鐵路現澆箱梁高性能混凝土的配制與施工控制

侯永生

1 概述

冶河特大橋、小寨大橋、黑水坪大橋是國內首批建設的客運專線中石太客運專線位于河北段太行山脈中的三座橋梁工程。相對于工廠化的預制梁場生產的箱梁，在施工現場大跨度連續梁及移動模架現澆梁的施工因施工環境復雜、氣候變化大、施工溫差難于控制、道路環境惡劣、混凝土運輸距離長、泵送高度大等條件限制，其混凝土施工難度更大，不可控因素多。

2 配合比設計

2.1 原材料選擇

1)膠凝材料。

水泥選用河北曲寨水泥有限公司生產的P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，堿含量0.50%，氯離子含量0.012%，28 d抗壓強度50.5 MPa。選用井陘縣大唐微水電廠一級粉煤灰，細度8.3%，Cl離子含量0.001%，堿含量0.91%，燒失量2.65%。選用河北鋼信水泥有限公司S95級磨細礦渣粉，比表面積442 m2/kg，燒失量0.61%，28 d活性指數98%。

2)骨料。

細骨料選用河北正定砂場中砂，細度模數2.72，含泥量1.1%，泥塊含量無，有機物含量合格。粗骨料選用河北省井陘縣晨磊石料場5 mm～25 mm二級配碎石，含泥量0.2%，泥塊含量無，針片狀顆粒總含量2.9%，壓碎指標值8.2%。

3)外加劑。

外加劑選用河北金舵建材科技開發公司生產的JD-9聚羧酸系高效減水劑，減水率26%，堿含量(Na2O+0.658K2O)1.17%，Cl離子含量0.01%，28 d抗壓強度比144%。

2.2 外加劑與各種原材料之間適應性的研究

1)外加劑自身的因素。

選用山西黃騰HT-HPC聚羧酸外加劑、河北金舵JD-9聚羧酸外加劑、北京建工AN4000聚羧酸外加劑，試驗結果見表1。

由表1可以看出，對于同一種水泥，各種聚羧酸外加劑都存在一個最佳摻量。在低摻量范圍，增加聚羧酸外加劑用量，外加劑減水和混凝土坍落度保持效果增加明顯;在高摻量范圍，繼續增加聚羧酸外加劑用量，外加劑減水變化不大、混凝土坍落度保持效果良好。但外加劑過飽和摻加時，水泥漿或混凝土同樣存在泌漿、沉底、和易性變差等問題。

2)水泥的影響。

水泥對外加劑的影響不僅是由于水泥中礦物組成不同、調凝石膏品種不同、細度和顆粒級配改變、堿含量不同而引起，而且水泥出廠溫度、新鮮程度均對適應性有很大的影響。試驗表明，當水泥溫度超過40℃后，雖然對混凝土初始狀態影響不大，但對坍落度損失、和易性影響巨大。同時新出廠的水泥與外加劑的適應性不如陳置的水泥，同樣的外加劑能使陳置的水泥出現更高的流動度。

表1 不同外加劑對水泥混凝土適應性試驗結果

3)粉煤灰與外加劑的適應性。

粉煤灰過細，也會要多一些的外加劑分散粉煤灰顆粒;粉煤灰燒失量越大(即含碳量越大)，吸附外加劑的能力越強，使外加劑的摻量增加。

試驗表明粉煤灰細度在8%～14%之間對外加劑的適應性最好，燒失量在3.5%以下時對適應性影響不大。

4)骨料的影響。

試配中的試驗數據表明，當砂子的含泥量小于3%時對坍落度損失影響不大，但含泥量大于3%以后，坍落度損失增加50%以上。骨料的級配不良，特別是缺少中間粒級的骨料，也容易造成混凝土離析、抓底，混凝土坍落度損失大，影響混凝土質量。通過試驗，當骨料的組合達到最小空隙率時，混凝土坍落度最大，和易性良好，坍落度損失最小。

2.3 粉煤灰、磨細礦渣及其摻量對混凝土性能影響的研究

為配制出客運專線高性能耐久性混凝土，就粉煤灰、礦粉對混凝土耐久性的影響進行以下研究。

摻合料對混凝土性能的改善主要取決于它的兩個綜合效應:

1)火山灰效應;

