裝配式箱梁高強混凝土配合比設(shè)計與應(yīng)用

姚洪波

（商丘師范學(xué)院，河南 商丘476000）

裝配式箱梁有優(yōu)良的力學(xué)特性，具有較大的剛度和強大的抗扭性能，整體性好，預(yù)制簡單方便，施工速度快，截面也不是很寬，非常適合鐵路橋。近年來，大型鐵路橋梁使用預(yù)應(yīng)力裝配式箱梁的數(shù)量迅速增加，尤其是我國正積極發(fā)展的高速鐵路橋梁絕大多數(shù)都在采用預(yù)應(yīng)力裝配式箱梁。而高強混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性，在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用[1]。

由于需要考慮降低高強混凝土的水化熱影響，保證施工質(zhì)量，一般的C60 以上的高強混凝土箱梁使用的配合比都需要采用實驗來配置出合適的混凝土配合比。

1 工程概況

山東某鐵路特大橋灘地鐵路引橋采用的40M 箱梁均位于直線上，梁設(shè)計長度40.6M，梁頂寬3.9M，頂面沿箱梁中心線兩邊各設(shè)置170：5 排水坡，擋碴墻高0.3M。箱梁高2.8M，距跨中腹板最薄處為0.18M，距支點0.3M處腹板變厚為0.44M。該箱梁在每支點處各設(shè)一道隔板，隔板厚度為0.6M。單片梁混凝土方量為102.7M3，吊裝重量270t。箱梁的結(jié)構(gòu)如圖1-3。

圖1 箱梁跨中結(jié)構(gòu)橫截面圖

圖2 箱梁端部結(jié)構(gòu)橫截面圖

圖3 40m 箱梁半邊尺寸示意圖

箱梁混凝土標號為C60，為確保高強混凝土施工質(zhì)量，保證連續(xù)施工，混凝土采用自建混凝土攪拌站生產(chǎn)，混凝土罐車運輸至箱梁預(yù)制場。

2 混凝土施工技術(shù)要求與特點

根據(jù)《鐵路橋涵施工規(guī)范》及設(shè)計文件要求，結(jié)合實際施工的需要，擬設(shè)計混凝土為C60 混凝土，3d 強度應(yīng)達設(shè)計強度的85%以上，10d 強度大于等于60Mpa；現(xiàn)場初凝時間大于12h；坍落度在190-220mm 之間。

高強混凝土為保證強度，配合比重的水泥用量較大，在硬化過程中，水泥水化會引起體積收縮，水化放熱量大, 容易出現(xiàn)內(nèi)外溫差大，溫度收縮應(yīng)力大，因此要避免出現(xiàn)箱梁收縮和溫度裂縫。由于礦物摻和料和化學(xué)外加劑的應(yīng)用，增加了混凝土拌合物的組分和影響配合比的因素，對配合比設(shè)計帶來了一定難度[2]。

3 原材料的選擇

3.1 水泥：原材料優(yōu)先采用標號為525 硅酸鹽II 型的優(yōu)質(zhì)水泥，活性不宜低于58MPa。工程項目部按橋梁施工規(guī)范和各項技術(shù)的具體要求，在市場上考察了山東本地多個水泥品牌，從中采用了濟南山水525 水泥、山東莒州525 水泥以及淄博山鋁525 水泥三種進行水泥技術(shù)性能指標試驗比選。最終選定了大品牌的濟南山水525 水泥，該品牌水泥具有質(zhì)量穩(wěn)定、細度小、堿含量小和早期強度高的優(yōu)點，符合箱梁高強混凝土的技術(shù)指標。

3.2 骨料：高強混凝土的粗骨料宜選用致密堅硬的碎石，含泥量宜∠0.5%，針片狀顆粒含量∠5.0%，壓碎指標∠12.0%。聯(lián)系大橋結(jié)構(gòu)，40M箱梁腹板厚度最薄處只有18CM，鋼筋凈保護層僅為2.5CM，這就要求施工用碎石級配連續(xù)且粒徑不大于2CM。經(jīng)過比選，有嚴格過程監(jiān)督控制的青州5-20MM連續(xù)級配碎石，由粒徑為5-10MM 和10-20MM 兩種規(guī)格按質(zhì)量20%：80%的摻配率合成。壓碎值為9.0%，含泥量0.3%，針片狀顆粒含量2.8%。結(jié)合本工程的具體情況，細骨料選用優(yōu)質(zhì)的濰坊中砂，細度模數(shù)2.8，含泥量∠1.6%，空隙率∠45。

