基于32m預應力箱梁C50混凝土配制技術的研究

羅昌盛

（中鐵二十五局集團有限公司質量檢測中心，廣州鐵誠工程質量檢測有限公司，廣東 廣州 510000）

1.前言

隨著我國城市建設的快速發展，箱梁預制生產技術有了很大提高，采用高性能混凝土技術是解決客運專線預力混凝土箱梁結構耐久設計的重要內容。高性能混凝土技術應用試驗是客運專線預應力混凝土箱梁試制、試驗的關鍵技術內容之一，是實現結構耐久性設計思想的重要組成部份。如何實現混凝土的耐久性成為混凝土配合比的設計關鍵。在武廣客運專線施工中，32m預制后張拉法施工雙線鐵路箱梁科技含量高，施工難度大，工期緊，C50高性能混凝土配合比設計成為施工關鍵點，施工前我們試驗人員進行了大量的試驗技術儲備工作。

2.混凝土配制原則

2.1 設計依據

客運專線箱梁預制C50預應力混凝土的配制依據是《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》、《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》、設計圖紙及施工計劃，其技術要求具體為：（1）水泥、粉煤灰、礦渣粉、砂、石、外加劑和水等原材料的質量要求。（2）混凝土膠凝材料用、摻和料摻量、水膠比、砂率、堿含量、氯離子含量及容重等配合比參數的限值要求。（3）混凝土拌和物性能、力學性能、抗裂性、耐久性能要求。

2.2 混凝土配制原則

根據《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》、《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》、設計圖紙及施工計劃，C50預應力混凝土配制原則：

（1）原材料的比對

進行原材料的比對試驗，確定水泥、粉煤灰、礦渣粉、砂、石、外加劑和水等原材料的質量符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求，以備C50預應力混凝土的配制。

（2）技術參數確定

①膠凝材料用量：膠凝材料用量不宜超過500Kg/m3，水泥采用P.O.42.5,用量不宜小于300 Kg/m3。摻和料采用粉煤灰和礦渣粉雙摻技術，當采用單摻時，粉煤灰的摻量不宜大于30%②水膠比：根據目前的試驗情況，水膠比用0.29～0.33為宜，由于試驗時在一個比較小的范圍內調整用水量不可避免，所以試驗時水膠比會在一個比較小的范圍內變動，試驗結果以實際水膠比進行分析。③砂率：泵送混凝土的砂率宜在35%～45%之間選擇。④堿含量：采用砂漿棒膨脹率在0.10%～0.20%的堿－硅酸反應活性骨料時，混凝土的總堿含量之和不應大于3.0 Kg/m3；當采用砂漿棒膨脹率在0.20%～0.30%的堿－硅酸反應活性骨料時，混凝土的總堿含量之和不應大于3.0 Kg/m3，且應在混凝土中摻加具有明顯控制效能的摻和料和外加劑；不得采用砂漿棒膨脹率在0.30%以上的堿－硅酸反應活性骨料。⑤氯離子含量：預應力混凝土的氯離子含量（包括水泥、礦物摻和料、砂、石、水、外加劑等所有含氯離子含量之和）不應超過膠凝材料總量的0.06%⑥容重：混凝土的容重應控制在2400～2500 Kg/m3。

（3）混凝土的性能

①混凝土的出機坍落度：200±20mm，入模坍落度宜控在160～180mm，因入模坍落度與入模溫度有關，入模溫度宜控制在5～30℃，1小時坍落度損失控制在20%以內；擴展度：400～600mm；含氣量宜控制為 2%～4%；混凝土凝結時間：初凝10～15小時；常壓泌水率為0%，壓力泌水率小于40%。

②強度：48小時的強度應達到設計值的60%（預張拉），72小時的強度應達到設計值的80%（初張拉），7天的強度應達到設計值的100%（終張拉），在配合比設計時，混凝土的28天齡期配制強度應控制不小于58.2MPa；彈性模量：35.5GPa（包括終張拉彈性模量）；

③混凝土的56天齡期抗凍性應不小于F300，重量缺失不應超過5%，相對動彈性模量不應低于60%；混凝土的抗滲標號不應小于P20；混凝土的56天齡期電通量應不大于1000C；

④抗堿－骨料反應：采用砂漿棒膨脹率在0.20%～0.30%的堿－硅酸反應活性骨料時，礦物摻和料和外加劑抑制堿－骨料反應有效性的評價應合格。

3 原材料試驗及選定

原材料試驗和選定是根據《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》規定的試驗項目進行檢驗，并將原材料的檢驗結果與《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求進行了對比。

3.1 水泥

水泥為甲供材料昌山水泥廠的粵海牌P.O42.5水泥，水泥中C3A含量為7.23%，堿含量為0.501%，氯離子含量為0.005%，游離氧化鈣為0.38%，各項指標和常規檢驗的各項指標均符合規范要求。

3.2、粉煤灰

選用深圳媽灣電廠的Ⅰ級灰（F類），其檢驗結果：燒失量為1.0%，細度9.7%，需水量比為96%，三氧化硫含量0.57%，堿含量1.26%，氯離子含量0.014%，含水率0.13%，各項指標均符合規范要求。

