基于32m预应力箱梁C50混凝土配制技术的研究

2011-05-24罗昌盛

中国新技术新产品 2011年12期

罗昌盛

（中铁二十五局集团有限公司质量检测中心，广州铁诚工程质量检测有限公司，广东广州 510000）

1.前言

随着我国城市建设的快速发展，箱梁预制生产技术有了很大提高，采用高性能混凝土技术是解决客运专线预力混凝土箱梁结构耐久设计的重要内容。高性能混凝土技术应用试验是客运专线预应力混凝土箱梁试制、试验的关键技术内容之一，是实现结构耐久性设计思想的重要组成部份。如何实现混凝土的耐久性成为混凝土配合比的设计关键。在武广客运专线施工中，32m预制后张拉法施工双线铁路箱梁科技含量高，施工难度大，工期紧，C50高性能混凝土配合比设计成为施工关键点，施工前我们试验人员进行了大量的试验技术储备工作。

2.混凝土配制原则

2.1 设计依据

客运专线箱梁预制C50预应力混凝土的配制依据是《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》、设计图纸及施工计划，其技术要求具体为：（1）水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂、石、外加剂和水等原材料的质量要求。（2）混凝土胶凝材料用、掺和料掺量、水胶比、砂率、碱含量、氯离子含量及容重等配合比参数的限值要求。（3）混凝土拌和物性能、力学性能、抗裂性、耐久性能要求。

2.2 混凝土配制原则

根据《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》、设计图纸及施工计划，C50预应力混凝土配制原则：

（1）原材料的比对

进行原材料的比对试验，确定水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂、石、外加剂和水等原材料的质量符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求，以备C50预应力混凝土的配制。

（2）技术参数确定

①胶凝材料用量：胶凝材料用量不宜超过500Kg/m3，水泥采用P.O.42.5,用量不宜小于300 Kg/m3。掺和料采用粉煤灰和矿渣粉双掺技术，当采用单掺时，粉煤灰的掺量不宜大于30%②水胶比：根据目前的试验情况，水胶比用0.29～0.33为宜，由于试验时在一个比较小的范围内调整用水量不可避免，所以试验时水胶比会在一个比较小的范围内变动，试验结果以实际水胶比进行分析。③砂率：泵送混凝土的砂率宜在35%～45%之间选择。④碱含量：采用砂浆棒膨胀率在0.10%～0.20%的碱－硅酸反应活性骨料时，混凝土的总碱含量之和不应大于3.0 Kg/m3；当采用砂浆棒膨胀率在0.20%～0.30%的碱－硅酸反应活性骨料时，混凝土的总碱含量之和不应大于3.0 Kg/m3，且应在混凝土中掺加具有明显控制效能的掺和料和外加剂；不得采用砂浆棒膨胀率在0.30%以上的碱－硅酸反应活性骨料。⑤氯离子含量：预应力混凝土的氯离子含量（包括水泥、矿物掺和料、砂、石、水、外加剂等所有含氯离子含量之和）不应超过胶凝材料总量的0.06%⑥容重：混凝土的容重应控制在2400～2500 Kg/m3。

（3）混凝土的性能

①混凝土的出机坍落度：200±20mm，入模坍落度宜控在160～180mm，因入模坍落度与入模温度有关，入模温度宜控制在5～30℃，1小时坍落度损失控制在20%以内；扩展度：400～600mm；含气量宜控制为 2%～4%；混凝土凝结时间：初凝10～15小时；常压泌水率为0%，压力泌水率小于40%。

②强度：48小时的强度应达到设计值的60%（预张拉），72小时的强度应达到设计值的80%（初张拉），7天的强度应达到设计值的100%（终张拉），在配合比设计时，混凝土的28天龄期配制强度应控制不小于58.2MPa；弹性模量：35.5GPa（包括终张拉弹性模量）；

③混凝土的56天龄期抗冻性应不小于F300，重量缺失不应超过5%，相对动弹性模量不应低于60%；混凝土的抗渗标号不应小于P20；混凝土的56天龄期电通量应不大于1000C；

④抗碱－骨料反应：采用砂浆棒膨胀率在0.20%～0.30%的碱－硅酸反应活性骨料时，矿物掺和料和外加剂抑制碱－骨料反应有效性的评价应合格。

3 原材料试验及选定

原材料试验和选定是根据《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》规定的试验项目进行检验，并将原材料的检验结果与《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求进行了对比。

3.1 水泥

水泥为甲供材料昌山水泥厂的粤海牌P.O42.5水泥，水泥中C3A含量为7.23%，碱含量为0.501%，氯离子含量为0.005%，游离氧化钙为0.38%，各项指标和常规检验的各项指标均符合规范要求。

