T梁C55高性能混凝土配合比設(shè)計研究

景淑媛，杜文舉，楊元意

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院a.材料工程系；b.測繪工程系，四川德陽618000）

T梁C55高性能混凝土配合比設(shè)計研究

景淑媛a，杜文舉b，楊元意a

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院a.材料工程系；b.測繪工程系，四川德陽618000）

高性能混凝土材料技術(shù)的應(yīng)用是交通工程中各種橋梁結(jié)構(gòu)的有力保障，如果混凝土的配合比設(shè)計不當(dāng)，將直接影響工程進度和安全以及結(jié)構(gòu)物的使用壽命。文章結(jié)合工程施工要求，論述了T梁C55高性能混凝土原材料選擇及配合比設(shè)計要點：高性能混凝土配合比設(shè)計中各參數(shù)的略微變化均會對實驗結(jié)果和最終施工配方選擇產(chǎn)生顯著的影響；簡單的通過加和的方式計算原材料氯離子含量，難以真實反應(yīng)混凝土抗氯離子耐久性指標(biāo)，需要進行修正；需綜合分析試驗、成本和現(xiàn)場施工條件對T梁混凝土施工配方進行選擇。

T梁；高性能混凝土；配合比設(shè)計；自由氯離子

引言

隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的快速發(fā)展，各種橋梁在交通工程中占有重要的作用，是交通運輸?shù)难屎恚?］，高強材料的廣泛應(yīng)用及預(yù)應(yīng)力技術(shù)的成熟成為這一趨勢的有力保障。目前，混凝土T梁以其較強的承載能力、良好的經(jīng)濟性能在高速鐵路中小跨徑橋梁中占據(jù)著越來越重要的地位［2］。成綿樂客運專線鐵路是連接綿陽—成都—樂山的一條城際客運專線鐵路，是西南地區(qū)首條開工建設(shè)的高速鐵路主體工程，全線設(shè)21個車站，項目總投資405億元，設(shè)計時速200 km，線路正線長312 km，具有橋梁157座［3］。成綿樂客運專線混凝土T梁，設(shè)計使用年限100年以上，混凝土作為施工建設(shè)最主要的基礎(chǔ)材料之一，其性能品質(zhì)成為關(guān)鍵，本文對成綿樂客運專線T梁高性能配合比設(shè)計展開了相關(guān)的實驗研究。

1 原材料與試驗方法

1．1 原材料

水泥：都江堰拉法基水泥有限公司P·O42.5低堿水泥，經(jīng)過檢測性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

細骨料：廣漢市太興建材經(jīng)營部景福河砂，細度模數(shù)Mx＝2.7。

粗骨料：中普科技木瓜坪采石場生產(chǎn)的5～20連續(xù)級配的碎石，其中5～10 mm：10～20 mm＝30%：70%摻配成5～20 mm連續(xù)級配碎石。

摻合料：成都搏磊資源循環(huán)開發(fā)有限公司F類粉煤灰，經(jīng)過檢測性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

減水劑：北京金盾JD-1減水劑，符合GB 8076－19975《混凝土外加劑》要求。

拌合用水：地表水。

1．2 試驗方法

配合比設(shè)計參考《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》JGJ55－2000進行測試，《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TB10002.3－2005；

拌合物、力學(xué)、耐久性試驗參考《客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》科技基［2005］101號，《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》鐵建設(shè)［2005］157號，《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支T梁技術(shù)條件》TB／T3043－2005，《客運專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》鐵建設(shè)［2005］160號，《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標(biāo)準(zhǔn)》鐵建設(shè)［2005］160號，《后張法預(yù)應(yīng)力簡支T梁L＝24、32 m》通橋［2005］2101。

2 配合比設(shè)計計算

高性能混凝土作為一種現(xiàn)代混凝土最重要的發(fā)展方向之一，其在配制上的特點是選用優(yōu)質(zhì)原材料且具有明顯較低的水膠比，并除水泥、水和集料外，還須摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效外加劑，并且強度、耐久性、工作性是其最主要的配制目標(biāo)及其影響因素，從而該高性能混凝土T梁的配合比設(shè)計需充分考慮以上因素進行理論計算，主要步驟如下：

