C55箱梁混凝土的制备与经济效益分析

张志新，彭龙辉，陈勇

（1中交第一公路工程局有限公司，北京 100024；2重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 400045）

C55箱梁混凝土的制备与经济效益分析

张志新1，彭龙辉1，陈勇2

（1中交第一公路工程局有限公司，北京 100024；2重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 400045）

该文从原材料的质量控制、性能分析及配合比的优化，针对混合砂和天然中砂为细骨料制备的箱梁混凝土的工作性、力学性能、早期抗裂性能、徐变性能及经济效益进行了比对分析。结果表明，混合砂混凝土和天然中砂混凝土在早期抗裂性能和徐变性能方面表现相当；但与天然中砂混凝土相比，混合砂混凝土表现出更好的工作性，且实体强度要高3～5MPa，同时单方造价要低10%，可见混合砂混凝土具有更好的技术和经济效益。

箱梁混凝土；混合砂；天然中砂；抗裂性能；徐变性能

预应力连续刚构桥因其强大的跨越能力、良好的行车条件、优良的抗震性能、简单的施工工艺、优良的经济性等特点，从20世纪80年代开始迅猛发展，现已成为国内外大跨径桥梁最具竞争力的桥型之一[1-2]。而且往往采用结构性能良好的箱形截面作为其普遍采用的截面形式[3]。预应力连续刚构桥箱梁混凝土往往要求泵送性好、流动性好、粘聚性好、质量稳定、强度高、抗裂性好[4-6]，其中控制箱梁混凝土的工作性和强度是配合比设计首要解决的问题。

本文以万利高速公路典型连续刚构箱梁桥——薛家坝2号大桥为对象，该桥位于重庆市万州区龙驹镇太吉村，主跨120m，其中主桥上部结构采用三向预应力混凝土连续刚构，下部结构主墩采用单空心薄壁墩，基础采用桩基础（见图1和图2），主梁采用C55高性能混凝土。由于该地区无天然中砂，外地供应也日益短缺且质量稳定性差、运输距离较远，因此，采用机制砂和天然特细砂按一定比例混合作为细骨料制备出可连续泵送、强度满足设计要求、质量稳定并且经济效益好的箱梁混凝土是该工程的难点之一。该试验拟采用以天然中砂和混合砂为细骨料制备箱梁混凝土，并对这两种混凝土的工作性、强度、早期抗裂性能、徐变性能以及经济性进行比较，从而优化配合比。

图1 薛家坝2号大桥示意图

图2 薛家坝2号大桥

1 原材料

采用华新水泥公司P.O.42.5R水泥，其技术指标如表1所示，检测结果满足《通用硅酸盐水泥》GB/T175-2007技术要求。

表1 水泥的基本性能

采用重庆开县白鹤电厂生产的II级粉煤灰及重庆钰宏再生资源有限公司生产S95矿渣，其技术指标分别见表2和表3，检测结果分别均满足 《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炉矿渣粉》GB/T18046-2008技术要求。

表2 粉煤灰的基本性能

表3 矿渣粉的基本性能

细骨料为混合砂 （万州码头的机制砂和湖北秭江特细砂按7:3比例混合而成）和重庆森悦欣商贸有限公司的天然中砂，其技术指标见表4。检测结果满足 《公路桥涵施工技术规范》JTJ/T F 50-2011和《建设用砂》GB/T 14684-2011技术要求。

表4 混合砂（机制砂：特细砂=7:3）和天然砂的基本性能

粗骨料为万州码头卵石破碎的卵碎石，并且级配是5～10mm、10～20mm两种碎石混合而成的5～20mm的连续级配，其技术指标见表5。检测结果满足《公路桥涵施工技术规范》JTJ/T F 50-2011和《建设用卵石、碎石》GB/T 14685-2011技术要求。

表5 粗骨料（小石∶大石=2∶8）技术指标

采用聚羧酸高性能减水剂，其技术指标见表6。检测结果满足《混凝土外加剂》GB/T 8076-2008技术要求。

表6 聚羧酸高性能减水剂技术指标

2 箱梁混凝土制备及性能测试

箱梁混凝土的强度等级为C55，为了保证C55箱梁混凝土具有良好的泵送性和达标的力学性能，结合该混凝土的施工特点、设计要求和高性能混凝土的配制要点，确定混凝土配合比应满足以下基本思路和要求。

（1）对新拌混凝土的要求：流动性大，坍落度经时损失小，粘聚性好且易于泵送；初始坍落度180～230 mm，1h坍落度损失不大于10mm，初凝时间大于20h。

（2）对硬化混凝土的要求：为了满足张拉要求，混凝土7d强度不低于设计强度的80%，28d配制强度和弹性模量也须满足C55强度等级设计要求。

（3）配制参数控制：水胶比0.26～0.32，胶凝材料用量不大于550kg/m3，砂率38%～45%。

（4）采用“双掺矿物掺和料+高性能外加剂”的主要技术路线保证混凝土具有良好耐久性。

（5）在遵循《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011的基础上，对掺合料的选择和比例进行调整和确定。

