兴泉高铁连续梁C50混凝土的研究应用

朱效荣, 牛旺龙, 庞国强

(北京灵感科技有限公司，北京 100143)

1 概述

兴泉铁路宁化跨泉南高速特大桥连续梁采用(32+48+32) m一联三跨结构形式，主跨(34#墩～35#墩)跨越既有205省道公路。连续梁起讫里程为D1K159+934.55～D1K160+047.65，梁体全长为113.1 m。梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，底板、腹板局部向内侧变薄，均按线性变化。中支点截面中心线处梁高3.80 m，跨中11 m直线段及边跨14.1 m直线段截面中心线梁高2.50 m，梁体下缘为二次抛物线变化。梁体桥面宽度为6.6 m。主梁共分25个梁段，其中0号梁段长12 m，合龙梁段长2.0 m，边孔现浇梁段长3.1 m，其余梁段长分别为4、4.5 m两种。边支座中心线至梁端0.6 m。本文介绍了兴泉高铁预应力连续梁C50高性能混凝土配合比设计技术。

2 原材料

2.1 水泥

规格型号：P.042.5，细度0.03 mm，密度3 090 kg/m3，标准稠度27%，抗折强度——3 d：6.1 MPa；28 d:9.3 MPa，抗压强度——3 d：28.4 MPa；28 d：46.8 MPa。

2.2 粉煤灰

密度2 200 kg/m3，细度10.8%，活性指数91.5%，需水量比1.05，烧失量4.21%，三氧化硫0.68%。

2.3 砂子

产地厂家：石城，细度模数2.6，紧密堆积密度1 850 kg/m3，含水率2.76%，含石率17.2%，表观密度2 600 kg/m3。

2.4 石子

产地：石城，粒径5～25 mm，表观密度2 648 kg/m3，堆积密度1 589 kg/m3，吸水率2.7%，针片状量2.9%，压碎指数4.2%，空隙率40%。

2.5 外加剂

厂家：山西运城，减水率23%，碱含量0.03%，pH值7.3，固含量15.56%，对钢筋腐蚀：无，抗压强度——1 d：152 MPa，3～7 d：126 MPa，28 d：126 MPa。

3 配合比设计及试验

3.1 配合比设计

3.1.1 胶凝材料用量

(1)混凝土配制强度fcuo，MPa：

fcuo=50+1.645×5=58.2

(2)水泥在标准胶砂中的体积比Vco：

(3)水泥水化形成桨体强度σc，MPa：

3.1.2 水泥基准用量的确定

(1)标准稠度水泥浆的表观密度ρ0，kg/m3：

(2)水泥质量强度比c，kg·m-3/MPa：

(3)基准水泥用量C0,kg：

C0=7.78×58.2=453

(4)胶凝材料的分配αF：

设定水泥和粉煤灰占基准水泥用量的百分比：XC=85%，XF=15%

计算得到水泥和粉煤灰的用量C和F,kg :

C=453×85%=385

3.1.3 胶凝材料用水量 及外加剂用量的确定

(1)胶凝材料标准稠度用水量WR，kg：

WR=(385+95×1.05)×0.27=131

(2)泌水系数MW，kg：

(3)胶凝材料拌合用水量W1，kg：

(4)外加剂用量的确定：

用聚羧酸计减水剂2%进行试验，水泥净浆流动扩展度达到240 mm，1 h保留值235 mm，大于设计坍落度200 mm±30 mm，将聚羧酸计减水剂调整到1.8%进行试验，净浆流动扩展达到210 mm，1 h保留值200 mm，与设计坍落度200 mm一致，确定外加剂合理掺量为1.8%。

3.1.4 砂子用量及用水量的确定

(1)砂子用量S，kg：

(2)砂子润湿用水量W2min和W2mix，kg：

W2min=(6%-2.76%)×894=29

W2max=(8%-2.76%)×894=47

3.1.5 石子用量及用水量的确定

(1)石子用量G，kg：

894×17.2%=725

(2)石子润湿用水量W3，kg：

W3=725×2.7=20

3.1.6 总用水量的确定(单位为kg)

胶凝材料拌合用水量为W1=105；

润湿砂子所需的水为W2=29～47；

润湿石子所需的水为W3=20；

混凝土总用水量为W总=W1+W2+W3=154～172。

3.1.7 C50混凝土配合比设计计算结果

水泥：385，粉煤灰：95，砂子：894，石子：725，预湿用水量：49～67，胶材用水量：105，外加剂：4.8。

3.2 试配

3.2.1 工作性

用以上配合比进行试配，配制的混凝土拌合物和易性良好，初始坍落度230 mm，扩展度580 mm，3 h坍落度损失20 mm，含气量4%，不离析，不泌水，满足施工设计要求。

3.2.2 混凝土力学性能

(1)抗压强度。按照已确定的配合比进行重复试验，将其做成边长为100 mm的立方体试块并对其做各龄期的抗压强度检测，验证该配合比的稳定性，试验结果见表1。

表1 C50混凝土的抗压强度 单位：MPa

从试验结果可以看到，采用以上原材料和配合比试配成的C50混凝土，其28 d抗压强度全部能够达到设计要求，28 d以后强度仍会继续增长，完全满足兴泉高铁连续梁C50预应力混凝土的技术要求。

(2)耐久性。连续梁预应力混凝土耐久性主要考虑抗渗性和抗冻性，本试验按照标准试验方法进行抗渗性和抗冻性试验。试验结果表明，本试验配制的C50混凝土抗渗等级达到P10，抗冻等级达到F300,完全满足预应力连续梁工程结构使用。

4 工程应用

4.1 工程概况

经过试验检测合格后，采用以上配比生产的C50混凝土应用于兴泉铁路宁化跨泉南高速特大桥预应力连续梁工程项目施工。

4.2 拌合物性能

为保证工程质量，在混凝土生产过程中，随机抽取样品，观察运输与施工过程中混凝土拌合物坍落度及其损失值、含气量。混凝土强度等级：C50，坍落度(mm)0：220、30 min：215、1 h：200，扩展度：500 mm，含气量：2.0%。

4.3 抗压强度

在施工现场留置3、7、 28 d的立方体试件，养护到龄期后根据抗压强度均值μfcu,均方差Sfcu,最小强度值fcu,min,合格判定系数λ1等参数进行检测及评定。

结果见表2。

表2 C50 混凝土强度评定

4.4 耐久性

在混凝土施工过程中制作的C50混凝土抗渗试件和抗冻试件，养护达到龄期经第三方检测抗渗等级达到P10，抗冻等级达到F300。

4.5 质量评定

本项目生产的C50混凝土在兴泉高铁项目连续梁大范围使用，混凝土拌合物运送到施工现场时，坍落度损失小于10%，工作性能良好，易于泵送，满足了桥梁工程对混凝土浇筑连续性的要求，经检测评定，混凝土各项技术指标达到设计要求。

5 结论

本项目采用P.O42.5水泥，自制中砂和碎石，利用数字量化混凝土配合比设计计算方法和预湿骨料工艺，配制出优质的混凝土，成功应用于兴泉高铁连续梁工程项目，保证了桥梁工程对混凝土质量的要求，得到了业主和设计单位的好评，值得混凝土行业推广。