2．1 確定配制強度

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》JGJ55－2000混凝土的配制強度公式：fcu，0≥＋1.645Δ，根據(jù)現(xiàn)場混凝土的生產(chǎn)水平，強度標(biāo)準(zhǔn)差Δ取6.0 MPa，則

fcu，0＝55.0＋1.654×6.0＝64.9 MPa

2．2 水膠比計算

由《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支T梁技術(shù)條件》以及高性能混凝土配合比要求可知，T梁每立方米混凝土膠凝材料用量不宜小于300 kg，混凝土膠凝材料總量不應(yīng)超過500 kg，水膠比應(yīng)控制在0.35左右。從而預(yù)應(yīng)力混凝土中粉煤灰的摻量不宜大于30%，取基準(zhǔn)水膠比W／B＝0.30。

2．3 配合比初步設(shè)計

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》JGJ55－2000，假設(shè)T梁混凝土容重為2400 kg／m3，取基準(zhǔn)砂率βs約為36%；每立方米混凝土膠凝材料用量為491 kg，粉煤灰用量約占膠凝材料約25%，減水劑摻量約占膠凝材料的1.0%，主要調(diào)整細骨料、組骨料的配比關(guān)系以及砂率值，形成初步選定配合比見表1。

表1 C55高性能混凝土T梁配合比初步設(shè)計

2．4 混凝土總堿含量計算

當(dāng)混凝土中的總堿含量過高時，將與集料的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土發(fā)生不均勻膨脹，產(chǎn)生裂縫，從而嚴(yán)重影響強度和彈性模量，縮短混凝土的壽命，危及工程安全［4］。從而在進行配合比設(shè)計，特別是大體積混凝土配合比設(shè)計時特別需要對總堿含量進行計算，混凝土的總堿計算時，包括水泥、礦物摻合料、外加劑及水的堿含量總和。其中，礦物摻合料的堿含量以其所含可溶性堿含量計算。粉煤灰的可溶性堿含量取粉煤灰總堿量的16.7%，礦渣的可溶性堿量取礦渣總堿量的50%，硅灰的可溶性堿量取硅灰總堿量的50%，地表水通過檢測可知，其堿含量為0.006 65，則該T梁混凝土配合比中總堿含量計算結(jié)果見表2。計算結(jié)果顯示，A、B、C三個配比總堿量計算值依次降低，且均小于3.0 kg／m3符合規(guī)范設(shè)計。

表2 C55高性能混凝土T梁總堿含量計算結(jié)果

2．5混凝土中氯離子總含量計算

混凝土對T梁中鋼筋具有保護和阻止腐蝕的重要作用如圖1，圖2所示，然而在混凝土的生產(chǎn)過程中，由于組成混凝土的各種原材料中含有可溶性氯鹽，不可避免的使得所生產(chǎn)的混凝土含有一定量的氯離子，氯離子具有很強的穿透性會使得鋼筋加速銹蝕［5］。為了避免在生產(chǎn)混凝土?xí)r引入更多的氯離子，在混凝土原材料及有關(guān)混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都提出了氯離子含量的控制指標(biāo)［6］，從而需要T梁混凝土中氯離子總含量進行有效計算，作為配合比優(yōu)選耐久性指標(biāo)的參考依據(jù)之一。混凝土中氯離子總含量來自水泥、礦物摻合料、骨料、水、外加劑等，計算結(jié)果見表3。A、B、C三個配合比氯離子總量均滿足規(guī)定要求，低于超過膠凝材料總量的0.1%，從而該配合比設(shè)計計算值具有較好的抗氯離子滲透性。

