貴廣懷集制梁場C50梁體混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計總結(jié)

朱文華

（中國水利水電第十四工程局有限公司勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650041）

1 梁場簡介

新建貴廣鐵路工程GGTJ-10標段懷集制梁場位于貴廣鐵路（GGTJ-10標）欄馬特大橋和大村大橋之間（中心里程為DK644+400）的路基右側(cè)坡地上，距懷集縣城約28km，距離S349省道約2km，交通便利。場地主要為坡地（甘蔗地）、無房屋拆遷，地勢比較平坦，制梁場占地面積約241畝。本制梁場預(yù)制箱梁共計924孔，其中整孔箱梁544片（522孔32m、22孔24m ），組合箱梁380片（298片32m、82片24m ）?；炷猎O(shè)計強度等級為C50，每一片梁的混凝土設(shè)計方量約300m3，混凝土具體設(shè)計指標見表1。

2 原材料

在混凝土原材料檢測的過程中，根據(jù)鐵路高性能混凝土的要求，對骨料的堿活性，以及其他材料的氯離子和堿含量都進行了檢測，滿足規(guī)范要求后才進行混凝土配合比的配制。

2.1 水泥

水泥采用廣西華潤P·O42.5，檢測結(jié)果符合《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》。

2.2 粉煤灰

粉煤灰采用湛江電廠，規(guī)格為C50及以上，檢測結(jié)果符合《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》。

2.3 骨料

細骨料采用當?shù)氐嫩曜泻由埃?guī)格為中砂；粗骨料采用金豐石場的碎石，規(guī)格為5～20mm，粗、細骨料均做了巖相法分析和快速砂漿棒膨脹率檢測，均合格，其它指標檢測結(jié)果均符合《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》。

2.4 減水劑

減水劑采用深圳市五山建材實業(yè)有限公司生產(chǎn)的WS-PC高效減水劑，檢測結(jié)果符合《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及JG/T223-2007《聚羧酸系高性能減水劑》。

2.5 拌合水

混凝土拌合水采用試驗室的自來水，檢測結(jié)果符合《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及鐵建設(shè)【2005】160號《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準》。

3 C50混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計

在梁體C50高性能混凝土配合比設(shè)計過程中，根據(jù)混凝土設(shè)計指標的要求，展開混凝土施工配合比的設(shè)計。根據(jù)表1混凝土的主要設(shè)計指標，主要考慮以下幾個方面的因素：粉煤灰摻量的選擇，根據(jù)鐵路高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件規(guī)定及其它客運專線橋梁混凝土摻合料摻量的工程實例，摻合料單摻時，摻合料總量不得超過膠凝材料的25%，摻合料雙摻時，摻合料總量不得超過膠凝材料的35%；混凝土含氣量的控制；混凝土彈模和混凝土早期強度的影響因素等幾個方面展開混凝土配合比的設(shè)計。

3.1 粉煤灰摻量的選擇

主要研究粉煤灰摻量和水膠比對混凝土彈性模量的影響，同時考慮混凝土的早期強度的施工影響，如果混凝土的早期強度低，就會推遲混凝土的張拉，影響梁場的工期，根據(jù)《客運專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》及其它客運專線橋梁混凝土摻合料摻量的工程實例，一般10d就應(yīng)具備混凝土終張拉的條件，即混凝土的同條件試件10d的抗壓強度應(yīng)該大于53.5 MPa，彈性模量大于35.5 GPa。因此，在選取合適的粉煤灰摻量時，應(yīng)充分考慮滿足施工的這些因素?？紤]上述因素，具體的混凝土配制試驗結(jié)果見表2。

將表2的試驗結(jié)果進行直觀分析，可以看出：

3.1.1 抗壓強度

當水膠比在0.28～0.31之間、粉煤灰摻量在15%～24%之間變化時，對于粉煤灰高性能混凝土的10d抗壓強度，因素的影響順序為：粉煤灰摻量—水膠比，隨著粉煤灰摻量的增大，強度降低；對28d抗壓強度，因素的影響順序變?yōu)椋核z比—粉煤灰摻量，而在固定單方膠凝材料的前提下，粉煤灰摻量變化實質(zhì)上是反映水灰比變化，所以，混凝土的10d強度主要受水灰比的影響，28d的強度主要受水膠比的影響；

表1 C50混凝土設(shè)計指標

表2 粉煤灰摻量與早期混凝土強度、彈性模量關(guān)系

3.1.2 彈性模量

對于10d和28d彈性模量，因素的影響順序均為：粉煤灰摻量—水膠比，粉煤灰摻量是一個最主要的影響因素，隨著粉煤灰摻量的增加，彈性模量變小。

3.1.3 小結(jié)

