高性能混凝土在預(yù)制箱梁中的應(yīng)用

關(guān) 耀

（山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司陽泉分公司，山西 陽泉 045000）

1 高性能混凝土的概念及特點(diǎn)

高性能砼是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對不同用途要求，對耐久性、工作性、適用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等性能重點(diǎn)予以保證。

高性能砼具有高強(qiáng)度、高塑性、高耐久性、高彈性模量、低滲透性，且具有自密實(shí)、高流動性能等特點(diǎn)的混凝土。

高性能混凝土在配置上的特點(diǎn)是采用低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。活性礦物摻合料可調(diào)整混合料中水泥顆粒的級配，起到增密、增塑、減水效果，改善骨料界面效應(yīng)，提高混凝土綜合性能；微硅粉在混凝土中的應(yīng)用，受到了技術(shù)進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)因素的有力促進(jìn)；高效減水劑是高性能混凝土的特征組分。

2 高性能混凝土的配制

實(shí)踐表明，采用水泥、硅粉和粉煤灰及減水劑配制出滿足各方面要求的高性能混凝土，將混凝土施工的靈活、快速和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)提高到一個(gè)新的水平。

2.1 硅粉

硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥顆粒之間而提高密實(shí)度，同時(shí)微硅粉具有很高的活性，能更快、更全面地與水泥水化產(chǎn)生的氧氫化合物反應(yīng)。微硅粉水化形成的富硅凝膠強(qiáng)度高于Ca（OH）2晶體，與水泥水化凝膠C－S－H共同工作。微硅粉是一種超細(xì)粉末物質(zhì)，用于混凝土中能填充顆粒空隙，提高體積密度和降低孔隙率。同時(shí)微硅粉在混凝土中具有火山灰反應(yīng)，其之所以提高混凝土的強(qiáng)度，關(guān)鍵在于提高了水泥漿體與骨料之間的黏結(jié)強(qiáng)度，能降低泌水，防止水分在骨料下表面聚集，從而提高界面過渡區(qū)的密實(shí)度和減小界面過渡區(qū)的厚度。微硅粉的粒徑比水泥顆粒要小100倍，填充于水泥顆粒的空隙之間，其效果如同水泥顆料填充在骨料之間一樣，增加混凝土的密實(shí)度。硅微粉是一種物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定的中性無機(jī)填料，不含結(jié)晶水、不參與固化反應(yīng)、不影響反應(yīng)機(jī)理；硅微粉粒度大小分布合理、致密性強(qiáng)、硬度大、耐磨性能好，可大幅度提高固化物的抗拉、抗壓、抗沖擊強(qiáng)度和耐磨性能，能改變膠黏性和增加阻燃性能，能降低固化反應(yīng)的放熱峰溫度，降低固化物的線膨脹系數(shù)和固化物的收縮率，從而消除內(nèi)應(yīng)力，防止開裂。由于硅微粉的粒度細(xì)分布合理，能有效地減少和消除沉淀分層現(xiàn)象。

2.2 水泥

根據(jù)水泥強(qiáng)度與砼強(qiáng)度匹配原則，水泥強(qiáng)度應(yīng)為配制砼強(qiáng)度的0.9~1.5倍，C50砼可采用42.5級或52.5級水泥配制。

2.3 細(xì)集料

一般情況下，含泥會加大混凝土的用水量，增大干縮，降低強(qiáng)度和耐久性，細(xì)度模數(shù)Mx＜2.6時(shí)，配制混凝土的需水量會增加。擬采用GB/T14684—2001標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)（Q泥＜3.0%，Q云母＜2.0%，Q輕＜1.0%，Q4.75＜5%，空隙率＜47%，Mx2.6~2.9Ⅱ區(qū)中砂），采用的水洗河砂試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)為Mx=2.82，Q泥=1.9%，Q云母=1.5%。

2.4 粗集料

在顆粒形狀相同的條件下，顆粒強(qiáng)度與其粒徑成反比，加工粒徑越小，骨料的內(nèi)部缺陷越少，在砼中的受力越均勻。顆粒強(qiáng)度越高，粒形接近立方體，受力狀況越好，用其生產(chǎn)的砼強(qiáng)度逐漸趨近或超過粗骨料強(qiáng)度，石料強(qiáng)度宜大于砼強(qiáng)度等級的1.5倍。擬試驗(yàn)采用石灰?guī)r骨料，巖石強(qiáng)度82.0 MPa，壓碎指示值≤12.0%，Q泥≤0.5%，Q針片＜5%（GB/T14685—2001Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)）。

2.5 外加劑

因水泥適應(yīng)性良好，高效粉狀減水劑堿水率β≥18%。擬采用：①黃騰UNF-Ⅱ高效減水劑，水泥凈漿摻0.7%時(shí)流動度250 mm；②科寧ADD-NS高效減水劑。

