预应力箱梁C50混凝土配合比研究与应用

文摘 2024-12-09 07:02 河南

0引言

在桥梁工程中，预应力箱梁是整座桥梁工程的核心部位，其浇筑质量是否合格.拆模效果是否完美将直接决定整个工程的形象和质量。因此，预应力箱梁混凝土在设计、配制、浇筑各个环节都应该按高标准严格要求，确保混凝土各方面的性能满足设计需求

1工程概况

平安大桥项目位于江西省赣州市蓉江新区，全长812m，采用双层桥设计，其第一、三、五、八联箱梁采用预应力混凝土现浇箱梁结构，每一联预应力混凝土现浇箱梁跨径30～35m，梁高2m，箱梁顶宽23.5m，悬臂长1.1m，单箱三～五室，顶板厚0.25m;底板厚0.25～0.4m，腹板厚0.4～0.6m，中横梁宽度2m;边横梁宽度1.2m。箱梁全部采用C50预应力混凝土，单次浇筑方量约为2000m'，要求现场结构完成浇筑后7d内达到设让强度90%，再进行预应力张拉。

由于该工程箱梁的混凝土单次浇筑方量较大，强度增长速度要求快，箱梁成型后表观质量要求高，对混凝土的强度、含气量、施工性能以及施工组织水平提出了较高的要求。因此，混凝土生产企业把混凝土生产配合比试验、生产过程控制以及施工现场混凝土的质量控制作为本项目施工主控环节。

该项目指定原配合比如表1所示。

由上表可见，该项目原指定配合比胶凝材料总量为643kg/m^{3，其中水泥用量高达450kg/m}³，使得总成本过高。另一方面，过高的水泥用量加大了混凝土前期水化热的产生速度，将进一步加大混凝土的收缩，不利于箱梁构件的裂缝控制。此外，在如此低的水胶比下，过高的胶凝材料总量，会导致混凝土拌和物流动性差，势必影响成型后的表观质量。因此，综合考虑，有必要对该部位配合比进行优化设计。

2原材料选用

2.1胶凝材料

原配合比中选用的是P-042.5水泥，单位水泥用量过高，通过试验调研综合对比后，决定改用质量更为稳定的万年青P·O52.5普通硅酸盐水泥，其物理性能见表2。

粉煤灰：选用吉安华能电厂II级粉煤灰，细度为45|im方孔筛筛余20.3%，需水量比98%，烧失量5.3%.

2.2骨料

碎石：5～25mm连续级配，堆积密度1570kg/m^{3，表观密度2740kg/m}³，空隙率43%，压碎值9.2%。

机制砂：堆积密度1720kg/m^{3，表观密度266()kg/m}³，空隙率35%，MB值1.0，石粉含量2.5，细度模数2.1。

河砂：堆积密度1650kg/m^{3，表观密度265()kg/m}³，空隙率34%，含泥量1.0%，细度模数3.2。

2.3外加剂

混凝土减水剂是确保混凝土高强度增长、低含气量、长经时损火以及和易性是否满足施工要求的关键。拟采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、IV、V共5个品种的聚竣酸高性能减水剂。

3配合比设计

3.1配合比设计原则

该桥梁工程箱梁混凝上配合比设计根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、JTGTF50-2011《公路桥涵施工技术规范》和GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》进行，结合工程特点和施工要求，混凝土初凝时间需控制在8～10h，现场混凝土坍落度应控制在180～220mm之间，倒坍流空时间应控制在10s以内，混凝土出厂后3h内无明显经时损失，含气量应≤2%，混凝土7d同条件养护强度应达到设让强度的90%。

3.2配合比设计试验

3.2.1确定混合砂比例

细骨料方面，考虑到当地河砂细度模数普遍较大的特点，选用细度较小的机制砂搭配河砂生产为了确定最终比例，分别选取河砂与机制砂比例为5:55，6:64.7:73.8:82四种，对混合砂细度、级配进行检测，检测结果如表3所示。

根据以往工程经验，在配置泵送混凝土时，宜选用n区中砂，仕当配置高强度混凝上时，为改善混凝土的流动性，应适当提高细骨料的细度。本次工程箱梁C50混凝上所需细骨料的细度应控制在2.8-3.0之间。根据检测结果，最终选取混合砂细度为2.9，将河砂与机制砂的最终比例确定为7:73。

3.2.2初步确定配合比

配合比根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、JTGTF50-2011《公路桥涵施工技术规范》设计该桥梁工程预应力箱梁混凝土配合比，设计容重2410kg/m³初步确定优化后配合比如表4所示：

