C50机制砂高性能混凝土T梁张拉可靠性研究

文摘 2025-01-07 07:06 河南

0引言

沈海复线高速公路莆田段A4全长6.5km，混凝土工程量近25万m³，其中机制砂用量大约10万t，合同价5.0亿元。共有5座特大桥，T梁长度有25m、30m、40m三种，共计1225片。

公路桥涵施工技术规范(JTG／TF50-2011)要求后张法预应力筋的张拉和锚固应符合下列规定：张拉时结构或构件混凝土强度、弹性模量(或龄期)应符合设计规定；设计未规定，则混凝土强度应不低于设计强度等级的80%，弹性模量应不低于混凝土28d弹性模量的80%。

该工程设计文件要求：预制T梁预应力束必须待混凝土立方体强度达到混凝土强度设计等级的90%后，且混凝土龄期不小于10d时，方可张拉，并及时压浆。

结合《机制砂在高性能混凝土中的应用》课题研究，对T梁的抗压强度和弹性模量进行大量的试验分析、归纳总结，合理给定混凝土预应力束的张拉龄期，以利于工程建设进度要求。

1原材料检测及混凝土配合比设计

1.1水泥

采用某品牌的P·O52.5水泥，其物理力学性能检测结果见表1。由表1可知：该水泥的物理力学性能符合要求。

1.2粉煤灰、矿粉

采用某建材公司生产的工级粉煤灰，矿粉使用S95矿粉，粉煤灰和矿粉的质量均符合试验要求。

1.3细骨料

C50T梁高性能混凝土使用的细骨料为本标段破碎场的机制砂，其物理力学性能及颗粒分析试验结果见表2，颗粒级配曲线见图1。

1.4粗骨料

C50T梁高性能混凝土采用的粗骨料为本标段见图2。

1.5外加剂

C50T梁高性能混凝土外加剂采用KDSP-1聚破碎场生产的4.75～19mm二级配碎石，级配曲线羧酸高性能减水剂。

1.6高性能混凝土配合比设计思路

在C50天然砂混凝土(不掺掺和料)的基础上，C50机制砂高性能混凝土配合比设计充分考虑水胶比、用水量、胶凝材料用量、砂率、外掺料等因素，采用机制砂替代天然砂作为混凝土细骨料。

掺入粉煤灰和矿粉，这两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加，形成“工作性能互补效应”和“强度互补效应”，使混凝土具有良好的抗渗性和可泵性。由于粉煤灰的火山灰效应滞后以及水泥熟料的水化，导致与未反应的粉煤灰之间界面粘结不牢，从而引起早期强度损失。矿粉的添加弥补了混凝土早期强度不足，保证早期强度；而Ⅰ级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的内核作用，可使混凝土后期强度得到持续提高。

通过试拌、调整，设计出符合拌和物性能及满足混凝土硬化物强度、弹性模量、抗渗性能要求的机制砂高性能混凝土配合比。

C50T梁高性能混凝土配合比为水泥:水:机制砂:碎石:矿粉:粉煤灰:外加剂=329:160:698:1092:94:47:6.11。

2抗压弹性模量的研究

2.1弹性模量试验

梁片预制初期，选择一家信誉较好的甲级检测单位，对C50机制砂高性能混凝土T梁的抗压弹性模量进行试验。所有试块都是现场同条件养生，抗压弹性模量结果见表3。

2.2建立回归曲线

机制砂高性能混凝土的龄期与抗压弹性模量、轴心抗压强度关系回归曲线如图3、4所示，抗压弹性模量与轴心抗压强度的关系曲线见图5。

2.3 T梁7d抗压弹性模量

2012年1月份月平均气温在5℃～6℃，最低气温－2℃，有霜冻，偶尔有降雪，A4标段预制T梁混凝土强度和弹性模量增长速度十分缓慢。从现场试验统计得出T梁的7d立方体抗压强度最小值为45.8MPa。根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中规定，算得对应的轴心抗压强度为29.6MPa，依照图5轴心抗压强度与抗压弹性模量关系查得，A4标段7d弹性模量最低值为2.84×10⁴MPa，满足规范要求。为了使T梁混凝土7d弹性模量符合规范要求，A4标段在不同季节分别外委三家不同检测单位，检测机制砂C50高性能混凝土同条件养生试件的弹性模量。所测的7d弹性模量值都满足规范中“弹性模量应不低于混凝土28d弹性模量的80%”的要求(图6)。

