C55箱梁混凝土的制備與經(jīng)濟(jì)效益分析

張志新，彭龍輝，陳勇

（1中交第一公路工程局有限公司，北京 100024；2重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045）

C55箱梁混凝土的制備與經(jīng)濟(jì)效益分析

張志新1，彭龍輝1，陳勇2

（1中交第一公路工程局有限公司，北京 100024；2重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045）

該文從原材料的質(zhì)量控制、性能分析及配合比的優(yōu)化，針對(duì)混合砂和天然中砂為細(xì)骨料制備的箱梁混凝土的工作性、力學(xué)性能、早期抗裂性能、徐變性能及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了比對(duì)分析。結(jié)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變性能方面表現(xiàn)相當(dāng)；但與天然中砂混凝土相比，混合砂混凝土表現(xiàn)出更好的工作性，且實(shí)體強(qiáng)度要高3～5MPa，同時(shí)單方造價(jià)要低10%，可見混合砂混凝土具有更好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

箱梁混凝土；混合砂；天然中砂；抗裂性能；徐變性能

預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋因其強(qiáng)大的跨越能力、良好的行車條件、優(yōu)良的抗震性能、簡(jiǎn)單的施工工藝、優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，從20世紀(jì)80年代開始迅猛發(fā)展，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外大跨徑橋梁最具競(jìng)爭(zhēng)力的橋型之一[1-2]。而且往往采用結(jié)構(gòu)性能良好的箱形截面作為其普遍采用的截面形式[3]。預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁混凝土往往要求泵送性好、流動(dòng)性好、粘聚性好、質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度高、抗裂性好[4-6]，其中控制箱梁混凝土的工作性和強(qiáng)度是配合比設(shè)計(jì)首要解決的問題。

本文以萬(wàn)利高速公路典型連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋——薛家壩2號(hào)大橋?yàn)閷?duì)象，該橋位于重慶市萬(wàn)州區(qū)龍駒鎮(zhèn)太吉村，主跨120m，其中主橋上部結(jié)構(gòu)采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)主墩采用單空心薄壁墩，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)（見圖1和圖2），主梁采用C55高性能混凝土。由于該地區(qū)無(wú)天然中砂，外地供應(yīng)也日益短缺且質(zhì)量穩(wěn)定性差、運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，因此，采用機(jī)制砂和天然特細(xì)砂按一定比例混合作為細(xì)骨料制備出可連續(xù)泵送、強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求、質(zhì)量穩(wěn)定并且經(jīng)濟(jì)效益好的箱梁混凝土是該工程的難點(diǎn)之一。該試驗(yàn)擬采用以天然中砂和混合砂為細(xì)骨料制備箱梁混凝土，并對(duì)這兩種混凝土的工作性、強(qiáng)度、早期抗裂性能、徐變性能以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，從而優(yōu)化配合比。

圖1 薛家壩2號(hào)大橋示意圖

圖2 薛家壩2號(hào)大橋

1 原材料

采用華新水泥公司P.O.42.5R水泥，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示，檢測(cè)結(jié)果滿足《通用硅酸鹽水泥》GB/T175-2007技術(shù)要求。

表1 水泥的基本性能

采用重慶開縣白鶴電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰及重慶鈺宏再生資源有限公司生產(chǎn)S95礦渣，其技術(shù)指標(biāo)分別見表2和表3，檢測(cè)結(jié)果分別均滿足 《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?；郀t礦渣粉》GB/T18046-2008技術(shù)要求。

表2 粉煤灰的基本性能

表3 礦渣粉的基本性能

細(xì)骨料為混合砂 （萬(wàn)州碼頭的機(jī)制砂和湖北秭江特細(xì)砂按7:3比例混合而成）和重慶森悅欣商貿(mào)有限公司的天然中砂，其技術(shù)指標(biāo)見表4。檢測(cè)結(jié)果滿足 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ/T F 50-2011和《建設(shè)用砂》GB/T 14684-2011技術(shù)要求。