圖1成綿樂城際專線T梁配筋情況

圖2成綿樂城際專線混凝土T梁外觀

表3 C55高性能混凝土氯離子總含量結(jié)果

3 C55高性能混凝土試驗

3．1 混凝土試配及拌合物性能試驗

為了使得混凝土具有良好的工作性，通常對新拌混凝土的坍落度、泌水率、含氣量、凝結(jié)時間等進行測試，作為最終確定配合比性能的重要依據(jù)，通常用水量會根據(jù)坍落度在160～200 mm之間進行一個調(diào)整。通過反復(fù)試驗驗證，相應(yīng)混凝土配合比的用水量拌合物性能見表4所示，從試驗結(jié)果可知，初步計算所得的混凝土配合比混合物新拌漿體塑性、含氣量、泌水率等性能良好，均能夠滿足規(guī)范設(shè)計和使用要求，并且隨著水膠比、細骨料、砂率的加量的增大而增大，混凝土的初凝和終凝時間都出現(xiàn)了縮短，這是因為拌合水加量的提高，使得水化反應(yīng)更容易進行，同時細骨料和砂率含量的在一定范圍內(nèi)的增大，也利于水泥更好的分散和包裹作用。其中C配合比，在提高水膠比和砂率的同時減少了膠凝材料的含量，使得漿體的包裹和潤滑性能下降產(chǎn)生了一定的孔隙，以及增大了裹挾的氣體含量，但是由于測量和配制工具的未得到及時的清洗和標(biāo)定，使得配置過程中的漿體之間產(chǎn)生了相互污染和影響，從而造成了表觀密度實驗結(jié)果出現(xiàn)了一定范圍內(nèi)的異常偏大。

表4 C55高性能混凝土拌合物性能結(jié)果

3．2 混凝土力學(xué)性能試驗

本文主要對混凝土抗壓強度發(fā)展以及靜力受壓時的彈性模量展開的測試，混凝土試塊抗壓強度測試結(jié)果如圖3所示，隨著養(yǎng)護天數(shù)的增大，三個配合比都表現(xiàn)出了良好的增長趨勢，并達到設(shè)計要求，其中A和B試驗測試值均超過60 MPa，具有較好的強度發(fā)展。由于水膠比和砂率的變化，隨著水膠比的增大以及粗骨料的降低，使得混凝土試塊強度略有一定的下降。各配合比彈性模量試驗結(jié)果如圖4所示，可見隨時養(yǎng)護天數(shù)的增加，混凝土試塊彈性模量顯著增大剛性增強，并且隨著水膠比的增大而有明顯的下降，說明水膠比以及骨料的級配的變化對混凝土力學(xué)性能影響顯著。

圖3抗壓強度

圖4彈性模量

3．3 混凝土耐久性試驗

參照相關(guān)規(guī)范要求，主要對混凝土試塊的電通量、抗?jié)B性、護筋性、抗硫酸鹽侵蝕性等方面展開了實驗，測試結(jié)果見表5。結(jié)果顯示在3個配合比下混凝土耐久性指標(biāo)均能達到相關(guān)規(guī)范要求，但C配合比電通量值偏大，這可能是由于水膠比較大，從而導(dǎo)致混凝土試件中孔隙較多，同時C配合比下骨料的量也較A和B有所增加，從而使得膠凝材料和骨料界面效應(yīng)增大，增大了氯離子滲透的風(fēng)險。對比實驗結(jié)果與計算值可知，通過的電量為A＜B＜C，而配合比中各材料所具有的氯離子總的理論計算值為A＞B＞C，說明只是簡單的通過加和的方式計算材料中所含有的氯離子含量，并不能正確的反應(yīng)真實的自由氯離子含量及氯離子滲透和遷移的條件，需要結(jié)合實驗結(jié)果進行一定的修正，從而真實的反應(yīng)各配合比設(shè)計的耐久性指標(biāo)。

表5混凝土耐久性試驗結(jié)果

綜上所述，A，B，C三個配合比設(shè)計雖然各配比參數(shù)僅發(fā)生了略微變化，但對其實驗結(jié)果和最終的配方選擇產(chǎn)量了顯著的影響。雖然，該高性能混凝土T梁配比設(shè)計的理論計算值與實驗結(jié)果顯示三個配方均能達到相關(guān)規(guī)范設(shè)計要求，但其中A和B工作性和強度發(fā)展良好，強度高且抗氯離子滲透性等耐久性指標(biāo)相對較高，應(yīng)優(yōu)先考慮使用，而B配合比由于水泥的量較低，綜合成本和現(xiàn)場施工的條件，最終選定B配合比作為成綿樂客運專線T梁混凝土配合比設(shè)計。