在施工前對進場的骨料要按批檢驗細骨料的級配、密度、含泥量以及粗骨料的針片狀顆粒含量、密度、壓碎值、含泥量等指標，符合要求才能使用。

3.3 外加劑：項目部優(yōu)選UNE-3C 氨基磺酸加萘系復(fù)配減水劑，復(fù)配后的高效減水劑具有摻量小、減水效果好、混凝土坍落度損失小和流動度大的特點。

3.4 水：采用生活用水來作為生產(chǎn)用水，水是地下井水，水質(zhì)良好。

3.5 摻加料：采用的是山東萊鋼的礦渣超細粉。礦渣超細粉有較好的活性和增強作用，活性礦粉材料取代了部分水泥可以降低水化熱，減少溫差裂縫；改善增強C60 混凝土的流動性和工作性；還有降低施工成本等作用。

4 配合比選定

4.1 基準配合比選定

4.1.1 計算試配強度fcu,o，fcu,o=60+1.645×6=69.9Mpa；

4.1.2 計算水灰比：W/C=(aa.fce)/(fcu,o+aa.ab.fce)=(0.46×52.5)/(69.9+0.46×0.07×52.5)=0.34，先暫取水灰比為0.30。

4.1.3 選取用水量：依據(jù)規(guī)范和設(shè)計的要求，確定每立方米混凝土的用水量W0=250Kg/m3。

4.1.4 摻加外加劑后的每立方米混凝土的用水量（W）,摻量1.4%,減水率29%。

W=W0（1-β）=250×（1-0.29）=177 Kg/m3。

4.1.5 確定水泥用量（C）：C=177÷0.30=590 Kg/m3。

4.1.6 摻加礦渣超細粉等量替代水泥15.7%，礦渣超細粉的用量（FA）=590×15.7%=93 Kg/m3。

4.1.7 摻加礦渣超細粉后水泥用量C0=590-93=497 Kg/m3。

4.1.8 砂率的確定（SP）：砂率取33%。

4.1.9 每立方砼砂的用量（S）：采用假定容重法，砼的容重取2460 Kg/m3，

則S=（2460-590-177）×33%=558 Kg/m3。

4.1.10 每立方碎石的用量（G）：G=2460-590-177-558=1134 Kg/m3。

4.1.11 計算得到的配合比

?

4.2 再使用水灰比0.31、0.32、0.29 分別做配合比

水灰比images/BZ_133_266_2453_279_2480.png 名稱images/BZ_133_415_2453_428_2480.png 水泥images/BZ_133_551_2434_564_2461.png(C ?）images/BZ_133_556_2473_569_2500.png礦渣images/BZ_133_692_2434_705_2461.png超images/BZ_133_636_2473_649_2500.png細images/BZ_133_677_2473_690_2500.png粉images/BZ_133_718_2473_731_2500.png砂images/BZ_133_825_2434_838_2461.png(S）images/BZ_133_846_2473_859_2500.png碎石images/BZ_133_961_2434_974_2461.png(G）images/BZ_133_969_2473_982_2500.png水images/BZ_133_1074_2434_1087_2461.png(W）images/BZ_133_1094_2473_1107_2500.png 外加劑images/BZ_133_1228_2453_1241_2480.png0.31images/BZ_133_225_2512_238_2539.png 質(zhì)量比images/BZ_133_392_2512_405_2539.png 1images/BZ_133_507_2512_520_2539.png 0.188images/BZ_133_651_2512_664_2539.png 0.99images/BZ_133_825_2512_838_2539.png 2.01images/BZ_133_936_2512_949_2539.png 0.31images/BZ_133_1069_2512_1082_2539.png 0.014images/BZ_133_1199_2512_1212_2539.png0.31images/BZ_133_225_2551_238_2578.png 每立方用量images/BZ_133_446_2551_459_2578.png 480images/BZ_133_536_2551_549_2578.png 90images/BZ_133_610_2551_623_2578.png 565images/BZ_133_812_2551_825_2578.png 1147images/BZ_133_936_2551_949_2578.png 177images/BZ_133_1055_2551_1068_2578.png 7.98images/BZ_133_1186_2551_1199_2578.png0.32images/BZ_133_225_2590_238_2617.png 每立方用量images/BZ_133_446_2590_459_2617.png 553images/BZ_133_536_2590_549_2617.png 87images/BZ_133_610_2590_623_2617.png 542images/BZ_133_812_2590_825_2617.png 1188images/BZ_133_936_2590_949_2617.png 177images/BZ_133_1055_2590_1068_2617.png 7.74images/BZ_133_1186_2590_1199_2617.png0.29images/BZ_133_225_2627_238_2654.png 每立方用量images/BZ_133_446_2627_459_2654.png 514images/BZ_133_536_2627_549_2654.png 96images/BZ_133_610_2627_623_2654.png 552images/BZ_133_812_2627_825_2654.png 1116images/BZ_133_936_2627_949_2654.png 177images/BZ_133_1055_2627_1068_2654.png 8.54images/BZ_133_1186_2627_1199_2654.png

