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摘 要：本文介绍了沪苏通长江大桥及所使用高性能混凝土的概况，阐述了高性能混凝土的配合比技术要求，并对配合比进行了优化，提出了现场质量控制措施，保证了高性能混凝土高工作性、高体积稳定性及耐久性。
关键词：高性能混凝土;配合比;质量控制
中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
1工程概况
沪苏通长江大桥位于江阴长江大桥下游45km、苏通长江大桥上游40km，北岸为南通市，南岸为张家港市，大桥全长11.072km。正桥墩身采用墩顶设置墩帽的单箱三室薄壁空心墩钢筋混凝土结构，墩身顺桥向外壁采用40：1坡度放坡至墩底，空心墩内壁采用60：1放坡至墩底。除拱桥拱脚墩以外，墩身高度都在50m以上，宽度都不窄于31m，是国内较为罕见的大面积、大体积墩身。墩身混凝土采用高性能混凝土，强度等级为C40，用量约12.8万m?。沪苏通长江大桥自2014年3月开工建设，2020年7月1日正式开通运营。经过近1年的运营检验，大桥质量满足设计要求，高性能混凝土质量得到了保证，为大桥的整桥性能达标提供了基础保证。
2高性能混凝土概述
2.1 高性能混凝土概念
高性能混凝土是指通过采用低水胶比并掺加足够矿物细掺料、高效外加剂等，提高普通混凝土性能的新型混凝土。除了具有高耐久性，還能保证良好的工作性、适用性、经济性，以及高尺寸稳定性和较高的强度。
2.2 高性能混凝土的特点
高性能混凝土具有如下性能[1]：
（1）由于高性能混凝土的高密度、低渗透性且高抗腐蚀能力，因此具有耐久性的关键性能，即高抗渗能力。
（2）高性能混凝土工作性良好，混凝土拌和物流动性较高，易泵送，混凝土具有高黏聚性，在成型过程中不分层、不离析，易填充，且自密实性能好。
（3）高性能混凝土具有低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量，即高体积稳定性。
3 C40混凝土的配合比技术要求
混凝土配合比[2]的设计思路是先按照施工图纸、混凝土相关技术规范及本项目混凝土中所使用原材料的特点进行理论配合比的初步设计，先满足拌合物性能，再满足力学性能要求，其次满足耐久性要求，最后通过对比分析，选择三种指标都较合理的配合比。
3.1 配置强度设计
混凝土的施工配置强度除保证规定的强度外，标准差σ应采用较高值（取5.0MPa），则C40混凝土配置强度为：
fcu，o=fcu，k+1.645σ=40+1.645×5.0=48.2MPa
3.2 质量控制
新拌混凝土的质量控制包括混凝土的凝结时间、和易性以及后期性能。凝结时间可以由水泥品种及外加剂来控制，而影响和易性和混凝土后期性能主要控制指标的主要因素具体见表1和表2：
3.3 材料用量控制
考虑到墩身的体积较大，在满足强度、耐久和工作性能的前提下，通过优选集料和优化配合比，尽量减少凝胶材料用量，降低水化热，防止混凝土内部和表面温差超过20℃，造成混凝土开裂。同时，合理掺入优质粉煤灰与高性能减水剂也能够降低水化热，增强混凝土和易性，并于泵送。
4高性能混凝土配合比优化技术
4.1原材料控制
4.1.1 水泥质量控制
沪苏通大桥正桥墩身施工采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，由于水泥及矿物组成成分对混凝土耐久性影响很大，因此对进场的每一批水泥都必须严格按规范要求做好细度、凝结时间、标准稠度用水量、安定性及胶砂强度等试验[3]。相关试验数据见表3和表4。
4.1.2 掺合料的质量控制
矿物掺合料是指具有一定细度和活性的用于改善新拌合混凝土性能的矿物类产品。矿物掺合料可有效改善混凝土的耐久性和工作性能，例如加强可泵送性、抗裂性、耐蚀性、护筋性及抗碱-骨料反应性等。因此，有必要严格控制掺合料的质量。本工程所使用掺合料相关检测结果见表5和表6。
4.1.3 细骨料质量控制
所使用细骨料相关检测结果见表7。
4.1.4 粗骨料质量控制
所使用粗骨料相关检测结果见表8。
4.1.5 外加剂质量控制
外加剂可改善混凝土和易性、可泵送性，加快混凝土早期强度增长。沪通大桥正桥墩身选用的是JD-9聚羧酸高性能减水剂，通过反复适配和季节及时调整，选择最为合适的成分比例及掺量。每批外加剂到现场后，必须提前检测各项指标，合格后方可使用。相关检测结果见表9。
4.1.6 拌合水质量控制
沪通大桥混凝土拌合采用地下水，各项检测结果如表10。
