C55箱梁混凝土的制備與經濟效益分析

張志新，彭龍輝，陳勇

（1中交第一公路工程局有限公司，北京 100024；2重慶大學 材料科學與工程學院，重慶 400045）

C55箱梁混凝土的制備與經濟效益分析

張志新1，彭龍輝1，陳勇2

（1中交第一公路工程局有限公司，北京 100024；2重慶大學 材料科學與工程學院，重慶 400045）

該文從原材料的質量控制、性能分析及配合比的優化，針對混合砂和天然中砂為細骨料制備的箱梁混凝土的工作性、力學性能、早期抗裂性能、徐變性能及經濟效益進行了比對分析。結果表明，混合砂混凝土和天然中砂混凝土在早期抗裂性能和徐變性能方面表現相當；但與天然中砂混凝土相比，混合砂混凝土表現出更好的工作性，且實體強度要高3～5MPa，同時單方造價要低10%，可見混合砂混凝土具有更好的技術和經濟效益。

箱梁混凝土；混合砂；天然中砂；抗裂性能；徐變性能

預應力連續剛構橋因其強大的跨越能力、良好的行車條件、優良的抗震性能、簡單的施工工藝、優良的經濟性等特點，從20世紀80年代開始迅猛發展，現已成為國內外大跨徑橋梁最具競爭力的橋型之一[1-2]。而且往往采用結構性能良好的箱形截面作為其普遍采用的截面形式[3]。預應力連續剛構橋箱梁混凝土往往要求泵送性好、流動性好、粘聚性好、質量穩定、強度高、抗裂性好[4-6]，其中控制箱梁混凝土的工作性和強度是配合比設計首要解決的問題。

本文以萬利高速公路典型連續剛構箱梁橋——薛家壩2號大橋為對象，該橋位于重慶市萬州區龍駒鎮太吉村，主跨120m，其中主橋上部結構采用三向預應力混凝土連續剛構，下部結構主墩采用單空心薄壁墩，基礎采用樁基礎（見圖1和圖2），主梁采用C55高性能混凝土。由于該地區無天然中砂，外地供應也日益短缺且質量穩定性差、運輸距離較遠，因此，采用機制砂和天然特細砂按一定比例混合作為細骨料制備出可連續泵送、強度滿足設計要求、質量穩定并且經濟效益好的箱梁混凝土是該工程的難點之一。該試驗擬采用以天然中砂和混合砂為細骨料制備箱梁混凝土，并對這兩種混凝土的工作性、強度、早期抗裂性能、徐變性能以及經濟性進行比較，從而優化配合比。

圖1 薛家壩2號大橋示意圖

圖2 薛家壩2號大橋

1 原材料

采用華新水泥公司P.O.42.5R水泥，其技術指標如表1所示，檢測結果滿足《通用硅酸鹽水泥》GB/T175-2007技術要求。

表1 水泥的基本性能

采用重慶開縣白鶴電廠生產的II級粉煤灰及重慶鈺宏再生資源有限公司生產S95礦渣，其技術指標分別見表2和表3，檢測結果分別均滿足 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005和 《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》GB/T18046-2008技術要求。

表2 粉煤灰的基本性能

表3 礦渣粉的基本性能

細骨料為混合砂 （萬州碼頭的機制砂和湖北秭江特細砂按7:3比例混合而成）和重慶森悅欣商貿有限公司的天然中砂，其技術指標見表4。檢測結果滿足 《公路橋涵施工技術規范》JTJ/T F 50-2011和《建設用砂》GB/T 14684-2011技術要求。

表4 混合砂（機制砂：特細砂=7:3）和天然砂的基本性能

粗骨料為萬州碼頭卵石破碎的卵碎石，并且級配是5～10mm、10～20mm兩種碎石混合而成的5～20mm的連續級配，其技術指標見表5。檢測結果滿足《公路橋涵施工技術規范》JTJ/T F 50-2011和《建設用卵石、碎石》GB/T 14685-2011技術要求。

表5 粗骨料（小石∶大石=2∶8）技術指標

采用聚羧酸高性能減水劑，其技術指標見表6。檢測結果滿足《混凝土外加劑》GB/T 8076-2008技術要求。

表6 聚羧酸高性能減水劑技術指標

2 箱梁混凝土制備及性能測試

箱梁混凝土的強度等級為C55，為了保證C55箱梁混凝土具有良好的泵送性和達標的力學性能，結合該混凝土的施工特點、設計要求和高性能混凝土的配制要點，確定混凝土配合比應滿足以下基本思路和要求。

（1）對新拌混凝土的要求：流動性大，坍落度經時損失小，粘聚性好且易于泵送；初始坍落度180～230 mm，1h坍落度損失不大于10mm，初凝時間大于20h。

（2）對硬化混凝土的要求：為了滿足張拉要求，混凝土7d強度不低于設計強度的80%，28d配制強度和彈性模量也須滿足C55強度等級設計要求。

（3）配制參數控制：水膠比0.26～0.32，膠凝材料用量不大于550kg/m3，砂率38%～45%。

（4）采用“雙摻礦物摻和料+高性能外加劑”的主要技術路線保證混凝土具有良好耐久性。

（5）在遵循《普通混凝土配合比設計規程》JGJ 55-2011的基礎上，對摻合料的選擇和比例進行調整和確定。

根據上述思路，在實驗室通過系列的配合比試驗和調整，優化后的C55箱梁混凝土配合比見表7，新拌混凝土的工作性能和基本力學性能測試結果見表8，30OC/80%RH/3m/s環境下的早期抗裂性能見表9，硬化混凝土的徐變性能見圖5。