4.3 理論配合比選定

各不同水灰比的混凝土的各齡期強度匯總?cè)缦?

各齡期抗壓強度水灰比images/BZ_133_466_2873_480_2901.png 3d（Mpa）images/BZ_133_684_2873_698_2901.png 7d（Mpa）images/BZ_133_951_2873_965_2901.png 28d（Mpa）images/BZ_133_1197_2873_1211_2901.png0.29images/BZ_133_320_2930_334_2958.png 53.5images/BZ_133_664_2930_678_2958.png 62.2images/BZ_133_930_2930_944_2958.png 73.9images/BZ_133_1171_2930_1185_2958.png0.3images/BZ_133_307_2971_321_2999.png 55.8images/BZ_133_664_2971_678_2999.png 62.8images/BZ_133_930_2971_944_2999.png 75.7images/BZ_133_1171_2971_1185_2999.png0.31images/BZ_133_320_3017_334_3045.png 57.0images/BZ_133_664_3017_678_3045.png 63.6images/BZ_133_930_3017_944_3045.png 79.3images/BZ_133_1171_3017_1185_3045.png0.32images/BZ_133_320_3061_332_3086.png 57.9images/BZ_133_661_3061_673_3086.png 64.4images/BZ_133_930_3061_942_3086.png 82.6images/BZ_133_1168_3061_1181_3086.png

從上表的不同水灰比配合比的試驗結(jié)果可以看出: 各齡期的高強混凝土3d 抗壓強度均在53MPa 以上，28d 抗壓強度均在73MPa 以上；而7d 抗壓強度均在62MPa 以上，7d 彈性模量均大于 3.6*104MPa 混凝土；7d 抗壓強度已經(jīng)達到設(shè)計強度的100%，滿足了預(yù)應(yīng)力張拉的強度要求,符合規(guī)范和設(shè)計標準。

根據(jù)各齡期的抗壓強度，依據(jù)施工現(xiàn)場的施工條件和一定的安全系數(shù)，同時為了節(jié)省材料用量，最終確定C60 高強混凝土的理論配合比的水灰比為0.30。

4.4 坍落度的確定

經(jīng)抽樣測定，初始坍落度為200～220 MM，15min 時為170～190MM，30min 時為130～150MM，能夠滿足混凝土澆筑施工要求。因此從出料到入模時間間隔控制在30min 以內(nèi)，為避免坍落度損失過大，施工中采取了以下措施：

a.混凝土出料后要求在20min 內(nèi)用完。

b.高強混凝土安排在夜晚或溫度較低時施工。

5 結(jié)論

經(jīng)過工地實驗和施工實際應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)在裝配式箱梁高強混凝土施工配置配合比時，應(yīng)當緊密結(jié)合工程項目的實際情況，注意就地取材，充分考慮原材料的質(zhì)量特性，通過不同的水灰比實驗，采用低水灰比，摻加適量的高效減水劑和礦粉來得到合適的配合比。