2.6 外摻料

高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)水灰比一般較小（≤0.4），在水泥混凝土中水泥是不能完全水化的，未水化水泥在砼結(jié)構(gòu)中相當(dāng)于只起填充作用，所以在配制強(qiáng)度較高的高性能砼中，一般摻適量超細(xì)粉末狀礦物活性材料，如硅粉、優(yōu)質(zhì)粉煤灰來置換部分水泥。

3 高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)

（應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，基本依據(jù)JTJ055—2000）

（1）配制強(qiáng)度：fcuo=fcu.k+1.645·σ=59.9 MPa。

（2）參數(shù)選擇：入模塌落度 T=90～110 mm，Mwo=220 kg/m3。外加劑減水率β=20%，Mw=Mwo（1-β）=176 kg/m3；水灰比：52.5級水泥、富余系數(shù)取 γ=1.03，fce=54.0，w/c=0.4、mc=440 kg/m3；42.5 級水泥、富余系數(shù)取 γ=1.13，fce=48.0，w/c=0.36，mc=489 kg/m3；砂率 SP：以普通砼查表選擇為基礎(chǔ)，提高10%~20%，SP=32（1+10%~20%）=35~38%；容重CP取2 500 kg/m3

（3） 基準(zhǔn)配合比參數(shù)：52.5 級水泥：Mwo176 kg/m3，W/C=0.40，Mco=440 kg/m3，SP=35%，Mcp=2 500 kg/m3，msi取 4%、6%、8%，mF取8%、10%、12%。

4 高性能混凝土應(yīng)用到預(yù)應(yīng)力箱梁中的施工工藝

鋼模板拼裝前用刨光機(jī)進(jìn)行打磨處理，保證模板表面光滑、平整、直順，拼接處無臺階，側(cè)模接縫處、側(cè)模和底模接縫處采用海綿條嵌塞，以免漏漿。箱梁內(nèi)模采用組合鋼模，外包一層塑料布，以利脫模。

箱梁的臺座表面平整，跨中設(shè)置向下1 cm的預(yù)拱度，兩端頭1.5 m長范圍內(nèi)，原地面以下澆注60 cm厚的C20混凝土，用4層磚漿砌，3 cm厚砂漿抹面。臺座每隔1 m預(yù)留一道孔，作為對拉螺栓的通道。臺座長度20.6 m，寬度0.89 m。

預(yù)制20 m箱梁采用流動性高、密實(shí)度好的高性能砼混凝土，砼拌制采用二次投料法的攪拌工藝。采用JS1000型強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和，施工中嚴(yán)格控制各種材料計(jì)量和拌和時(shí)間、外摻劑的比例。每盤混凝土所用水泥100 kg，水泥、各種外加劑通過標(biāo)定的臺稱稱量，硅粉摻量為水泥劑量的6%，粉煤灰摻量為水泥劑量的10%，減水劑摻量為水泥劑量的1%。水泥、外加劑安排專人負(fù)責(zé)上料。混合料拌和時(shí)間：干料干拌不少于45 s，加水后拌和45 s，再加減水劑拌和60 s，累計(jì)拌和時(shí)間2.5 min，由8 m3混凝土罐車運(yùn)輸混凝土。

箱梁混凝土采用水平一次澆筑完成。混凝土由人工配合吊車吊料斗入模。振搗方式為插入式振搗器和附著式振動器配合進(jìn)行，附著式振動器間距為2.5 m，其功率為1.1 kW，振頻2 850次/min，開振時(shí)間5 s。插入式振搗棒振搗要快插慢拔，將混凝土與鋼模表面的空氣充分排出，以無氣泡溢出、表面出漿為宜。在波紋管上方不得直接振搗，以避免其變位和破損，造成漏漿使張拉困難。負(fù)彎矩齒板處和錨墊板位置使用30型振搗棒振搗。施工中機(jī)具設(shè)備有備用件，主要（如發(fā)電機(jī)、振搗器等）以應(yīng)對突發(fā)事件的發(fā)生。頂板砼澆筑完成一段，用木槎進(jìn)行收面、拉毛一段。

（1）拆模：拆除內(nèi)模以砼達(dá)到終凝時(shí)間為宜，側(cè)模和端模在澆筑完混凝土24 h以后拆模。

（2）模板拆除后即可進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。混凝土養(yǎng)護(hù)派專人進(jìn)行，頂板采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，腹板處粘貼一層塑料薄膜覆蓋，每隔一段時(shí)間灑水一次，保證腹板表面始終保持濕潤。當(dāng)箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以上時(shí)，方可張拉正彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束，壓注水泥漿并及時(shí)清理箱梁底板通氣孔。

5 結(jié)束語

近幾年來，國內(nèi)運(yùn)用高性能混凝土成功解決了預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁強(qiáng)度問題而帶來的路橋行業(yè)難題。高性能混凝土能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求，運(yùn)用到預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中能最大限度地延長箱梁結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)，可大力推廣。

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041—2000），人民交通出版社，2000年.

[2]《公路工程試驗(yàn)規(guī)程匯編》，人民交通出版社，2003年.

[3]《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（TJTE30—2005），人民交通出版社.

[4]《高性能混凝土》，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年9月1日.