4.2 配合比试配和优化
根据设计使用年限、施工工艺和环境条件等，通过试配、调整、试件检测和试浇筑等步骤选定混凝土的配合比，同时考虑原材料、环境条件等可能出现的变化，选定备用配合比。
结合混凝土相关技术规范，并针对本项目混凝土中所使用原材料的特点，试验室确定表11的基准配合比，混凝土性能如表12。
在基准配合比的基础上分别增加和减少0.03水胶比，确定表13的配合比，水胶比调整后的混凝土性能如表14。
通过比较3种不同水胶比的混凝土性能和强度，选择水胶比0.38的基准配合比配制墩身混凝土。
5高性能混凝土施工工艺
5.1拌合
沪通大桥HTQ-1标正桥墩身混凝土由水上3座180m3/h拌合站负责供应。在浇筑前，提前检测砂石料含水率，调整粗、细骨料和水的实际用量[4]。 按照施工配合比对所使用的原材料进行准确称量，称量允许最大偏差见表15。
拌合站采用逆流式强制搅拌机，投入搅拌机的原材料通过电脑自动控制，投料顺序按照工艺性试验试拌的结果进行，主要分冬期施工和夏期施工两个方面，混凝土搅拌时间按照规范规定为2～3min每盘，具体搅拌时间也是按照搅拌工艺性试验进行确定。混凝土的出机温度夏季不超过30℃，冬季不低于10℃，混凝土含气量控制在2.6%～3.2%之间，墩身混凝土的塌落度宜控制在180～200mm之间。
为了控制好砂石质量和搅拌质量，以确保混凝土的工作性能，项目部建立了如图1的控制体系。
5.2 运输
混凝土运输过程中注意保持均匀性，避免分层、离析和漏浆，并确保坍落度、含气量、入模温度等工作性能满足要求;沪通大桥在江中设置了三台180m?/h的水上搅拌站，使用10台混凝土运输车，搅拌出来的混凝土运输到现场至入模一般控制在20min以内。运输设备夏天采取隔热措施，冬天具有保温措施很好的保证了混凝土的性能。
5.3 浇筑
墩身混凝土浇筑采用汽车泵和拖泵进行。施工墩身混凝土标准节段约400～500m3，墩身下部4～5节考虑用汽车泵进行施工，以上部分考虑用两台拖泵。
混凝土入模前应对入模温度、坍落度、含气量进行检测，入模温度应控制在5～30℃，含气量、坍落度符合配合比设计要求。混凝土浇筑时采用分层连续推移的方式浇筑，分层厚度按30cm控制，禁止用振捣棒赶料。
混凝土浇筑时为了减小混凝土自由落体高度，在使用汽车泵浇筑时，加长汽车泵软管。软管插入待浇筑混凝土面附近，保证混凝土自由倾落高度不大于2m。拖泵浇筑时需要悬挂串筒进行混凝土浇筑，串筒间用锁链等进行钩挂串联形成整体，串筒出料口距混凝土浇筑面的高度不超过1m。以7#墩为例，串筒平面布置如图2。
5.4 振捣
应按照事先规定的工艺路线和方式振捣混凝土，不得随意加振或漏振。为避免过振，每点的振捣时间一般不宜超过25s，以表面泛浆或不冒大气泡为准。采用插入式振捣棒宜用垂直点振方式，不得平拖振捣棒来改变振捣棒的水平位置，应先竖向缓慢拔出振捣棒，再移到新位置。
高性能混凝土的流动性一般比较大，为了避免出现过振或漏振，每次混凝土浇筑前，我们都要先进行技术交底，严格按照工艺路线进行，否则，过振会使混凝土离析，表面泌水，而泌出的多余水就会顺着模板流淌下来，将混凝土表面的水泥浆冲掉，拆模后就看到一条条的砂线，既影响外观质量又影响混凝土耐久性。而漏振就会出现混凝土里面密实，表面稀松，影响混凝土的耐久性。若混凝土入模坍落度稍大就应该相应减少振捣时间，以引出混凝土中的有害气泡为准则，若入模坍落度较小则应该适当延长振捣时间，使混凝土密实。
5.5养护
养护是整个高性能混凝土的生命周期中最主要的一部分，如果不及时养护或者养护不当，就会造成混凝土早期开裂，一旦开裂，水、二氧化碳、有害物质就会顺着裂缝渗透至混凝土中与混凝土中的碱产生化学反应使得裂缝进一步膨胀，其实混凝土大多不是由于荷载破坏的而是由于形变（收缩、膨胀、裂缝）产生的破坏。
根据专家研究，混凝土拆模后2小时是整个混凝土水分散失最快的时候，因此要求我们现场混凝土结构物主要是墩身等大面积暴露在空气中的混凝土结构物拆完摸后第一时间喷洒和混凝土表面温度不超过15℃的水（刚拆完模混凝土表面的温度较高，特别是大体积混凝土，如果水温低于表面温度太多，直接会出现裂纹），而且要始终保证混凝土表面是潮湿状态，如果洒水困难也可喷涂养护剂目的就是保证混凝土内部的水分不丢失。
6结语
综上所述，高性能混凝土不但要有好的原材料、施工配合比，还应该具有全方面的现场质量控制（拌合、运输、振搗及养护）。只有当设计和施工养护每一个环节按照要求去做了才能体现出高性能混凝土的优势，从而满足高工作性、高体积稳定性及耐久性的要求。