圖3 新拌天然中砂混凝土（1#）

圖4 新拌混合砂混凝土（2#）

圖5 硬化箱梁混凝土試件的徐變性能

表7 C55箱梁混凝土配合比（kg/m3）

表8 C55箱梁混凝土的物理性能和基本力學性能測試結果

表9 C55箱梁混凝土的早期抗裂性能測試結果（30OC/80%RH/3m/s）

從表8、圖3和圖4中可以看出，混合砂混凝土坍落度為225mm，擴展度達650mm；但同樣的膠凝材料及水灰比的情況下，天然中砂混凝土的坍落度為210mm，擴展度為620mm，混合砂混凝土1h坍落度損失與天然中砂混凝土1h坍落度損失相當。與該試驗中的天然中砂相比，特細砂和機制砂混合后得到的混合砂的大小顆粒搭配情況更為合理，顆粒之間的孔隙能很好地通過水泥漿填充，顆粒之間的潤滑度更好，從而使得混合砂配制的混凝土在工作性方面略優于天然中砂混凝土。

從表8中試配強度看，混合砂混凝土的抗壓強度和天然中砂混凝土的3d彈性模量基本一致，且7d抗壓強度分別占28d抗壓強度的86.0%和84.5%，能滿足張拉要求。混合砂混凝土的28d抗壓強度均略高于天然中砂混凝土，且均能滿足C55強度等級的設計要求。

根據現場實體混凝土的強度來看，混合砂混凝土的強度要高于天然中砂混凝土強度3～5MPa，混合砂混凝土的實體強度達65.6MPa。試驗中混合砂混凝土中集料的合理搭配使得混凝土內部空隙更為減少，這是其力學性能優于天然中砂混凝土的主要原因。

表9表明在30OC/80%RH/3m/s環境下混合砂混凝土和天然中砂混凝土平板試件均出現2.1條/m2的裂縫，其中混合砂混凝土試件最大裂縫寬度稍大，但抗裂等級按照《混凝土質量控制標準》GB 50164-2011進行評定均為V級，表明兩者在較為惡劣的環境下仍然具有很好的抵抗開裂的能力。

從圖5中可以看出，天然中砂和混合砂混凝土徐變值均隨著齡期的延長而增加，且隨著齡期的延長在相同齡期的徐變值差距先增加而后趨于穩定。當測試齡期為45d時，天然中砂和混合砂混凝土的徐變值分別為477um/m和603um/m，而后差距趨于平穩，當齡期為360d時，天然砂混凝土的徐變值為650um/m，占混合砂混凝土徐變值的79.5%。但天然中砂混凝土和混合砂混凝土各齡期的徐變值均處在同一數量級。

3 經濟效益分析

混凝土配合比用原材料單價表、混凝土配合比成本表、混凝土配合比成本比較分別見表10-表12。

表11 混凝土配合比成本表 （元/m3）

表12 混凝土配合比成本比較表 （元/m3）

根據試驗對比，混合砂混凝土可比天然中砂混凝土單方成本降低10%。

4 結論

（1）“雙摻粉煤灰和礦渣+高性能外加劑”是配制預應力箱梁混凝土主要技術路線，也是實現混凝土良好耐久性的技術途徑。

（2）混合砂混凝土的工作性能及其保持能力優于天然中砂混凝土；且前者的實體抗壓強度檢測值高于后者強度3～5MPa。

（3）混合砂混凝土和天然中砂混凝土的早期抗裂能力均較好，抗裂等級均為V級；兩者各齡期的徐變值均處在同一數量級。

（4）細骨料采用混合砂可以配制出性能良好，且滿足設計要求的箱梁混凝土，在該試驗條件下，所配制的C55箱梁混合砂混凝土比天然中砂混凝土單方成本降低10%。

（5）綜合混凝土的技術性能及經濟效益來看，該工程涉及的C55箱梁混凝土配合比宜選用混合砂混凝土的配合比。

[1]張哲威，李青寧.現代城市橋梁結構的發展[J].中外公路，2008，28（2）：97-101.

[2]向中富.重慶橋梁建設水平及橋梁特色研究[J].重慶建筑，2007（4）：8-11.

[3]郭金瓊.箱形梁設計理論[M].北京：人民交通出版社，1991：1-4.

[4]姜福香.橋梁工程[M].北京：機械工業出版社，2010：189-190.

[5]馬保林.高墩大跨連續剛構橋[M].北京：人民交通出版社，2001：12-16.

[6]夏京亮，李北星，柯國炬，等.C55大跨箱梁混凝土配合比設計與抗裂評估[J].建材世界，2009，30（3）：21-24.

責任編輯：孫蘇，李紅

Analysison Preparation and Economic Benefit of C55 Box Girder Concrete

From the perspectives of quality control,performance analysis and mix ratio optimization of raw materials,the workability and mechanical property,early anti-cracking capability,creep behavior and economic benefitsof thebox girder concrete prepared respectively with mixed sand and natural medium sand asthefineaggregatearecomparatively analyzed.Theresultsshow that the two types of concreteshow somewhat equal early anti-cracking capability and creep behavior,but compared with natural medium sand concrete,mixed sand concrete displays better workability,with the strength 3-5MPahigher and theunit squarecost 10%lower,so it can beseen that themixed sand concretehasbetter technical and economic benefits.

box girder concrete;mixed sand;natural medium sand;anti-cracking capability;creep behavior

TU528.1

A

1671-9107（2017）10-0038-04

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.10.038

2017-06-22

張志新（1970-），男，河北石家莊人，博士，教授級高級工程師，主要從事公路工程建設與管理工作。

彭龍輝（1983-），男，湖南婁底人，本科，高級工程師，主要從事公路工程建設與管理工作。

陳勇（1990-），男，四川資陽人，研究生，主要從事建設工程質量和安全監督工作。