興泉高鐵連續(xù)梁C50混凝土的研究應(yīng)用

朱效榮, 牛旺龍, 龐國(guó)強(qiáng)

(北京靈感科技有限公司，北京 100143)

1 概述

興泉鐵路寧化跨泉南高速特大橋連續(xù)梁采用(32+48+32) m一聯(lián)三跨結(jié)構(gòu)形式，主跨(34#墩～35#墩)跨越既有205省道公路。連續(xù)梁起訖里程為D1K159+934.55～D1K160+047.65，梁體全長(zhǎng)為113.1 m。梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，底板、腹板局部向內(nèi)側(cè)變薄，均按線(xiàn)性變化。中支點(diǎn)截面中心線(xiàn)處梁高3.80 m，跨中11 m直線(xiàn)段及邊跨14.1 m直線(xiàn)段截面中心線(xiàn)梁高2.50 m，梁體下緣為二次拋物線(xiàn)變化。梁體橋面寬度為6.6 m。主梁共分25個(gè)梁段，其中0號(hào)梁段長(zhǎng)12 m，合龍梁段長(zhǎng)2.0 m，邊孔現(xiàn)澆梁段長(zhǎng)3.1 m，其余梁段長(zhǎng)分別為4、4.5 m兩種。邊支座中心線(xiàn)至梁端0.6 m。本文介紹了興泉高鐵預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁C50高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)。

2 原材料

2.1 水泥

規(guī)格型號(hào)：P.042.5，細(xì)度0.03 mm，密度3 090 kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)稠度27%，抗折強(qiáng)度——3 d：6.1 MPa；28 d:9.3 MPa，抗壓強(qiáng)度——3 d：28.4 MPa；28 d：46.8 MPa。

2.2 粉煤灰

密度2 200 kg/m3，細(xì)度10.8%，活性指數(shù)91.5%，需水量比1.05，燒失量4.21%，三氧化硫0.68%。

2.3 砂子

產(chǎn)地廠家：石城，細(xì)度模數(shù)2.6，緊密堆積密度1 850 kg/m3，含水率2.76%，含石率17.2%，表觀密度2 600 kg/m3。

2.4 石子

產(chǎn)地：石城，粒徑5～25 mm，表觀密度2 648 kg/m3，堆積密度1 589 kg/m3，吸水率2.7%，針片狀量2.9%，壓碎指數(shù)4.2%，空隙率40%。

2.5 外加劑

廠家：山西運(yùn)城，減水率23%，堿含量0.03%，pH值7.3，固含量15.56%，對(duì)鋼筋腐蝕：無(wú)，抗壓強(qiáng)度——1 d：152 MPa，3～7 d：126 MPa，28 d：126 MPa。

3 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

3.1 配合比設(shè)計(jì)

3.1.1 膠凝材料用量

(1)混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cuo，MPa：

fcuo=50+1.645×5=58.2

(2)水泥在標(biāo)準(zhǔn)膠砂中的體積比Vco：

(3)水泥水化形成槳體強(qiáng)度σc，MPa：

3.1.2 水泥基準(zhǔn)用量的確定

(1)標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥漿的表觀密度ρ0，kg/m3：

(2)水泥質(zhì)量強(qiáng)度比c，kg·m-3/MPa：

(3)基準(zhǔn)水泥用量C0,kg：

C0=7.78×58.2=453

(4)膠凝材料的分配αF：

設(shè)定水泥和粉煤灰占基準(zhǔn)水泥用量的百分比：XC=85%，XF=15%

計(jì)算得到水泥和粉煤灰的用量C和F,kg :

C=453×85%=385

3.1.3 膠凝材料用水量 及外加劑用量的確定

(1)膠凝材料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量WR，kg：

WR=(385+95×1.05)×0.27=131

(2)泌水系數(shù)MW，kg：

(3)膠凝材料拌合用水量W1，kg：

(4)外加劑用量的確定：

用聚羧酸計(jì)減水劑2%進(jìn)行試驗(yàn)，水泥凈漿流動(dòng)擴(kuò)展度達(dá)到240 mm，1 h保留值235 mm，大于設(shè)計(jì)坍落度200 mm±30 mm，將聚羧酸計(jì)減水劑調(diào)整到1.8%進(jìn)行試驗(yàn)，凈漿流動(dòng)擴(kuò)展達(dá)到210 mm，1 h保留值200 mm，與設(shè)計(jì)坍落度200 mm一致，確定外加劑合理?yè)搅繛?.8%。