通過以上分析可以看出，出現(xiàn)的主要問題是混凝土的10d和28d彈性模量雖然很容易滿足設(shè)計要求，但混凝土的彈性模量偏大，對混凝土的抗裂不利，因此，能否在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上，從混凝土的含氣量和砂率入手，盡量降低混凝土的彈性模量成為解決問題的方向和技術(shù)難題。

3.2 混凝土含氣量控制范圍的選擇

在現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上，對不同的混凝土含氣量，考察其混凝土的彈性模量，試驗結(jié)果見表3，從試驗結(jié)果可以看出，混凝土的含氣量對彈性模量影響較大，隨著混凝土含氣量的增大，彈性模量降低，這說明混凝土在抗壓過程中，混凝土內(nèi)部的氣孔被壓縮，有一定的吸收能量的作用，從而降低混凝土的彈性模量。因此，混凝土含氣量的控制，在規(guī)范允許的條件下，應(yīng)按上限控制，即混凝土出機口的含氣量可按3.5%～4.5%控制，考慮混凝土在運輸過程中的損失，入倉混凝土的含氣量按3.0%～4.0%控制。

表3 含氣量與彈性模量關(guān)系

3.3 混凝土砂率的選擇

考察不同砂率對混凝土彈性模量的影響，試驗結(jié)果見表4，從試驗結(jié)果可以看出，混凝土的彈性模量隨砂率的增加而降低。混凝土的彈性模量主要取決于集料的彈性模量以及粗集料與砂漿的體積比，隨砂率的增大，混凝土中粗集料比例下降，從而造成混凝土彈性模量下降。

表4 砂率與混凝土強度、彈性模量關(guān)系

3.4 C50施工混凝土配合比的確定及實施效果

通過以上試驗結(jié)果，在滿足設(shè)計情況下，同時充分考慮施工因素，確定表5的施工配合比，同時進行了驗證試驗，混凝土的抗凍及抗?jié)B均滿足設(shè)計要求，其余指標見表5。目前，該混凝土施工配合比已經(jīng)在工程中應(yīng)用，達到了梁場要求模板周轉(zhuǎn)速度快的前提下使早期彈性模量達到張拉要求，同時，混凝土的彈性模量在44～48 GPa之間，達到了預(yù)期的效果，梁場強度統(tǒng)計結(jié)果見表6。

表5 混凝土施工配合比及驗證結(jié)果

表6 梁場強度統(tǒng)計表

4 結(jié)束語

（1）梁體混凝土配合比原材料選擇時，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的原材料，尤其粗、細骨料均必須作巖相法分析和快速砂漿棒膨脹率檢測，合格后才能用于混凝土配合比試驗。

（2）混凝土配合比選擇試驗時，應(yīng)充分考慮粉煤灰摻量的選擇、混凝土含氣量的控制、混凝土彈模及混凝土早期強度的影響等幾個方面展開混凝土配合比的設(shè)計。

（3）當水膠比在0.28～0.31之間、粉煤灰摻量在15%～24%之間變化時，對于粉煤灰高性能混凝土的10d抗壓強度，因素的影響順序為：粉煤灰摻量—水膠比，隨著粉煤灰摻量的增大，強度降低；對28d抗壓強度，因素的影響順序變?yōu)椋核z比—粉煤灰摻量。

（4）對于10d和28d彈性模量，因素的影響順序均為：粉煤灰摻量—水膠比，粉煤灰摻量是一個最主要的影響因素，隨著粉煤灰摻量的增加，彈性模量變小。

（5）混凝土的含氣量對彈性模量影響較大，隨著混凝土含氣量的增大，彈性模量降低，這說明混凝土在抗壓過程中，混凝土內(nèi)部的氣孔被壓縮，有一定的吸收能量的作用，從而降低混凝土的彈性模量。

（6）混凝土的彈性模量隨砂率的增加而降低?；炷恋膹椥阅Ａ恐饕Q于集料的彈性模量以及粗集料與砂漿的體積比，隨砂率的增大，混凝土中粗集料比例下降，從而造成混凝土彈性模量下降。

（7）水膠比越小，混凝土彈模量越大。

（8）在實際生產(chǎn)中利用本試驗的結(jié)論，很好的控制了混凝土的張拉時間，滿足了工程的需要，積累了經(jīng)驗。