3.3 礦渣粉

選用廣東韶鋼嘉羊新型材料有限公司的S95礦渣粉，其檢驗結果：燒失量為1.08%，需水量比為95%，比表面積為423m2/Kg，氧化美含量2.31%，三氧化硫含量0.29%，氯離子含量0.004%，含水率0.10%，堿含量0.25%，28天的活性指數98%，各項指標均符合規范要求。

3.4 碎石

選用廣東省韶關市龍歸石場二級配的碎石復配成5～25mm連續級配碎石，最大公稱粒徑25mm石灰巖。其母巖抗壓強度大于100MPa，堿活性指標為0.03%，壓碎指標4.8%，堅固性1.5%，吸水率0.27%，含泥量0.3%，泥塊含量0.1%，針片狀顆粒總含量4.1%，堿活性砂漿棒膨脹率0.01%，各項指標均符合規范要求。其復配結果如下：（見表1）

備注：表二級配范圍是按大小比例為8：2配出的結果。根據復配結果以10～20mm碎石：5～10mm碎石8：2復配結果為理想級配。

3.5 砂

選用廣東省韶關市周田砂場，堿活性砂漿棒膨脹率0.02%，細度模數2.9，含泥量0.8%，泥塊含量0.1%，云母含量0.02%，輕物質含量0.04%及其它各項指標均符合規范要求。

表-1

3.6 外加劑

優先選用有鐵道部質檢站的合格產品檢驗報告。采用株橋外加劑有限責任公司的TQN聚羧酸高性能減水劑，減水率28%，含氣量3.8%，抗壓強度比137%，堿含量1.9%氯離子含量0.001%等各項指標均符合規范要求。

4、配合比的初選

4.1 膠凝材料總用量

因為膠凝材料總用量不宜超過500Kg/m3，并且水泥用量不宜少于300Kg/m3，礦物摻和料的摻量不宜超過30%首次確定水泥用量為351Kg/m3。

4.2 水膠比

水膠比是決定混凝土強度的主要因素，水膠比宜為0.29～0.33時強度基本滿足要求。首先假設確定水膠比為因素A，取三水平即：0.30、0.31、0.32，確定 A1=0.30、A2=0.31、A3=0.32。

4.3 外加劑摻量

根據廠家提供的摻量，確定外加劑摻量作為因素B，取三水平即：0.8%、1.0%、1.2%，確定B1=0.8%，B2=1.0%，B3=1.2%，相對應的用水量設為 148 Kg/m3，146Kg/m3，144Kg/m3。

4.4 粉煤灰與礦渣粉的摻配比例

確定為因素 C，取三水平即：3:1、3:2、3:3，確定 C1＝粉煤灰: 礦渣粉＝3:1、C2=粉煤灰:礦渣粉＝3:2、C3＝粉煤灰:礦渣粉＝3:3。

4.5 砂率

確定為因素D，根據前面的試驗情況，砂率按39%，41%，43%三個水平變化，即D1＝39%，D2=41%，D3=43%，試配時砂率不計入5mm以上顆粒。

4.6 采用正交試驗設計

選取L9(34)表對試驗進行設計。（表2）

表-2

4.8 混凝土力學性能試驗

試配成型的混凝土試件在標準養護的條件下各齡期強度和彈性模量試驗結果（見表3）

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表-3混凝土強度及彈性模量試驗結果

從表-6的試驗結果來看：

（1）所有試件的28天齡期立方體抗壓強度均能滿足C50混凝土的配制要求。28天齡期立方體抗壓強度最高值為68.2MPa，最小值為58.7MPa，均高于配制強度58.2MPa的要求，具有較好的強度富余系數。

（2）試件強度達到《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》規定的帶模張拉強度（設計強度的50%，25MPa）要求的齡期2天左右。

（3）試件強度達到《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》規定的初張拉強度（設計強度的80%，40MPa）要求的齡期3天左右。

（4）試件靜力彈性模量均能滿足《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》的要求。

4.9 混凝土耐久性能試驗

客運專線預制箱梁C50預應力混凝土的耐久性能最為主要，其包括混凝土的電通量、抗凍性、抗滲性和抗堿－骨料反應性等。由于混凝土的電通量、抗凍性、抗滲性和抗堿－骨料反應性的試驗都是外委試驗，沒有掌握到其試驗過程及數據統計說明，根據高一級試驗單位提供的試驗報告均符合《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》、《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。

5.合比的確定

根據以上原材料的比選試驗，配合比初選的分析和混凝土各性能試驗結果作出列表數據統計及圖片的效果，我們可以看出，試配8＃最具有符合《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》、《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的要求。建議試驗梁試配8＃配比進行配制，并根據試驗梁混凝土的水化熱生溫和實體梁硬化混凝土性能測試結果確定箱梁的生產配合比。

6.結束語。

綜上所述，客運專線工程開工建設量大,施工點分散,原料復雜,高性能混凝土的配合比設計應充分考慮客運專線混凝土礦物摻合料摻量特點、骨料等原材料的品質現狀,增進對適應泵送工藝要求的混凝土性能參數的考慮,并充分考慮實際機械、設備能力和控制水平及難度,才更有利于保證客運專線耐久性混凝土的施工質量。

[1]王蒂，龐志華.預應力箱梁底板混凝土崩裂成因分析.混凝土，2008年11期.