高性能混凝土在预制箱梁中的应用

关 耀

（山西路桥建设集团有限公司阳泉分公司，山西 阳泉 045000）

1 高性能混凝土的概念及特点

高性能砼是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、体积稳定性和经济性等性能重点予以保证。

高性能砼具有高强度、高塑性、高耐久性、高弹性模量、低渗透性，且具有自密实、高流动性能等特点的混凝土。

高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。活性矿物掺合料可调整混合料中水泥颗粒的级配，起到增密、增塑、减水效果，改善骨料界面效应，提高混凝土综合性能；微硅粉在混凝土中的应用，受到了技术进步和社会经济因素的有力促进；高效减水剂是高性能混凝土的特征组分。

2 高性能混凝土的配制

实践表明，采用水泥、硅粉和粉煤灰及减水剂配制出满足各方面要求的高性能混凝土，将混凝土施工的灵活、快速和经济的优点提高到一个新的水平。

2.1 硅粉

硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度，同时微硅粉具有很高的活性，能更快、更全面地与水泥水化产生的氧氢化合物反应。微硅粉水化形成的富硅凝胶强度高于Ca（OH）2晶体，与水泥水化凝胶C－S－H共同工作。微硅粉是一种超细粉末物质，用于混凝土中能填充颗粒空隙，提高体积密度和降低孔隙率。同时微硅粉在混凝土中具有火山灰反应，其之所以提高混凝土的强度，关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的黏结强度，能降低泌水，防止水分在骨料下表面聚集，从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。微硅粉的粒径比水泥颗粒要小100倍，填充于水泥颗粒的空隙之间，其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一样，增加混凝土的密实度。硅微粉是一种物理性质、化学性质均十分稳定的中性无机填料，不含结晶水、不参与固化反应、不影响反应机理；硅微粉粒度大小分布合理、致密性强、硬度大、耐磨性能好，可大幅度提高固化物的抗拉、抗压、抗冲击强度和耐磨性能，能改变胶黏性和增加阻燃性能，能降低固化反应的放热峰温度，降低固化物的线膨胀系数和固化物的收缩率，从而消除内应力，防止开裂。由于硅微粉的粒度细分布合理，能有效地减少和消除沉淀分层现象。

2.2 水泥

根据水泥强度与砼强度匹配原则，水泥强度应为配制砼强度的0.9~1.5倍，C50砼可采用42.5级或52.5级水泥配制。

2.3 细集料

一般情况下，含泥会加大混凝土的用水量，增大干缩，降低强度和耐久性，细度模数Mx＜2.6时，配制混凝土的需水量会增加。拟采用GB/T14684—2001标准中Ⅰ级标准（Q泥＜3.0%，Q云母＜2.0%，Q轻＜1.0%，Q4.75＜5%，空隙率＜47%，Mx2.6~2.9Ⅱ区中砂），采用的水洗河砂试验技术指标为Mx=2.82，Q泥=1.9%，Q云母=1.5%。

2.4 粗集料

在颗粒形状相同的条件下，颗粒强度与其粒径成反比，加工粒径越小，骨料的内部缺陷越少，在砼中的受力越均匀。颗粒强度越高，粒形接近立方体，受力状况越好，用其生产的砼强度逐渐趋近或超过粗骨料强度，石料强度宜大于砼强度等级的1.5倍。拟试验采用石灰岩骨料，岩石强度82.0 MPa，压碎指示值≤12.0%，Q泥≤0.5%，Q针片＜5%（GB/T14685—2001Ⅰ级标准）。

2.5 外加剂

因水泥适应性良好，高效粉状减水剂碱水率β≥18%。拟采用：①黄腾UNF-Ⅱ高效减水剂，水泥净浆掺0.7%时流动度250 mm；②科宁ADD-NS高效减水剂。

2.6 外掺料

高强混凝土设计水灰比一般较小（≤0.4），在水泥混凝土中水泥是不能完全水化的，未水化水泥在砼结构中相当于只起填充作用，所以在配制强度较高的高性能砼中，一般掺适量超细粉末状矿物活性材料，如硅粉、优质粉煤灰来置换部分水泥。

