灰比计算
计算水灰比因承受的水泥 28 天抗压强度实测值 fce 临时没有资料，水泥强度等级值的充裕系数按偏安全取 ，γc=×= MPa。
W/C=××/〔+×××〕=
3)用水量确定
通过公式mwo=10/3(T+K)计算求得
流淌性砼用水量计算式的集料常数 表 11
集料最大粒径 mm
10
20
40
80
碎石
卵石
系数
K
由表中数据内插 25mm 碎石得 K= 而 T=18cm
用水量 mw =10/3〔T+K〕=233×(1－24%)=177kg/m3
o
实际取用水量 175kg/m3
4)水泥用量为mc =175/=473 实际取 470kg/m3
o
5)每立方米混凝土材料用量〔kg〕
等级
水泥
碎石
砂
水
微硅粉
纤维
外加剂
砂率%
C60
470
1085
680
175
40
理论协作比
1
强度 水灰比
协作比结果 表 12
每立方米混凝土实际用量 kg
强度 平均养护温
拌和物物理性能及强度检验结果 表 13
强度
等级
度
3d
7d
28d
C60
20
190
中
良好
良好
水胶比
坍落度
棍度 粘聚性 保水性
协作比优化设计
最优方法、外掺料及重要指标确实定
一掺法、二掺法、三掺法试配优选 表 14
组数编号
1-1
类别 水胶比
乌江砂
坍落度 mm 205
水泥 微硅粉 矿渣 砂率
kg kg kg %
3d
强度 MPa 7d
28d
1 1-2
1-3
1-4
2-1
2-2
2 2-3
2-4
3-1
3 3-2
3-3
3-4
4-1
4 4-2
4-3
4-4
岳阳砂乌江砂岳阳砂乌江砂岳阳砂乌江砂岳阳砂
210
230
235
210
220
205
215
205
210
480
30
50
34
205
——
——
205
195
——
——
200
520
30
——
35
210
——
——
210
520
530
50 35
——
—— —— 36
——
——
——
——
——
——
——
承受三掺法，即水泥外掺高效减水剂、微硅粉和纤维。
通过大量试验试配证明：承受一掺法水泥用量高、拌和料易板结、强度起伏大、不宜保证； 二掺法后期强度高，但不适宜本桥，不能满足 4 天预应力张拉强度要求；使用三掺法较为理
想。既降低了水泥用量，又能保证混凝土早期和后期强度和工作性〔和易性、流淌性、保水性、泌水性 〕等要求，同时也避开砼板结、泌水以及泵送等诸多因素。
添加微硅粉
粉煤灰早期强度低，而硅粉由于颗粒微小，能够对拌和物中的自由水产生吸附作用，有效改善拌和物工艺性能。掺加微硅粉增加了混凝土和易性、流淌性，利于高墩泵送。硅粉具有微粒效应，在较短时间内即能发生全面水化反响，从而促进混凝土早期强度较快增长，并提高混凝土弹性模量，从而缩短主桥悬浇阶段的施工周期，加快工程进度。
添加聚丙烯纤维限制早期〔塑性期和硬化初期〕混凝土由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂隙的发生和进展；减小原生裂隙的数量和尺度，显著改善混凝土的性能，提高 混凝土的耐久性。有效的掌握混凝土及水泥砂浆早期的塑性收缩、干缩等非构造性裂缝的产 生和进展，有效阻碍骨料的离析，提高混凝土工程质量。
承受湖南岳阳洞庭湖河砂
通过试验证明，承受乌江砂配制的 C60 砼工作性能和强度能满足实际施工需要。但相对而言，乌江砂含泥量略偏高、需水率偏高；而湖南岳阳砂硬度高、含泥量小、轻物质含量少、需水量小。再者，岳阳砂的各项物理性能指标较稳定；砂率对混凝土强度、工作性不是很敏感，砂率选择的范围较大，试配说明砂率在32%～39%都能满足要求。
5〕缓凝时间确实定
考虑到重庆天气夏季气温偏高、工地现场施工状况等诸多因素，宜使用缓凝高效减水剂， 缓凝时间由构造砼方量及季节变化而定。
承受正交试验优化三掺法协作比
考核指标确定
影响混凝土协作比的主要因素：水灰比〔A〕、水泥用量〔B〕、外加剂掺量〔C〕、硅灰掺量
〔D〕、纤维掺量〔E〕、将 C60 混凝土拌和物工作性指标〔坍落度、扩展度〕与混凝土的抗压强度〔3d、7d、28d〕作为正交试验考核指标
影响因素和各因素水平确定
以水胶比〔A〕、水泥〔B〕、硅灰〔C〕、高效减水剂〔D〕和纤维〔E〕作为影响因素。
水胶比直接影响混凝土的和易性与强度；实践证明灰水比与混凝土强度呈线形关系，灰水比越大则强度越高，反之则越低。水胶比取 、 和
水泥用量在标准要求的范围内，尽量降低水泥用量，减小水化热，有效掌握箱梁早期裂缝的产生，综上所述，水泥用量取 450kg、470kg 和 490kg 三个水平。