3.2、粉煤灰

选用深圳妈湾电厂的Ⅰ级灰（F类），其检验结果：烧失量为1.0%，细度9.7%，需水量比为96%，三氧化硫含量0.57%，碱含量1.26%，氯离子含量0.014%，含水率0.13%，各项指标均符合规范要求。

3.3 矿渣粉

选用广东韶钢嘉羊新型材料有限公司的S95矿渣粉，其检验结果：烧失量为1.08%，需水量比为95%，比表面积为423m2/Kg，氧化美含量2.31%，三氧化硫含量0.29%，氯离子含量0.004%，含水率0.10%，碱含量0.25%，28天的活性指数98%，各项指标均符合规范要求。

3.4 碎石

选用广东省韶关市龙归石场二级配的碎石复配成5～25mm连续级配碎石，最大公称粒径25mm石灰岩。其母岩抗压强度大于100MPa，碱活性指标为0.03%，压碎指标4.8%，坚固性1.5%，吸水率0.27%，含泥量0.3%，泥块含量0.1%，针片状颗粒总含量4.1%，碱活性砂浆棒膨胀率0.01%，各项指标均符合规范要求。其复配结果如下：（见表1）

备注：表二级配范围是按大小比例为8：2配出的结果。根据复配结果以10～20mm碎石：5～10mm碎石8：2复配结果为理想级配。

3.5 砂

选用广东省韶关市周田砂场，碱活性砂浆棒膨胀率0.02%，细度模数2.9，含泥量0.8%，泥块含量0.1%，云母含量0.02%，轻物质含量0.04%及其它各项指标均符合规范要求。

表-1

3.6 外加剂

优先选用有铁道部质检站的合格产品检验报告。采用株桥外加剂有限责任公司的TQN聚羧酸高性能减水剂，减水率28%，含气量3.8%，抗压强度比137%，碱含量1.9%氯离子含量0.001%等各项指标均符合规范要求。

4、配合比的初选

4.1 胶凝材料总用量

因为胶凝材料总用量不宜超过500Kg/m3，并且水泥用量不宜少于300Kg/m3，矿物掺和料的掺量不宜超过30%首次确定水泥用量为351Kg/m3。

4.2 水胶比

水胶比是决定混凝土强度的主要因素，水胶比宜为0.29～0.33时强度基本满足要求。首先假设确定水胶比为因素A，取三水平即：0.30、0.31、0.32，确定 A1=0.30、A2=0.31、A3=0.32。

4.3 外加剂掺量

根据厂家提供的掺量，确定外加剂掺量作为因素B，取三水平即：0.8%、1.0%、1.2%，确定B1=0.8%，B2=1.0%，B3=1.2%，相对应的用水量设为 148 Kg/m3，146Kg/m3，144Kg/m3。

4.4 粉煤灰与矿渣粉的掺配比例

确定为因素 C，取三水平即：3:1、3:2、3:3，确定 C1＝粉煤灰: 矿渣粉＝3:1、C2=粉煤灰:矿渣粉＝3:2、C3＝粉煤灰:矿渣粉＝3:3。

4.5 砂率

确定为因素D，根据前面的试验情况，砂率按39%，41%，43%三个水平变化，即D1＝39%，D2=41%，D3=43%，试配时砂率不计入5mm以上颗粒。

4.6 采用正交试验设计

选取L9(34)表对试验进行设计。（表2）

表-2

4.8 混凝土力学性能试验

试配成型的混凝土试件在标准养护的条件下各龄期强度和弹性模量试验结果（见表3）

表-3混凝土强度及弹性模量试验结果

从表-6的试验结果来看：

（1）所有试件的28天龄期立方体抗压强度均能满足C50混凝土的配制要求。28天龄期立方体抗压强度最高值为68.2MPa，最小值为58.7MPa，均高于配制强度58.2MPa的要求，具有较好的强度富余系数。

（2）试件强度达到《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》规定的带模张拉强度（设计强度的50%，25MPa）要求的龄期2天左右。

（3）试件强度达到《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》规定的初张拉强度（设计强度的80%，40MPa）要求的龄期3天左右。

（4）试件静力弹性模量均能满足《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》的要求。

4.9 混凝土耐久性能试验

客运专线预制箱梁C50预应力混凝土的耐久性能最为主要，其包括混凝土的电通量、抗冻性、抗渗性和抗碱－骨料反应性等。由于混凝土的电通量、抗冻性、抗渗性和抗碱－骨料反应性的试验都是外委试验，没有掌握到其试验过程及数据统计说明，根据高一级试验单位提供的试验报告均符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。

5.合比的确定

根据以上原材料的比选试验，配合比初选的分析和混凝土各性能试验结果作出列表数据统计及图片的效果，我们可以看出，试配8＃最具有符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的要求。建议试验梁试配8＃配比进行配制，并根据试验梁混凝土的水化热生温和实体梁硬化混凝土性能测试结果确定箱梁的生产配合比。