3.2.3外加剂适应性试验

外加剂的适应性验证是本次呢合比设计试验的关键环节，选取了5个质量较好的外加剂品种进行对比验证，试验中对参与验证的每种减水剂按标准逐一进行试验，其试验结果见表5。

试验从倒坍流空时间、坍落度损失、凝结时间、含气量及强度仁个方面进行性能评定，试验结果显示，使用品种V配置的混凝上和易性较好，黏度适中，3h内坍落度基本无损失，混凝1:含气量满足小于2%的要求，且混凝土的初凝时间和强度增长率均符合要求。因此，将品种V聚竣酸高性能减水剂确定为般终减水剂品种。

4基准配合比确定及试配验证

在确定了外加剂品种以及混合砂比例之后，平安大桥箱梁C50混凝上的基准配合比也已基本确定，为确保配合比可靠性，混凝上企业在施工开始前先后进行了三轮试配验证，其各项指标验证情况如表6所示。

根据多次试配验证的结果得出：该配合比混凝七在抗压强度、坍落度经时损失、初凝时间、含气量以及和易性等方面均满足施工要求。

5施工过程控制及结果分析

施工过程中，为了确保浇筑质量，浇筑时根据箱梁不同的浇筑部位，针对性地制定了现场坍落度控制原则。对于箱梁底板混凝土，施工现场坍落度控制在200～220mm范围；対于箱梁中腹板混凝上，坍落度控制在160～200mm范围；对于箱梁顶板混凝t，坍落度控制为180～220mm范围。

通过合理的配合比设讣，严格控制进场原材料质最以及出站混凝土的质量稳定性，施工现场密切配合，平安大桥C50预应力箱梁混凝七成功浇筑完毕。

整个施工过程中，在施工现场先后进行了20次取样观察，分別对混凝上拌和物的坍落度、倒坍流空时间、初凝时间、含气量、7d同条件养护试块强度和28d标准养护试块强度进行检测。其屮混凝土拌和物的坍落度检测结果如图1所示。

结果显示，施工现场混凝土拌和物坍落度最大值为200mm，最小值为185mm，坍落度稳定在180～200mm的范围内，符合设计要求。

对高强度等级的混凝土而言，其倒坍排空时间比扩展度更能直观的反应出混凝土的流动性，本次预应力箱梁C50混凝土的现场倒坍排空时间检测结果如图2所示。

倒坍排空时间最大值为9.8s，最小值为7.4s，平均值为8.6s，证明所有混凝土的倒坍时间均控制在10s以内，稳定、优良的混凝土和易性确保了整个浇筑过程的顺利进行，未发生堵泵的现象。

混凝土的含气量检测结果如图3所示：

结果显示，浇筑现场混凝土的含气量最大值为1.8%，最小值为1.0%，平均值为1.4%，所有检测值均小于2%，符合设计要求。

混凝土的初凝时间检测在混凝土生产企业内部实验室进行，其检测结果如图4所示：

该项目混凝土的初凝时间目标值为8～10h，检测结果最小值为9h，最大值为10h，平均值为9.5h，初凝时间控制较为稳定，满足现场施工需求。

在施工现场进行了同条件试块的成型养护工作，检测了抗压强度，结果如图5所示：

20组检测结果显示，7d同条件试块强度最大值为53.1MPa，最小值为49.6MPa，平均值为51.2MPa，所有试块强度均达到设计值的90%以上，满足预应力张拉需求。

28d标准养护试块强度的检测记录如图6所示：

其强度最大值为64.7MPa，最小值为59.4MPa，平均值为61.7MPa，28d强度合格率100%。混凝土统计强度标准差为1.4MPa，按照GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》进行强度评定，结果合格。

综上所述，经过配合比优化设计之后的箱梁预应力C50混凝土各项性能指标均满足施工与设计要求，且拆模后混凝土表观质量良好，无明显气泡等缺陷。

6结论

(1)通过优选原材料、优化配合比，并采用高性能聚竣酸减水剂，可配制出倒坍流空时间10s以内，出机3h后无明显坍落度损失，含气量小于2%，初凝时间在8～10h之间，表观质量满足清水混凝土要求的箱梁混凝土。

(2)通过合理的选用生产配合比，有效控制进场原材料以及出站混凝土的质量，该工程C50预应力混凝土同条件养护试块7d抗压强度平均值为53.1MPa，超过设计值的90%，满足预应力张拉需求；28d抗压强度均值为61.5MPa，标准差为1.4，且各项性能均满足施工要求。

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