表4 混合砂（機(jī)制砂：特細(xì)砂=7:3）和天然砂的基本性能

粗骨料為萬(wàn)州碼頭卵石破碎的卵碎石，并且級(jí)配是5～10mm、10～20mm兩種碎石混合而成的5～20mm的連續(xù)級(jí)配，其技術(shù)指標(biāo)見表5。檢測(cè)結(jié)果滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ/T F 50-2011和《建設(shè)用卵石、碎石》GB/T 14685-2011技術(shù)要求。

表5 粗骨料（小石∶大石=2∶8）技術(shù)指標(biāo)

采用聚羧酸高性能減水劑，其技術(shù)指標(biāo)見表6。檢測(cè)結(jié)果滿足《混凝土外加劑》GB/T 8076-2008技術(shù)要求。

表6 聚羧酸高性能減水劑技術(shù)指標(biāo)

2 箱梁混凝土制備及性能測(cè)試

箱梁混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C55，為了保證C55箱梁混凝土具有良好的泵送性和達(dá)標(biāo)的力學(xué)性能，結(jié)合該混凝土的施工特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要求和高性能混凝土的配制要點(diǎn)，確定混凝土配合比應(yīng)滿足以下基本思路和要求。

（1）對(duì)新拌混凝土的要求：流動(dòng)性大，坍落度經(jīng)時(shí)損失小，粘聚性好且易于泵送；初始坍落度180～230 mm，1h坍落度損失不大于10mm，初凝時(shí)間大于20h。

（2）對(duì)硬化混凝土的要求：為了滿足張拉要求，混凝土7d強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，28d配制強(qiáng)度和彈性模量也須滿足C55強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)要求。

（3）配制參數(shù)控制：水膠比0.26～0.32，膠凝材料用量不大于550kg/m3，砂率38%～45%。

（4）采用“雙摻礦物摻和料+高性能外加劑”的主要技術(shù)路線保證混凝土具有良好耐久性。

（5）在遵循《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55-2011的基礎(chǔ)上，對(duì)摻合料的選擇和比例進(jìn)行調(diào)整和確定。

根據(jù)上述思路，在實(shí)驗(yàn)室通過系列的配合比試驗(yàn)和調(diào)整，優(yōu)化后的C55箱梁混凝土配合比見表7，新拌混凝土的工作性能和基本力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表8，30OC/80%RH/3m/s環(huán)境下的早期抗裂性能見表9，硬化混凝土的徐變性能見圖5。

圖3 新拌天然中砂混凝土（1#）

圖4 新拌混合砂混凝土（2#）

圖5 硬化箱梁混凝土試件的徐變性能

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學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

表9 C55箱梁混凝土的早期抗裂性能測(cè)試結(jié)果（30OC/80%RH/3m/s）

從表8、圖3和圖4中可以看出，混合砂混凝土坍落度為225mm，擴(kuò)展度達(dá)650mm；但同樣的膠凝材料及水灰比的情況下，天然中砂混凝土的坍落度為210mm，擴(kuò)展度為620mm，混合砂混凝土1h坍落度損失與天然中砂混凝土1h坍落度損失相當(dāng)。與該試驗(yàn)中的天然中砂相比，特細(xì)砂和機(jī)制砂混合后得到的混合砂的大小顆粒搭配情況更為合理，顆粒之間的孔隙能很好地通過水泥漿填充，顆粒之間的潤(rùn)滑度更好，從而使得混合砂配制的混凝土在工作性方面略優(yōu)于天然中砂混凝土。