根据上述思路，在实验室通过系列的配合比试验和调整，优化后的C55箱梁混凝土配合比见表7，新拌混凝土的工作性能和基本力学性能测试结果见表8，30OC/80%RH/3m/s环境下的早期抗裂性能见表9，硬化混凝土的徐变性能见图5。

图3 新拌天然中砂混凝土（1#）

图4 新拌混合砂混凝土（2#）

图5 硬化箱梁混凝土试件的徐变性能

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学性能测试结果

表9 C55箱梁混凝土的早期抗裂性能测试结果（30OC/80%RH/3m/s）

从表8、图3和图4中可以看出，混合砂混凝土坍落度为225mm，扩展度达650mm；但同样的胶凝材料及水灰比的情况下，天然中砂混凝土的坍落度为210mm，扩展度为620mm，混合砂混凝土1h坍落度损失与天然中砂混凝土1h坍落度损失相当。与该试验中的天然中砂相比，特细砂和机制砂混合后得到的混合砂的大小颗粒搭配情况更为合理，颗粒之间的孔隙能很好地通过水泥浆填充，颗粒之间的润滑度更好，从而使得混合砂配制的混凝土在工作性方面略优于天然中砂混凝土。

从表8中试配强度看，混合砂混凝土的抗压强度和天然中砂混凝土的3d弹性模量基本一致，且7d抗压强度分别占28d抗压强度的86.0%和84.5%，能满足张拉要求。混合砂混凝土的28d抗压强度均略高于天然中砂混凝土，且均能满足C55强度等级的设计要求。

根据现场实体混凝土的强度来看，混合砂混凝土的强度要高于天然中砂混凝土强度3～5MPa，混合砂混凝土的实体强度达65.6MPa。试验中混合砂混凝土中集料的合理搭配使得混凝土内部空隙更为减少，这是其力学性能优于天然中砂混凝土的主要原因。

表9表明在30OC/80%RH/3m/s环境下混合砂混凝土和天然中砂混凝土平板试件均出现2.1条/m2的裂缝，其中混合砂混凝土试件最大裂缝宽度稍大，但抗裂等级按照《混凝土质量控制标准》GB 50164-2011进行评定均为V级，表明两者在较为恶劣的环境下仍然具有很好的抵抗开裂的能力。

从图5中可以看出，天然中砂和混合砂混凝土徐变值均随着龄期的延长而增加，且随着龄期的延长在相同龄期的徐变值差距先增加而后趋于稳定。当测试龄期为45d时，天然中砂和混合砂混凝土的徐变值分别为477um/m和603um/m，而后差距趋于平稳，当龄期为360d时，天然砂混凝土的徐变值为650um/m，占混合砂混凝土徐变值的79.5%。但天然中砂混凝土和混合砂混凝土各龄期的徐变值均处在同一数量级。

3 经济效益分析

混凝土配合比用原材料单价表、混凝土配合比成本表、混凝土配合比成本比较分别见表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较表 （元/m3）

根据试验对比，混合砂混凝土可比天然中砂混凝土单方成本降低10%。

4 结论

（1）“双掺粉煤灰和矿渣+高性能外加剂”是配制预应力箱梁混凝土主要技术路线，也是实现混凝土良好耐久性的技术途径。

（2）混合砂混凝土的工作性能及其保持能力优于天然中砂混凝土；且前者的实体抗压强度检测值高于后者强度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较好，抗裂等级均为V级；两者各龄期的徐变值均处在同一数量级。

（4）细骨料采用混合砂可以配制出性能良好，且满足设计要求的箱梁混凝土，在该试验条件下，所配制的C55箱梁混合砂混凝土比天然中砂混凝土单方成本降低10%。

（5）综合混凝土的技术性能及经济效益来看，该工程涉及的C55箱梁混凝土配合比宜选用混合砂混凝土的配合比。

[1]张哲威，李青宁.现代城市桥梁结构的发展[J].中外公路，2008，28（2）：97-101.

[2]向中富.重庆桥梁建设水平及桥梁特色研究[J].重庆建筑，2007（4）：8-11.

[3]郭金琼.箱形梁设计理论[M].北京：人民交通出版社，1991：1-4.

[4]姜福香.桥梁工程[M].北京：机械工业出版社，2010：189-190.

[5]马保林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京：人民交通出版社，2001：12-16.

[6]夏京亮，李北星，柯国炬，等.C55大跨箱梁混凝土配合比设计与抗裂评估[J].建材世界，2009，30（3）：21-24.

责任编辑：孙苏，李红

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

张志新（1970-），男，河北石家庄人，博士，教授级高级工程师，主要从事公路工程建设与管理工作。

彭龙辉（1983-），男，湖南娄底人，本科，高级工程师，主要从事公路工程建设与管理工作。

陈勇（1990-），男，四川资阳人，研究生，主要从事建设工程质量和安全监督工作。