4 結(jié)論與建議

4．1 結(jié)論

（1）通過合理的配合比計算，并經(jīng)過試驗驗證后，能夠得到滿足規(guī)范要求的混凝土T梁混凝土配合比，但混凝土中各配比設(shè)計參數(shù)的略微變化，會對實驗結(jié)果和最終的施工配方選擇產(chǎn)生顯著的影響。

（2）混凝土配合比設(shè)計中，水膠比、砂率、粗細骨料級配參數(shù)對新拌混凝土漿體凝結(jié)時間以及硬化后的水泥石力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響。

（3）簡單的通過加和的方式計算原材料氯離子含量，并不能反應(yīng)混凝土中真實的自由氯離子含量和相關(guān)耐久性指標(biāo)，需要結(jié)合實驗結(jié)果進行一定的修正。

（4）經(jīng)過試驗結(jié)果對比分析，以及成本和現(xiàn)場施工的綜合考慮，得出B配比經(jīng)濟節(jié)約、性能優(yōu)良，能夠較好的滿足T梁混凝土要求。

4．2 建議

（1）實驗室中混凝土的配制和檢驗，與實際工程應(yīng)用有顯著的區(qū)別，現(xiàn)場施工配制過程中，必須嚴(yán)格把關(guān)原材料質(zhì)量，并定期抽檢和留樣處理，以保證其在整個施工中的穩(wěn)定性。

（2）需及時清洗和標(biāo)定相關(guān)的測量和配制工具，以確保配置過程中的漿體直接不會相互污染和影響。

（3）在施工過程中應(yīng)加強振搗分散均勻，確保混凝土密度和填充性良好，并嚴(yán)格制定養(yǎng)護措施，以避免產(chǎn)生收縮裂縫或其他危害的發(fā)生。

［1］姚玲森.橋梁工程［M］.2版，北京：人民交通出版社，2008.

［2］康建強，預(yù)應(yīng)力混凝土T梁承載力試驗研究［D］.西安：長安大學(xué)，2010.

［3］鄢勇，馬庭林，何強，等.樁基托換技術(shù)在成綿樂客運專線鐵路建設(shè)中的應(yīng)用［J］.高速鐵路技術(shù)，2012（3）：22-25.

［4］張冰華，趙更歧，曹力.混凝土堿骨料反應(yīng)的機理及預(yù)防措施［J］.山西建筑，2004，30（17）：100-101.

［5］李黨國，馮耀榮，白真權(quán)，等.Cl［3］-對N80鋼在CO2水溶液中腐蝕行為的影響［J］.腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2007，19（5）：329-332.

［6］范永法，謝家斌.對現(xiàn)行混凝土標(biāo)準(zhǔn)中氯離子含量指標(biāo)的幾點看法［J］.廣東建材，2013，29（10）：45-48.

Research of the Design of High Performance Concrete T-beam of C55

JING Shuyuana，DUWenjub，YANG Yuanyia
（a.Department of Materials Engineering；b.Department of Surveying and Mapping Engineering，Sichuan College of Architectural Technology，Deyang 618000，China）

The application of high performance concrete in traffic engineering was extraordinary important for bridge structures.Chengdu，Mianyang and Leshan inter-city dedicated railway with 157 bridges，which would incur the damage of the work progress，safety and thewhole structure life for irrationality design ofmix proportion.Thematerials and mix proportion of C55 high performance concrete T-beam and the construction requirementswere discussed as the reasonable calculation of themix proportion would fit the requests of standards.However，the results and selection of concrete could be impacted by the fluctuation within a narrow range of themix proportion significantly.The free chloride ion which was contained in the concrete could not been reacted by simply sum the chloridion content of the raw materials.The ultimately mix proportion was determined by cost control and execution conditions.

T-beam；high performance concrete；mix proportion design；free chlorideion

TB383

A

1673-1549（2015）01-0036-05

10．11863／j．suse．2015．01．09

2014-10-19

景淑媛（1977-），女，遼寧沈陽人，工程師，主要從事無機與建筑工程材料方面的研研，（E-mail）dwjde1970＠163.com