3 C50T梁高性能混凝土的7d抗压强度研究

图7为A4标段T梁的7d抗压强度分布情况。从图7可以看出，A4标段T梁2012年1月份的7d抗压强度分布符合正态分布。

由图7数据统计分析得出：A4标段T梁混凝土7d强度大于设计强度的90%(即45MPa)，保证率为99.99997%。

从A4标段2012年1月份的预制T梁7d强度统计结果可以看出，在平均气温最低、混凝土强度增长速度最为缓慢的月份，T梁的7d抗压强度满足设计要求。

4现场施工控制

根据上述试验结果，高性能混凝土T梁7d抗压强度及抗压弹性模量均符合设计及规范要求，即7d的抗压强度均超过设计强度的90%(即45MPa)；7d的抗压弹性模量也均超过规范要求的80%(即2.76×10⁴MPa)。

考虑到T梁预制模板的周转时间、预制梁场的建设规模以及工期因素，经过前期预制场的试验总结并参照以往施工经验，有关参建各方商定T梁张拉时混凝土龄期不少于7d，同条件养生的混凝土立方体试块7d的抗压强度必须达到设计强度的90%(45MPa)以上。

5T梁上拱度实测值与理论值比较

A4标段内25m、40ITIT梁预制场底座设置的反拱数值分别为15mm、25mm。T梁混凝土张拉时间控制龄期不少于7天，2012年9月20日至2013年3月21日期间对张拉以后的T梁起拱度进行测量，统计偏差，T梁张拉后的上拱度设计值见表4。

5.1 A4标段的25mT梁

A4标段25mT梁起拱度检测结果按梁位置进行分类，将起拱度偏差百分比绝对值分为<5%、5%～10%、10%～15%、15%～20%和>20%5个范围，并对各范围偏差所占比例进行统计分析，结果如图8所示。

分析图8可以得出：起拱度偏差小于15%的梁占总数的比例超过85%，因此实际与理论起拱度误差主要集中在0～15%内，最大误差在边跨边梁，差值为－8.7mm(－32.2%)。

5.2 A4标段的40mT梁

A4标段40mT梁起拱度检测结果按梁位置进行分类，将起拱度偏差百分比绝对值分为<5%、5%～10%、10%～15%、15%～20%和>20%5个范围，并对各范围偏差所占比例进行统计分析。由于中跨中梁实测拱度与理论值偏差较大，对其单独进行分析。其他三类梁片起拱度偏差百分比绝对值汇总结果如图9所示，最大误差是中跨边梁，误差为4.2mm(21.65%)。

观察图9可以看出：偏差主要集中在5%～20%这个范围内，超过总梁数的80%。中跨中梁起拱度检测统计结果见图10。从图10可得出：实际拱度值偏大，有近50的梁偏差超过理论值的20%。

5.3结果分析

图8～10的分析结果表明，利用机制砂混凝土预制跨径为25m的T梁，其预应力束张拉后上拱度值与理论值比较吻合；40mT梁边跨边梁、边跨中梁以及中跨边梁预应力束张拉后上拱度值与理论值也比较吻合；但是40mT梁中跨中梁实测拱度值与理论值相比都偏大，实测拱度值超过理论值8.1mm，实测值大于理论值约20%左右，最大差值达到51.92%。25m、40mT梁机制砂高性能混凝土在龄期7d预应力张拉后，梁片实测的起拱值与设计理论值的偏差均不超过设计要求值(10mm)，T梁7d张拉后起拱度符合设计要求。桥面铺装施工之前，全桥T梁拱度控制效果良好。

6结语

沈海复线高速公路莆田段A4标段C50机制砂高性能混凝土T梁7d龄期张拉，混凝土强度、弹性模量均能够达到设计和规范要求，同时有利于T梁底座周转，减少投入，节约成本，保证施工工期。

砼话

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