2)微集料效應。

一方面改善了膠結料與集料的界面粘結強度，摻合料吸收水泥水化時形成的Ca(OH)2，并進一步水化生成更多有利的硅酸鈣凝膠，使界面區的Ca(OH)2晶粒變小，改善了混凝土的微觀結構，另一方面改善膠凝材料顆粒級配，使混凝土更密實，從而提高混凝土的耐久性。粉煤灰、礦粉復合使用還可兼顧混凝土早期強度與后期強度。

2.4 配合比

C50客運專線現澆箱梁高性能混凝土配合比見表2。

3 施工及質量控制

1)原材料控制。

各種原材料除在進場時加強檢測，保證各種材料符合相關標準要求外，重點控制水泥熟化時間與水泥溫度。每個拌和站設置兩個以上水泥儲存罐，水泥進場熟化7 d以上且溫度降到40℃以下才能使用。

表2 C50客運專線現澆箱梁高性能混凝土配合比

2)水泥外加劑適應性控制。

解決外加劑與水泥的不相適應問題，重在預防，注重材料的選擇和進場材料的檢測。針對不同批次的材料，在施工前一天試拌混凝土，檢查混凝土坍落度、用水量、坍落度損失情況及流動性等是否正常。

3)坍落度控制。

現澆梁混凝土施工對坍落度的要求范圍比其他混凝土要小的多，一方面移動模架施工均是原位現澆，泵送高度高，混凝土只能從頂板經過腹板下流后澆筑底板，并且出于安全考慮，模板不能增加輔助振動設備，要求入模坍落度大，小于200 mm坍落度的混凝土泵送與澆筑比較困難，另一方面，摻聚羧酸外加劑的混凝土凝結時間長，坍落度達到220 mm時會造成翻漿。混凝土坍落度只有在200 mm，210 mm時能夠正常施工。這就要求對砂、石原材料的含水率加大檢測頻率，對每車混凝土坍落度進行控制。

4)坍落度損失的控制。

因運輸距離與道路狀況的影響，混凝土的保坍性要達到2 h無坍損，3 h坍損不大于30 mm，以保證箱梁澆筑過程中混凝土的連續。外加劑摻量對水泥的飽和點是控制坍落度損失的關鍵，而飽和點對不同批次的材料也不一樣，通過對外加劑摻量的微調，可實現混凝土2 h無坍損，解決遠距離運輸問題。

5)混凝土裂縫的控制。

頂板抹面后及時覆蓋塑料薄膜，加蓋氈布，梁兩端用氈布封堵;在養護期間及時灑水養護保持溫度，防止混凝土表面產生收縮性裂縫。

6)混凝土養護措施。

為避免出現養護不及時、養護濕度不夠、養護時間短等情況，經現場多次試驗箱梁的養護采用覆蓋與灑水養護并用的養護方法效果良好。橋面及底板頂面混凝土在初凝前即用塑料薄膜與土工布覆蓋，并安排專人灑水保證混凝土潮濕，梁兩端在澆筑完混凝土后即用塑料布封閉保持梁體溫度與濕度，內模拆除后應安排專人進行灑水養護?，F場建立專用養護水箱，避免用井水(涼水)直接作為養護用水。防止混凝土產生熱振裂縫。

4 總結與體會

1)水泥與外加劑相容性對比試驗很關鍵。合理使用各種外加劑的技術，包括外加劑的選用，各種外加劑間的復合，外加劑的最佳摻量，如何達到與水泥間的相容性良好，混凝土坍落度經時損失小的要求，可先確定不同的組合，通過與水泥的相容性對比試驗，進行優選。

2)合理使用摻合料，包括摻合料的選用，各種摻合料間的復合，摻合料的摻量，可選確定不同的方案，通過流動性，抗裂性，強度與耐久性對比試驗，進行優選。

3)有效地控制混凝土開裂和防裂，包括原材料選用，水化熱控制，配合比參數(水膠比，用水量)的控制，施工中溫度的控制，養護措施的保證等。

[1]CCES 01-2004，混凝土結構耐久性設計與施工指南[S].

[2]鐵建設[2005]157號，鐵路混凝土結構耐久性暫行規定[S].

[3]鐵建設[2005]160號，鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準[S].

[4]科技基函[2005]101號，客運專線高性能混凝土暫行技術條件[S].

[5]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

[6]陳建奎，王棟民.高性能混凝土(HPC)配合比設計新法——全計算法[J].硅酸鹽學報，2000(28):32-33.

[7]張應立.現代混凝土配合比設計手冊[M].北京:人民交通出版社，2002.