3 高性能混凝土的配合比设计

（应用于预应力混凝土箱梁，基本依据JTJ055—2000）

（1）配制强度：fcuo=fcu.k+1.645·σ=59.9 MPa。

（2）参数选择：入模塌落度 T=90～110 mm，Mwo=220 kg/m3。外加剂减水率β=20%，Mw=Mwo（1-β）=176 kg/m3；水灰比：52.5级水泥、富余系数取 γ=1.03，fce=54.0，w/c=0.4、mc=440 kg/m3；42.5 级水泥、富余系数取 γ=1.13，fce=48.0，w/c=0.36，mc=489 kg/m3；砂率 SP：以普通砼查表选择为基础，提高10%~20%，SP=32（1+10%~20%）=35~38%；容重CP取2 500 kg/m3

（3） 基准配合比参数：52.5 级水泥：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 高性能混凝土应用到预应力箱梁中的施工工艺

钢模板拼装前用刨光机进行打磨处理，保证模板表面光滑、平整、直顺，拼接处无台阶，侧模接缝处、侧模和底模接缝处采用海绵条嵌塞，以免漏浆。箱梁内模采用组合钢模，外包一层塑料布，以利脱模。

箱梁的台座表面平整，跨中设置向下1 cm的预拱度，两端头1.5 m长范围内，原地面以下浇注60 cm厚的C20混凝土，用4层砖浆砌，3 cm厚砂浆抹面。台座每隔1 m预留一道孔，作为对拉螺栓的通道。台座长度20.6 m，宽度0.89 m。

预制20 m箱梁采用流动性高、密实度好的高性能砼混凝土，砼拌制采用二次投料法的搅拌工艺。采用JS1000型强制式搅拌机拌和，施工中严格控制各种材料计量和拌和时间、外掺剂的比例。每盘混凝土所用水泥100 kg，水泥、各种外加剂通过标定的台称称量，硅粉掺量为水泥剂量的6%，粉煤灰掺量为水泥剂量的10%，减水剂掺量为水泥剂量的1%。水泥、外加剂安排专人负责上料。混合料拌和时间：干料干拌不少于45 s，加水后拌和45 s，再加减水剂拌和60 s，累计拌和时间2.5 min，由8 m3混凝土罐车运输混凝土。

箱梁混凝土采用水平一次浇筑完成。混凝土由人工配合吊车吊料斗入模。振捣方式为插入式振捣器和附着式振动器配合进行，附着式振动器间距为2.5 m，其功率为1.1 kW，振频2 850次/min，开振时间5 s。插入式振捣棒振捣要快插慢拔，将混凝土与钢模表面的空气充分排出，以无气泡溢出、表面出浆为宜。在波纹管上方不得直接振捣，以避免其变位和破损，造成漏浆使张拉困难。负弯矩齿板处和锚垫板位置使用30型振捣棒振捣。施工中机具设备有备用件，主要（如发电机、振捣器等）以应对突发事件的发生。顶板砼浇筑完成一段，用木槎进行收面、拉毛一段。

（1）拆模：拆除内模以砼达到终凝时间为宜，侧模和端模在浇筑完混凝土24 h以后拆模。

（2）模板拆除后即可进行洒水养护。混凝土养护派专人进行，顶板采用土工布覆盖洒水养护，腹板处粘贴一层塑料薄膜覆盖，每隔一段时间洒水一次，保证腹板表面始终保持湿润。当箱梁混凝土强度达到90%以上时，方可张拉正弯矩区预应力钢束，压注水泥浆并及时清理箱梁底板通气孔。

5 结束语

近几年来，国内运用高性能混凝土成功解决了预应力混凝土箱梁强度问题而带来的路桥行业难题。高性能混凝土能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求，运用到预应力混凝土梁桥中能最大限度地延长箱梁结构的使用年限，降低工程造价，可大力推广。

[1]公路桥涵施工技术规范（JTJ041—2000），人民交通出版社，2000年.

[2]《公路工程试验规程汇编》，人民交通出版社，2003年.

[3]《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（TJTE30—2005），人民交通出版社.

[4]《高性能混凝土》，化学工业出版社，2006年9月1日.