参考文献
[1]李宏亮.高性能混凝土配合比设计及施工技术[D].长春：吉林大学，2008.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50010-2010（2015版） 混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[3]国家铁路局.TB 10424-2018 铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2019.
[4]中国铁路总公司.Q/CR 9207-2017 铁路混凝土工程施工技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2017.
收稿日期：2021-06-12
作者简介：明海翔（1963—），男，湖北广水人，工程硕士，高级工程师，研究方向：工程建设技术、铁道工程。
Discussion on the High-performance Concrete Construction Technology of the Shanghai-Suzhou-Nantong Yangtze River Bridge
Ming Haixiang
（China Railway Construction Management Co.， Ltd.， Beijing 100844）
Abstract：This paper introduces the overview of Shanghai-Nantong Yangtze River Bridge and high-performance concrete， expounds the technical requirements of high-performance concrete， optimizes the mix ratio， and puts forward site quality control measures to ensure high workability， volume stability and endurance of high-performance concrete.
Keywords：High-performance concrete; Mix ratio; Quality control
关键词：高性能混凝土;配合比;质量控制
中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
1工程概况
沪苏通长江大桥位于江阴长江大桥下游45km、苏通长江大桥上游40km，北岸为南通市，南岸为张家港市，大桥全长11.072km。正桥墩身采用墩顶设置墩帽的单箱三室薄壁空心墩钢筋混凝土结构，墩身顺桥向外壁采用40：1坡度放坡至墩底，空心墩内壁采用60：1放坡至墩底。除拱桥拱脚墩以外，墩身高度都在50m以上，宽度都不窄于31m，是国内较为罕见的大面积、大体积墩身。墩身混凝土采用高性能混凝土，强度等级为C40，用量约12.8万m?。沪苏通长江大桥自2014年3月开工建设，2020年7月1日正式开通运营。经过近1年的运营检验，大桥质量满足设计要求，高性能混凝土质量得到了保证，为大桥的整桥性能达标提供了基础保证。
2高性能混凝土概述
2.1 高性能混凝土概念
高性能混凝土是指通过采用低水胶比并掺加足够矿物细掺料、高效外加剂等，提高普通混凝土性能的新型混凝土。除了具有高耐久性，還能保证良好的工作性、适用性、经济性，以及高尺寸稳定性和较高的强度。
2.2 高性能混凝土的特点
高性能混凝土具有如下性能[1]：
（1）由于高性能混凝土的高密度、低渗透性且高抗腐蚀能力，因此具有耐久性的关键性能，即高抗渗能力。
（2）高性能混凝土工作性良好，混凝土拌和物流动性较高，易泵送，混凝土具有高黏聚性，在成型过程中不分层、不离析，易填充，且自密实性能好。
（3）高性能混凝土具有低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量，即高体积稳定性。
3 C40混凝土的配合比技术要求
混凝土配合比[2]的设计思路是先按照施工图纸、混凝土相关技术规范及本项目混凝土中所使用原材料的特点进行理论配合比的初步设计，先满足拌合物性能，再满足力学性能要求，其次满足耐久性要求，最后通过对比分析，选择三种指标都较合理的配合比。
3.1 配置强度设计