硅灰掺量：硅灰的掺入将极大的改善混凝土和易性，提高早期、后期强度，保证箱梁
4d 张拉；对降低水灰比，削减水泥用量奉献格外大。考虑混凝土的经济性分别取30kg、40kg 和 50kg 三个水平。
高效减水剂：随着高效减水剂的掺量增加，混凝土拌和物流淌性增大，坍落度损失降低，
但宜消灭泌水和离析现象。综上所述， %、%和 %三个水平。
纤维掺量：纤维掺入较多对混凝土的早期裂缝，混凝土拌和物泌水、离析有较好的效果， 但本钱太高。通过试验取用 、 和 三个水平。
正交试验设计方案
按表 17 的正交试验设计方案，分别进展9 种组合材料单位用量计算和试配试验，测定各种协作比的坍落度和标准龄期抗压强度，分别确定最优协作比参数。
C60 协作比正交设计方及结果分析 表 15
因素
编号 水 胶 比
〔A〕
水泥用量
〔B〕kg
外加剂掺量%〔C〕
硅 灰 掺量%〔D〕
纤 维 掺量%〔E〕
坍 落度 mm
扩 展度 mm
强度〔MPa〕
3d 7d
28d
1 〔1〕
2 〔1〕
3 〔1〕
4 〔2〕
5 〔2〕
6 〔2〕
7 〔3〕
8 〔3〕
9 (3〕
〔1〕450
〔2〕470
〔3〕490
〔1〕450
〔2〕470
〔3〕490
〔1〕450
〔2〕470
〔3〕490
〔1〕
〔2〕
〔3〕
〔1〕
〔2〕
〔3〕
〔1〕
〔2〕
〔3〕
〔1〕30
〔2〕40
〔3〕50
〔1〕30
〔2〕40
〔3〕50
〔1〕30
〔2〕40
〔3〕50
〔1〕
〔2〕
〔3〕
〔3〕
〔1〕
〔2〕
〔2〕
〔1〕
〔3〕
195
205
210
200
190
205
210
212
200
490
510
520
530
500
510
505
520
515
73..9
混凝土协作比的推举是混凝土评定指标，其主要评定指标是坍落度和强度等。依据正交试验结果，通过技术经济比较确定最优协作比参数，其对应的组成材料的单位用量比例为N5 对应的协作比，即推举协作比。并对推举协作比加以推举，验证协作比的结果见表16
混凝土推举协作比验证试验结果 表 16
材料名称水泥
连续级配
河砂
湖南岳阳洞庭湖
中粗砂 II 区
680
水
彭水
乌江水
175
微硅粉
四川宜宾利天建材厂
“利天”LT 微硅粉
40
碎石
产地
重庆南川嘉南水泥重庆武隆县龙兴江
规格型号
5—25mm
协作比
单位用量 kg/m3 470
1085
纤维
试配强度 MPa
7d
实测强度 MPa
28d
28d
3d
×104
弹性模量
7d
×104
28d
×104
外加剂 坍落度 mm
山东泰安现代化学建材有限责任公司
重庆旭鸿建材科技公司
“傲峰”19mm 聚丙烯网状纤维
XH 型
195
结论 原材料符合验证要求，拌和物各项性能指标满足试配要求，28d 强度、弹性模量满足要求。
协作比质量掌握
在整个施工期内，碎石、砂的供给受市场需求、料源等影响，质量常常变动。水泥实际强 度根本稳定，但水泥温度也发生过很高的状况。这些问题，给协作比治理提出了更高的要求。在试验室配置符合要求的高强混凝土比较简洁，而在整个施工过程中，稳定质量水平较为困 难。一些在一般状况下不太敏感的因素，在低水灰比状况下会变得相当敏感，这就要求在整 个施工过程中必需留意各种条件、因素的变化，并且要依据变化，随时调整协作比和各种工 艺参数。在实际施工过程中，从以下方面加强了治理：
坚持协作比调整由试验室专人专管、实施试验室主任严格把关,工程总工批准的原则。
严格掌握水灰比：骨料的含水量应在用水量中扣除，每天需测定骨料含水量，每次配料时应承受水量自动测定仪连续测定砂子含水量，在任何状况下都不得添加额外水量；探测 砼拌和物温度，必要时测定砼水化热，掌握温升，延长和保证工作时间；
材料部门将原材料供给的变化、波动准时通知试验室，试验室依据材料进场抽检结果 ，适时调整。
由试验室将协作比调整的缘由、方法、留意事项给各部门交底，并与监理工程师沟通 。全部参与操作人员进展技术交底，完善各项记录文件。
定期检定混凝土搅拌机的计量系统。
合理安排工艺和工序，计算各阶段所需时间，合理缩短砼从搅拌到浇捣完毕的时间， 浇筑混凝土过程中，试验人员全过程监控。
C60 混凝土强度评定
将混凝土的 28 天试块强度按《大路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2025 中附录D 数理统计评定要求进展评定，以同批混凝土一个季度内为例进展如下评定，结果满足设计和标准要求。