3.1.4 砂子用量及用水量的確定

(1)砂子用量S，kg：

(2)砂子潤(rùn)濕用水量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確定

(1)石子用量G，kg：

894×17.2%=725

(2)石子潤(rùn)濕用水量W3，kg：

W3=725×2.7=20

3.1.6 總用水量的確定(單位為kg)

膠凝材料拌合用水量為W1=105；

潤(rùn)濕砂子所需的水為W2=29～47；

潤(rùn)濕石子所需的水為W3=20；

混凝土總用水量為W總=W1+W2+W3=154～172。

3.1.7 C50混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果

水泥：385，粉煤灰：95，砂子：894，石子：725，預(yù)濕用水量：49～67，膠材用水量：105，外加劑：4.8。

3.2 試配

3.2.1 工作性

用以上配合比進(jìn)行試配，配制的混凝土拌合物和易性良好，初始坍落度230 mm，擴(kuò)展度580 mm，3 h坍落度損失20 mm，含氣量4%，不離析，不泌水，滿(mǎn)足施工設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 混凝土力學(xué)性能

(1)抗壓強(qiáng)度。按照已確定的配合比進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，將其做成邊長(zhǎng)為100 mm的立方體試塊并對(duì)其做各齡期的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，驗(yàn)證該配合比的穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 C50混凝土的抗壓強(qiáng)度 單位：MPa

從試驗(yàn)結(jié)果可以看到，采用以上原材料和配合比試配成的C50混凝土，其28 d抗壓強(qiáng)度全部能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，28 d以后強(qiáng)度仍會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，完全滿(mǎn)足興泉高鐵連續(xù)梁C50預(yù)應(yīng)力混凝土的技術(shù)要求。

(2)耐久性。連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力混凝土耐久性主要考慮抗?jié)B性和抗凍性，本試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行抗?jié)B性和抗凍性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，本試驗(yàn)配制的C50混凝土抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P10，抗凍等級(jí)達(dá)到F300,完全滿(mǎn)足預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁工程結(jié)構(gòu)使用。

4 工程應(yīng)用

4.1 工程概況

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)合格后，采用以上配比生產(chǎn)的C50混凝土應(yīng)用于興泉鐵路寧化跨泉南高速特大橋預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁工程項(xiàng)目施工。

4.2 拌合物性能

為保證工程質(zhì)量，在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，隨機(jī)抽取樣品，觀察運(yùn)輸與施工過(guò)程中混凝土拌合物坍落度及其損失值、含氣量?；炷翉?qiáng)度等級(jí)：C50，坍落度(mm)0：220、30 min：215、1 h：200，擴(kuò)展度：500 mm，含氣量：2.0%。

4.3 抗壓強(qiáng)度

在施工現(xiàn)場(chǎng)留置3、7、 28 d的立方體試件，養(yǎng)護(hù)到齡期后根據(jù)抗壓強(qiáng)度均值μfcu,均方差Sfcu,最小強(qiáng)度值fcu,min,合格判定系數(shù)λ1等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)及評(píng)定。

結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 C50 混凝土強(qiáng)度評(píng)定

4.4 耐久性

在混凝土施工過(guò)程中制作的C50混凝土抗?jié)B試件和抗凍試件，養(yǎng)護(hù)達(dá)到齡期經(jīng)第三方檢測(cè)抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P10，抗凍等級(jí)達(dá)到F300。

4.5 質(zhì)量評(píng)定

本項(xiàng)目生產(chǎn)的C50混凝土在興泉高鐵項(xiàng)目連續(xù)梁大范圍使用，混凝土拌合物運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，坍落度損失小于10%，工作性能良好，易于泵送，滿(mǎn)足了橋梁工程對(duì)混凝土澆筑連續(xù)性的要求，經(jīng)檢測(cè)評(píng)定，混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目采用P.O42.5水泥，自制中砂和碎石，利用數(shù)字量化混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算方法和預(yù)濕骨料工藝，配制出優(yōu)質(zhì)的混凝土，成功應(yīng)用于興泉高鐵連續(xù)梁工程項(xiàng)目，保證了橋梁工程對(duì)混凝土質(zhì)量的要求，得到了業(yè)主和設(shè)計(jì)單位的好評(píng)，值得混凝土行業(yè)推廣。