混凝土的施工配置强度除保证规定的强度外，标准差σ应采用较高值（取5.0MPa），则C40混凝土配置强度为：
fcu，o=fcu，k+1.645σ=40+1.645×5.0=48.2MPa
3.2 质量控制
新拌混凝土的质量控制包括混凝土的凝结时间、和易性以及后期性能。凝结时间可以由水泥品种及外加剂来控制，而影响和易性和混凝土后期性能主要控制指标的主要因素具体见表1和表2：
3.3 材料用量控制
考虑到墩身的体积较大，在满足强度、耐久和工作性能的前提下，通过优选集料和优化配合比，尽量减少凝胶材料用量，降低水化热，防止混凝土内部和表面温差超过20℃，造成混凝土开裂。同时，合理掺入优质粉煤灰与高性能减水剂也能够降低水化热，增强混凝土和易性，并于泵送。
4高性能混凝土配合比优化技术
4.1原材料控制
4.1.1 水泥质量控制
沪苏通大桥正桥墩身施工采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，由于水泥及矿物组成成分对混凝土耐久性影响很大，因此对进场的每一批水泥都必须严格按规范要求做好细度、凝结时间、标准稠度用水量、安定性及胶砂强度等试验[3]。相关试验数据见表3和表4。
4.1.2 掺合料的质量控制
矿物掺合料是指具有一定细度和活性的用于改善新拌合混凝土性能的矿物类产品。矿物掺合料可有效改善混凝土的耐久性和工作性能，例如加强可泵送性、抗裂性、耐蚀性、护筋性及抗碱-骨料反应性等。因此，有必要严格控制掺合料的质量。本工程所使用掺合料相关检测结果见表5和表6。
4.1.3 细骨料质量控制
所使用细骨料相关检测结果见表7。
4.1.4 粗骨料质量控制
所使用粗骨料相关检测结果见表8。
4.1.5 外加剂质量控制
外加剂可改善混凝土和易性、可泵送性，加快混凝土早期强度增长。沪通大桥正桥墩身选用的是JD-9聚羧酸高性能减水剂，通过反复适配和季节及时调整，选择最为合适的成分比例及掺量。每批外加剂到现场后，必须提前检测各项指标，合格后方可使用。相关检测结果见表9。
4.1.6 拌合水质量控制
沪通大桥混凝土拌合采用地下水，各项检测结果如表10。
4.2 配合比试配和优化
根据设计使用年限、施工工艺和环境条件等，通过试配、调整、试件检测和试浇筑等步骤选定混凝土的配合比，同时考虑原材料、环境条件等可能出现的变化，选定备用配合比。
结合混凝土相关技术规范，并针对本项目混凝土中所使用原材料的特点，试验室确定表11的基准配合比，混凝土性能如表12。
在基准配合比的基础上分别增加和减少0.03水胶比，确定表13的配合比，水胶比调整后的混凝土性能如表14。
通过比较3种不同水胶比的混凝土性能和强度，选择水胶比0.38的基准配合比配制墩身混凝土。
5高性能混凝土施工工艺
5.1拌合
沪通大桥HTQ-1标正桥墩身混凝土由水上3座180m3/h拌合站负责供应。在浇筑前，提前检测砂石料含水率，调整粗、细骨料和水的实际用量[4]。 按照施工配合比对所使用的原材料进行准确称量，称量允许最大偏差见表15。
拌合站采用逆流式强制搅拌机，投入搅拌机的原材料通过电脑自动控制，投料顺序按照工艺性试验试拌的结果进行，主要分冬期施工和夏期施工两个方面，混凝土搅拌时间按照规范规定为2～3min每盘，具体搅拌时间也是按照搅拌工艺性试验进行确定。混凝土的出机温度夏季不超过30℃，冬季不低于10℃，混凝土含气量控制在2.6%～3.2%之间，墩身混凝土的塌落度宜控制在180～200mm之间。
为了控制好砂石质量和搅拌质量，以确保混凝土的工作性能，项目部建立了如图1的控制体系。
5.2 运输
混凝土运输过程中注意保持均匀性，避免分层、离析和漏浆，并确保坍落度、含气量、入模温度等工作性能满足要求;沪通大桥在江中设置了三台180m?/h的水上搅拌站，使用10台混凝土运输车，搅拌出来的混凝土运输到现场至入模一般控制在20min以内。运输设备夏天采取隔热措施，冬天具有保温措施很好的保证了混凝土的性能。
5.3 浇筑
墩身混凝土浇筑采用汽车泵和拖泵进行。施工墩身混凝土标准节段约400～500m3，墩身下部4～5节考虑用汽车泵进行施工，以上部分考虑用两台拖泵。
混凝土入模前应对入模温度、坍落度、含气量进行检测，入模温度应控制在5～30℃，含气量、坍落度符合配合比设计要求。混凝土浇筑时采用分层连续推移的方式浇筑，分层厚度按30cm控制，禁止用振捣棒赶料。
混凝土浇筑时为了减小混凝土自由落体高度，在使用汽车泵浇筑时，加长汽车泵软管。软管插入待浇筑混凝土面附近，保证混凝土自由倾落高度不大于2m。拖泵浇筑时需要悬挂串筒进行混凝土浇筑，串筒间用锁链等进行钩挂串联形成整体，串筒出料口距混凝土浇筑面的高度不超过1m。以7#墩为例，串筒平面布置如图2。
