貴廣懷集制梁場(chǎng)C50梁體混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)總結(jié)

朱文華

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650041）

1 梁場(chǎng)簡(jiǎn)介

新建貴廣鐵路工程GGTJ-10標(biāo)段懷集制梁場(chǎng)位于貴廣鐵路（GGTJ-10標(biāo)）欄馬特大橋和大村大橋之間（中心里程為DK644+400）的路基右側(cè)坡地上，距懷集縣城約28km，距離S349省道約2km，交通便利。場(chǎng)地主要為坡地（甘蔗地）、無房屋拆遷，地勢(shì)比較平坦，制梁場(chǎng)占地面積約241畝。本制梁場(chǎng)預(yù)制箱梁共計(jì)924孔，其中整孔箱梁544片（522孔32m、22孔24m ），組合箱梁380片（298片32m、82片24m ）。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50，每一片梁的混凝土設(shè)計(jì)方量約300m3，混凝土具體設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

2 原材料

在混凝土原材料檢測(cè)的過程中，根據(jù)鐵路高性能混凝土的要求，對(duì)骨料的堿活性，以及其他材料的氯離子和堿含量都進(jìn)行了檢測(cè)，滿足規(guī)范要求后才進(jìn)行混凝土配合比的配制。

2.1 水泥

水泥采用廣西華潤(rùn)P·O42.5，檢測(cè)結(jié)果符合《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》。

2.2 粉煤灰

粉煤灰采用湛江電廠，規(guī)格為C50及以上，檢測(cè)結(jié)果符合《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》。

2.3 骨料

細(xì)骨料采用當(dāng)?shù)氐嫩曜泻由埃?guī)格為中砂；粗骨料采用金豐石場(chǎng)的碎石，規(guī)格為5～20mm，粗、細(xì)骨料均做了巖相法分析和快速砂漿棒膨脹率檢測(cè)，均合格，其它指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果均符合《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》。

2.4 減水劑

減水劑采用深圳市五山建材實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的WS-PC高效減水劑，檢測(cè)結(jié)果符合《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及JG/T223-2007《聚羧酸系高性能減水劑》。

2.5 拌合水

混凝土拌合水采用試驗(yàn)室的自來水，檢測(cè)結(jié)果符合《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及鐵建設(shè)【2005】160號(hào)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》。

3 C50混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

在梁體C50高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，展開混凝土施工配合比的設(shè)計(jì)。根據(jù)表1混凝土的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，主要考慮以下幾個(gè)方面的因素：粉煤灰摻量的選擇，根據(jù)鐵路高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件規(guī)定及其它客運(yùn)專線橋梁混凝土摻合料摻量的工程實(shí)例，摻合料單摻時(shí)，摻合料總量不得超過膠凝材料的25%，摻合料雙摻時(shí)，摻合料總量不得超過膠凝材料的35%；混凝土含氣量的控制；混凝土彈模和混凝土早期強(qiáng)度的影響因素等幾個(gè)方面展開混凝土配合比的設(shè)計(jì)。

3.1 粉煤灰摻量的選擇

主要研究粉煤灰摻量和水膠比對(duì)混凝土彈性模量的影響，同時(shí)考慮混凝土的早期強(qiáng)度的施工影響，如果混凝土的早期強(qiáng)度低，就會(huì)推遲混凝土的張拉，影響梁場(chǎng)的工期，根據(jù)《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及其它客運(yùn)專線橋梁混凝土摻合料摻量的工程實(shí)例，一般10d就應(yīng)具備混凝土終張拉的條件，即混凝土的同條件試件10d的抗壓強(qiáng)度應(yīng)該大于53.5 MPa，彈性模量大于35.5 GPa。因此，在選取合適的粉煤灰摻量時(shí)，應(yīng)充分考慮滿足施工的這些因素。考慮上述因素，具體的混凝土配制試驗(yàn)結(jié)果見表2。

將表2的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析，可以看出：

3.1.1 抗壓強(qiáng)度

當(dāng)水膠比在0.28～0.31之間、粉煤灰摻量在15%～24%之間變化時(shí)，對(duì)于粉煤灰高性能混凝土的10d抗壓強(qiáng)度，因素的影響順序?yàn)椋悍勖夯覔搅俊z比，隨著粉煤灰摻量的增大，強(qiáng)度降低；對(duì)28d抗壓強(qiáng)度，因素的影響順序變?yōu)椋核z比—粉煤灰摻量，而在固定單方膠凝材料的前提下，粉煤灰摻量變化實(shí)質(zhì)上是反映水灰比變化，所以，混凝土的10d強(qiáng)度主要受水灰比的影響，28d的強(qiáng)度主要受水膠比的影響；