C60 混凝土试块强度汇总统计表 表 17
组数 n=180
系数 K1= K2=
Rn= MPa Sn=
数据分析
Rn-K1Sn= MPa
Rmin=61 MPa =54 MPa
=51 MPa
满足条件
=Rn-K1Sn≥=54
61=Rmin≥K2R=51
结论评定合格
效益分析
经济效益
利用工地试验室资源进展 C60 砼的各组正交混凝土强度等级试验结果比照及最正确协作比确实认，有效地缩短试验时间，加快施工进度，大大地节约了外委试验费用，也为工程 C60 砼施工积存了阅历。
经试配后的C60 混凝土设计转变了原设计内容，已转换为设计变更，C60 砼合同单价
为 972 元/m3，而业主已给定 C60 砼的变更单价为 1482 元/m3，全桥 C60 砼方量为 ， 可增加利润 700 万元左右。
由于增加了微硅粉和网状聚丙烯纤维，箱梁未消灭砼裂缝，大大削减了大桥的后期养护费用。
箱梁设计张拉强度为C60 砼设计强度的 85%〔即 51Mpa〕，张拉龄期不少于 4 天，由于三掺法的C60 砼强度到达 51Mpa 一般需要 4 天，而一般C60 砼需要 5 天，则每施工一个箱梁节段能节约工期 1 天，全桥共计节约 30 天的工期，节约工程治理开支 45 万元左右。
质量效益
满足混凝土强度要求，有效地掌握混凝土及水泥砂浆早期的塑性收缩、干缩等非构造性裂缝的产生和进展，防止混凝土开裂，削减工程维护费用，保证了箱梁施工质量。
砼性能满足实际施工要求，即能满足长距离、垂直高度大的泵送要求。
通过反复争论、综合比选优化施工方案，针对高温、高墩、长距离、泵送等特点，提出了专项施工掌握标准，保证了箱梁混凝土整体质量到达优良。
进度掌握效益
尽管掺配了网状聚丙烯纤维，混凝土的流淌性受到肯定影响，但因专项施工措施掌握得当，砼的泵送顺当，浇注速度正常，确保箱梁节段施工周期掌握在8 天之内。
有效保证了设计要求的 4 天张拉强度要求，确保梁段 8 天的施工周期，进度正常有序。假设不掺加硅灰和纤维混凝土强度一般要6 天才能到达设计张拉强度〔即 60×%=51MPa〕。
社会效益
此材料的成功实施，丰富了施工单位高墩大跨桥梁在高强砼施工领域的技术阅历，有效地促进了技术进步，为推广应用奠定了根底，对类似的现场施工具有很好的借鉴作用。
主要结论
承受正交试验优化设计所确定的C60 协作比具有良好的工作度、可泵性、强度和耐久性。成功实施了在重庆地区高温、大跨、高墩条件下混凝土的施工。
施工结果说明，在肯定条件下，掺入硅灰或矿渣，不仅改善了混凝土的工作性和耐 久性，激发了水泥的二次水化反响、节约水泥、降低了本钱；而且大大降低了水泥的水化热， 延长了分散时间，削减了泵送与振捣时的摩阻力，减小了干缩变形等。所以，配制高强混凝 土时，外加剂和掺和料的品种和用量合理选择对于全面改善和保证其各项性能格外重要。
为防止消灭由于浇混凝土自身收缩而引起的裂纹，添加聚丙烯纤维有效地阻挡了早期混凝土塑性裂缝的发生和进展，提高了材料介质的连续性，能使硬化后混凝土的性能得 到显著改善，提高混凝土的耐久性，保证了混凝土工程质量。
实践证明：C60 混凝土应用于共和乌江特大桥是格外有利和合理的，但是必需严格
施工掌握和治理。高强性能预拌混凝土的使用对现场施工组织与治理提出了重大考验。
通过争论，可以促进施工企业加大对高标号砼的技术争论力度，总结一套成熟的高强度混凝土协作比设计和施工方法，满足桥梁高强度混凝土施工。
参考文献
［1］《大路桥涵施工技术标准》〔JTJ 024-2025〕人民交通出版社，2025 年。
［2］《大路桥涵地基与根底设计标准》〔JTG D63-2025〕人民交通出版社，2025 年。
［3］《一般混凝土协作比设计规程》JGJ55-2025。
［4］《混凝土外加剂应用技术标准》 GB50119-2025，中国建筑工业出版社，2025 年。
［5］《一般混凝土拌合物性能试验方法》GB/T 50080-2025 中华人民共和国国家打算委员会，2025 年。
［6］《高强泵送混凝土生产和施工规程》DG/TJ08－503－2025 中华人民共和国国家经济贸易委员会，2025 年。
［7］《大路工程质量检验评定标准》〔JTG F80/1-2025〕人民交通出版社，2025 年。
［8］《预应力混凝土桥梁施工技术要点》〔JTG F80/1-2025〕人民交通出版社，2025 年,蔚建华 柴金义
［9］《试验工程师手册》人民交通出版社.
［10］“桥梁高效混凝土协作比优化设计及其性能争论”仇益梅《混凝土》2025 年第五期。