京滬高速鐵路箱梁混凝土配合比設計方法探討

白金科

(中鐵十二局集團第四工程公司，陜西西安 710021)

京滬高速鐵路，簡稱京滬高鐵客運專線，作為京滬快速客運通道，是中國“四縱四橫”客運專線網的其中“一縱”。京滬高速鐵路混凝土預制箱梁長32 m，重900多噸，采用后張法預制生產工藝。預應力張拉一般分預張、初張和終張三個過程［1］。終張拉是在梁體混凝土強度及彈性模量達到設計值且齡期不少于10 d下進行。在進行箱梁混凝土配合比設計時，粉煤灰、礦粉等礦物摻合料雖然過去很少用于配制預制梁混凝土，但隨著高性能混凝土技術的發展，礦物摻合料作為混凝土的一種重要組分，逐漸用于箱梁配合比設計，不但能滿足混凝土施工工藝及強度，還能提高混凝土的耐久性。由于礦物摻合料種類、摻料、水膠比及膠凝材料用量均影響混凝土強度，為了研究各因素對箱梁混凝土強度的影響，進一步優化混凝土配合比，本文選用了四因子三水平設計方法，分析了不同因子對箱梁混凝土強度的影響。

1 試驗方案

1．1 原材料

試驗用山東榴園新型水泥發展有限公司生產的P．O42．5水泥，徐州華潤粉煤灰開發公司生產的Ⅰ級粉煤灰，徐州天成粉磨廠生產的S95礦粉，符離集白云石礦場生產的5 mm～25 mm連續級配的碎石和徐州時尚建材有限公司生產的細度模數為2．6～3．0的河砂。外加劑選用新型聚羧酸高效水劑。各種原材料性能指標均滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》標準要求。

1．2 因子與水平

試驗結合經驗和施工需要，選取膠凝材料、粉煤灰取代量、礦粉取代量和水膠比4個因子，每個因子選定3個水平，具體見表1。

表1 正交試驗設計因子水平表

1．3 正交試驗設計

試驗選用正交表L9(34)進行分析，根據表1因子水平，設計的9組配合比見表2。表2中外加劑的摻量為1．3%，砂率根據混凝土狀態進行微量調整，混凝土成型方式和養護條件均保持一致。

試驗根據表2列出的9組配合比主要參數進行混凝土試驗，并成型混凝土抗壓強度試件。

2 結果及分析

2．1 試驗結果

試驗檢測結果見表3。

2．2 結果分析

2．2．1 10 d抗壓強度分析

4個因子不同水平的混凝土配合比10 d強度及其直觀分析見表4。從表4不難看出，對于膠凝材料這個因子，k3＞k1＞k2，可斷定膠凝材料480 kg/m3為本組試驗中的最優水平，同理可得出對于粉煤灰摻量、礦粉摻量和水膠比，其最優水平分別是10%，0%和0．28。極差R可以看出RB＞RD＞RA＞RC，也就是說粉煤灰摻量對10 d強度的影響最大，其次依次是水膠比、膠凝材料總量和礦粉摻量。礦粉對10 d強度的影響最小。

表2 正交試驗配合比參數

表3 正交試驗檢測結果

表4 10 d強度的分析

2．2．2 28 d抗壓強度分析

4個因子不同水平的混凝土配合比28 d強度及其直觀分析見表5。

從表5可以看出，對于28 d強度來說，4個影響因子的其最優水平分別是 480 kg/m3，10%，10%和 0．28。極差 R可以看出RD＞RA＞RB＞RC，也就是說水膠比對28 d強度的影響最大，其次依次是膠凝材料總量、粉煤灰摻量和礦粉摻量。礦粉對28 d強度的影響最小。

表5 基于28 d強度的分析

2．2．3 配合比驗證與設計

根據正交設計試驗結果，結合工程實際并綜合考慮成本等因素，選定A3B1C2D2進行試驗，具體配合比見表6，試驗結果見表7。

表6 試驗驗證配合比

表7 試驗結果

從表6，表7可以看出，根據正交設計研究結果，選擇A3B1C2D2組合設計出的配合比，混凝土各項性能指標優良，能較好的滿足施工和設計要求。

3 結語

1)采用正交設計試驗方法進行箱梁混凝土配合比設計科學適用，提高了工作效率，節省試驗量。2)在一定水膠比和膠材范圍內，粉煤灰對早期強度影響較大，水膠比對后期強度影響較大。3)試驗確定的箱梁混凝土配合比各項指標滿足施工和設計要求。

［1］鐵科技［2004］120號，客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件［Z］．