從表8中試配強(qiáng)度看，混合砂混凝土的抗壓強(qiáng)度和天然中砂混凝土的3d彈性模量基本一致，且7d抗壓強(qiáng)度分別占28d抗壓強(qiáng)度的86.0%和84.5%，能滿足張拉要求?；旌仙盎炷恋?8d抗壓強(qiáng)度均略高于天然中砂混凝土，且均能滿足C55強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體混凝土的強(qiáng)度來看，混合砂混凝土的強(qiáng)度要高于天然中砂混凝土強(qiáng)度3～5MPa，混合砂混凝土的實(shí)體強(qiáng)度達(dá)65.6MPa。試驗(yàn)中混合砂混凝土中集料的合理搭配使得混凝土內(nèi)部空隙更為減少，這是其力學(xué)性能優(yōu)于天然中砂混凝土的主要原因。

表9表明在30OC/80%RH/3m/s環(huán)境下混合砂混凝土和天然中砂混凝土平板試件均出現(xiàn)2.1條/m2的裂縫，其中混合砂混凝土試件最大裂縫寬度稍大，但抗裂等級(jí)按照《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》GB 50164-2011進(jìn)行評(píng)定均為V級(jí)，表明兩者在較為惡劣的環(huán)境下仍然具有很好的抵抗開裂的能力。

從圖5中可以看出，天然中砂和混合砂混凝土徐變值均隨著齡期的延長(zhǎng)而增加，且隨著齡期的延長(zhǎng)在相同齡期的徐變值差距先增加而后趨于穩(wěn)定。當(dāng)測(cè)試齡期為45d時(shí)，天然中砂和混合砂混凝土的徐變值分別為477um/m和603um/m，而后差距趨于平穩(wěn)，當(dāng)齡期為360d時(shí)，天然砂混凝土的徐變值為650um/m，占混合砂混凝土徐變值的79.5%。但天然中砂混凝土和混合砂混凝土各齡期的徐變值均處在同一數(shù)量級(jí)。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

混凝土配合比用原材料單價(jià)表、混凝土配合比成本表、混凝土配合比成本比較分別見表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較表 （元/m3）

根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比，混合砂混凝土可比天然中砂混凝土單方成本降低10%。

4 結(jié)論

（1）“雙摻粉煤灰和礦渣+高性能外加劑”是配制預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土主要技術(shù)路線，也是實(shí)現(xiàn)混凝土良好耐久性的技術(shù)途徑。

（2）混合砂混凝土的工作性能及其保持能力優(yōu)于天然中砂混凝土；且前者的實(shí)體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)值高于后者強(qiáng)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較好，抗裂等級(jí)均為V級(jí)；兩者各齡期的徐變值均處在同一數(shù)量級(jí)。

（4）細(xì)骨料采用混合砂可以配制出性能良好，且滿足設(shè)計(jì)要求的箱梁混凝土，在該試驗(yàn)條件下，所配制的C55箱梁混合砂混凝土比天然中砂混凝土單方成本降低10%。

（5）綜合混凝土的技術(shù)性能及經(jīng)濟(jì)效益來看，該工程涉及的C55箱梁混凝土配合比宜選用混合砂混凝土的配合比。

[1]張哲威，李青寧.現(xiàn)代城市橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展[J].中外公路，2008，28（2）：97-101.

[2]向中富.重慶橋梁建設(shè)水平及橋梁特色研究[J].重慶建筑，2007（4）：8-11.

[3]郭金瓊.箱形梁設(shè)計(jì)理論[M].北京：人民交通出版社，1991：1-4.

[4]姜福香.橋梁工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：189-190.

[5]馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京：人民交通出版社，2001：12-16.

[6]夏京亮，李北星，柯國(guó)炬，等.C55大跨箱梁混凝土配合比設(shè)計(jì)與抗裂評(píng)估[J].建材世界，2009，30（3）：21-24.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

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

張志新（1970-），男，河北石家莊人，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事公路工程建設(shè)與管理工作。

彭龍輝（1983-），男，湖南婁底人，本科，高級(jí)工程師，主要從事公路工程建設(shè)與管理工作。

陳勇（1990-），男，四川資陽(yáng)人，研究生，主要從事建設(shè)工程質(zhì)量和安全監(jiān)督工作。