表1 C50混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

表2 粉煤灰摻量與早期混凝土強(qiáng)度、彈性模量關(guān)系

3.1.2 彈性模量

對(duì)于10d和28d彈性模量，因素的影響順序均為：粉煤灰摻量—水膠比，粉煤灰摻量是一個(gè)最主要的影響因素，隨著粉煤灰摻量的增加，彈性模量變小。

3.1.3 小結(jié)

通過以上分析可以看出，出現(xiàn)的主要問題是混凝土的10d和28d彈性模量雖然很容易滿足設(shè)計(jì)要求，但混凝土的彈性模量偏大，對(duì)混凝土的抗裂不利，因此，能否在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上，從混凝土的含氣量和砂率入手，盡量降低混凝土的彈性模量成為解決問題的方向和技術(shù)難題。

3.2 混凝土含氣量控制范圍的選擇

在現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上，對(duì)不同的混凝土含氣量，考察其混凝土的彈性模量，試驗(yàn)結(jié)果見表3，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，混凝土的含氣量對(duì)彈性模量影響較大，隨著混凝土含氣量的增大，彈性模量降低，這說明混凝土在抗壓過程中，混凝土內(nèi)部的氣孔被壓縮，有一定的吸收能量的作用，從而降低混凝土的彈性模量。因此，混凝土含氣量的控制，在規(guī)范允許的條件下，應(yīng)按上限控制，即混凝土出機(jī)口的含氣量可按3.5%～4.5%控制，考慮混凝土在運(yùn)輸過程中的損失，入倉(cāng)混凝土的含氣量按3.0%～4.0%控制。

表3 含氣量與彈性模量關(guān)系

3.3 混凝土砂率的選擇

考察不同砂率對(duì)混凝土彈性模量的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表4，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，混凝土的彈性模量隨砂率的增加而降低。混凝土的彈性模量主要取決于集料的彈性模量以及粗集料與砂漿的體積比，隨砂率的增大，混凝土中粗集料比例下降，從而造成混凝土彈性模量下降。

表4 砂率與混凝土強(qiáng)度、彈性模量關(guān)系

3.4 C50施工混凝土配合比的確定及實(shí)施效果

通過以上試驗(yàn)結(jié)果，在滿足設(shè)計(jì)情況下，同時(shí)充分考慮施工因素，確定表5的施工配合比，同時(shí)進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，混凝土的抗凍及抗?jié)B均滿足設(shè)計(jì)要求，其余指標(biāo)見表5。目前，該混凝土施工配合比已經(jīng)在工程中應(yīng)用，達(dá)到了梁場(chǎng)要求模板周轉(zhuǎn)速度快的前提下使早期彈性模量達(dá)到張拉要求，同時(shí)，混凝土的彈性模量在44～48 GPa之間，達(dá)到了預(yù)期的效果，梁場(chǎng)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表6。

表5 混凝土施工配合比及驗(yàn)證結(jié)果

表6 梁場(chǎng)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）梁體混凝土配合比原材料選擇時(shí)，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的原材料，尤其粗、細(xì)骨料均必須作巖相法分析和快速砂漿棒膨脹率檢測(cè)，合格后才能用于混凝土配合比試驗(yàn)。

（2）混凝土配合比選擇試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)充分考慮粉煤灰摻量的選擇、混凝土含氣量的控制、混凝土彈模及混凝土早期強(qiáng)度的影響等幾個(gè)方面展開混凝土配合比的設(shè)計(jì)。

（3）當(dāng)水膠比在0.28～0.31之間、粉煤灰摻量在15%～24%之間變化時(shí)，對(duì)于粉煤灰高性能混凝土的10d抗壓強(qiáng)度，因素的影響順序?yàn)椋悍勖夯覔搅俊z比，隨著粉煤灰摻量的增大，強(qiáng)度降低；對(duì)28d抗壓強(qiáng)度，因素的影響順序變?yōu)椋核z比—粉煤灰摻量。

（4）對(duì)于10d和28d彈性模量，因素的影響順序均為：粉煤灰摻量—水膠比，粉煤灰摻量是一個(gè)最主要的影響因素，隨著粉煤灰摻量的增加，彈性模量變小。

（5）混凝土的含氣量對(duì)彈性模量影響較大，隨著混凝土含氣量的增大，彈性模量降低，這說明混凝土在抗壓過程中，混凝土內(nèi)部的氣孔被壓縮，有一定的吸收能量的作用，從而降低混凝土的彈性模量。

（6）混凝土的彈性模量隨砂率的增加而降低。混凝土的彈性模量主要取決于集料的彈性模量以及粗集料與砂漿的體積比，隨砂率的增大，混凝土中粗集料比例下降，從而造成混凝土彈性模量下降。

（7）水膠比越小，混凝土彈模量越大。

（8）在實(shí)際生產(chǎn)中利用本試驗(yàn)的結(jié)論，很好的控制了混凝土的張拉時(shí)間，滿足了工程的需要，積累了經(jīng)驗(yàn)。