5.4 振捣
应按照事先规定的工艺路线和方式振捣混凝土，不得随意加振或漏振。为避免过振，每点的振捣时间一般不宜超过25s，以表面泛浆或不冒大气泡为准。采用插入式振捣棒宜用垂直点振方式，不得平拖振捣棒来改变振捣棒的水平位置，应先竖向缓慢拔出振捣棒，再移到新位置。
高性能混凝土的流动性一般比较大，为了避免出现过振或漏振，每次混凝土浇筑前，我们都要先进行技术交底，严格按照工艺路线进行，否则，过振会使混凝土离析，表面泌水，而泌出的多余水就会顺着模板流淌下来，将混凝土表面的水泥浆冲掉，拆模后就看到一条条的砂线，既影响外观质量又影响混凝土耐久性。而漏振就会出现混凝土里面密实，表面稀松，影响混凝土的耐久性。若混凝土入模坍落度稍大就应该相应减少振捣时间，以引出混凝土中的有害气泡为准则，若入模坍落度较小则应该适当延长振捣时间，使混凝土密实。
5.5养护
养护是整个高性能混凝土的生命周期中最主要的一部分，如果不及时养护或者养护不当，就会造成混凝土早期开裂，一旦开裂，水、二氧化碳、有害物质就会顺着裂缝渗透至混凝土中与混凝土中的碱产生化学反应使得裂缝进一步膨胀，其实混凝土大多不是由于荷载破坏的而是由于形变（收缩、膨胀、裂缝）产生的破坏。
根据专家研究，混凝土拆模后2小时是整个混凝土水分散失最快的时候，因此要求我们现场混凝土结构物主要是墩身等大面积暴露在空气中的混凝土结构物拆完摸后第一时间喷洒和混凝土表面温度不超过15℃的水（刚拆完模混凝土表面的温度较高，特别是大体积混凝土，如果水温低于表面温度太多，直接会出现裂纹），而且要始终保证混凝土表面是潮湿状态，如果洒水困难也可喷涂养护剂目的就是保证混凝土内部的水分不丢失。
6结语
综上所述，高性能混凝土不但要有好的原材料、施工配合比，还应该具有全方面的现场质量控制（拌合、运输、振搗及养护）。只有当设计和施工养护每一个环节按照要求去做了才能体现出高性能混凝土的优势，从而满足高工作性、高体积稳定性及耐久性的要求。
参考文献
[1]李宏亮.高性能混凝土配合比设计及施工技术[D].长春：吉林大学，2008.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50010-2010（2015版） 混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[3]国家铁路局.TB 10424-2018 铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2019.
[4]中国铁路总公司.Q/CR 9207-2017 铁路混凝土工程施工技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2017.
收稿日期：2021-06-12
作者简介：明海翔（1963—），男，湖北广水人，工程硕士，高级工程师，研究方向：工程建设技术、铁道工程。
Discussion on the High-performance Concrete Construction Technology of the Shanghai-Suzhou-Nantong Yangtze River Bridge
Ming Haixiang
（China Railway Construction Management Co.， Ltd.， Beijing 100844）
Abstract：This paper introduces the overview of Shanghai-Nantong Yangtze River Bridge and high-performance concrete， expounds the technical requirements of high-performance concrete， optimizes the mix ratio， and puts forward site quality control measures to ensure high workability， volume stability and endurance of high-performance concrete.
Keywords：High-performance concrete; Mix ratio; Quality control