大噸位預制箱梁混凝土配合比試驗研究

王軍 管昱華

中鐵二局集團新運工程有限公司（610031）

大噸位預制箱梁混凝土配合比試驗研究

王軍 管昱華

中鐵二局集團新運工程有限公司（610031）

依托余慈高速公路項目，結合大噸位預制箱梁混凝土施工特點，開展混凝土配合比適配、水化熱溫度測試以及力學性能試驗測試等研究，優化混凝土配合比，保證施工質量。

大噸位；預制箱梁；水化熱；配合比；力學性能

0 引言

近年來,大噸位預制箱梁以其結構剛度大、整體性好、工程質量可控及快速施工等技術特點在高速公路的建設中得到了較為廣泛的應用。但是大噸位預制箱梁截面尺寸大，水泥用量多，容易導致混凝土溫度過高，箱內外溫差較大，從而產生早期裂縫，影響結構的可靠性和耐久性[1-3]。

余慈高速公路項目除部分采用現澆整體箱梁外，大部分采用了工廠化分幅集中預制箱梁、梁上運梁、整孔架設的技術方案。預制箱梁主要包括35 m、32.5m、30m、27.5m四種標準跨徑，共774片。其中35m預制箱梁如圖1所示。

1 試驗概況

1.1 原材料性能

水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用F類Ⅱ級及以上粉煤灰，礦渣粉采用S95級磨細礦渣粉，外加劑采用聚羧酸系高效減水劑ART-JR，細骨料采用天然河砂（中砂），粗骨料采用碎石。水泥、粉煤灰、礦渣粉、砂、石和減水劑等原材料進場后，均進行了委外檢測，各項性能指標均符合《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011）的相應規定[4]。

1.2 試驗內容

根據預制箱梁施工特點及相關要求，結合室內試驗，優選出兩組新配合比方案。為了驗證配合比優化后的混凝土各項性能，開展抗壓強度、水化熱及抗裂性等相關工藝試驗。每個配合比混凝土各預留抗壓強度試件7組、彈模試件2組、抗裂試件1組,分別同條件下養護和標準條件下養護至試驗齡期。同時制作2個1.1m×1.1m×2m混凝土試塊進行早期水化熱溫度測試。

1.3 混凝土配合比設計

混凝土配合比在室內試驗的基礎上，結合施工經驗，進行了初步比選，優選出的兩種配合比見表1[5]。拌合站開盤前，按規定要求對現場砂、石進行了含水率測試。在混凝土攪拌過程中，根據混凝土坍落度、和易性情況對用水量作適當調整，使混凝土的出機坍落度盡可能控制在160～200mm,入模坍落度控制在140～180mm。

表1 混凝土配合比設計(kg/m3)

圖1 35m預制箱梁立剖圖

圖2 混凝土水化熱溫度測點布置

2 試驗結果分析

2.1 混凝土拌合物性能測試

混凝土采用一臺180型強制式攪拌機拌合。混凝土拌制過程中，觀察到攪拌機攪拌至80～90s，攪拌電流穩定在28～30A范圍內，說明機內混凝土已基本攪拌均勻，因此，實際施工混凝土攪拌時間定為90～120s能夠滿足現場施工要求。

工藝試驗混凝土拌合物性能試驗結果見表2。其中初始坍落度和含氣量在混凝土出機后5min內測試完成，30min坍落度和泌水率在混凝土出機靜置30min后測試。現場觀測混凝土拌合物色澤一致、均勻、和易性良好，說明優化后的配合比較合適。

表2 混凝土拌合物性能指標

從混凝土拌合物性能指標測試結果可以看出，兩種配合比混凝土初始坍落度均在160～200mm，優化前的混凝土30min坍落度經時損失為25 mm，優化后的混凝土30min坍落度經時損失為15 mm，均未超過30mm/0.5h的范圍。混凝土拌合物的含氣量分別為2.1%和2.2%，滿足規范2%～4%的控制要求，因此，所選擇的配合比混凝土的拌合物性能均滿足施工需要，符合規范要求。

2.2 混凝土水化熱溫度測試

混凝土水化熱溫度測點布置見圖2。經現場測試，出機溫度均在30℃左右。

圖3 混凝土（A01）6月20日溫度實測數據

圖4 混凝土（A01）6月21日溫度實測數據

圖5 混凝土（A02）6月20日溫度實測數據

圖6 混凝土（A02）6月21日溫度實測數據

從溫度實測數據可以看出，配合比A01配置的混凝土16～18h芯部溫度達到峰值，最高溫度約74℃,芯部和中部、中部和表層混凝土溫差均小于15℃,靠近表層混凝土(5cm)與表面混凝土溫差相對較大，為24～28℃。

優化后的配合比A02配置的混凝土芯部經過29～31h達到峰值，最高溫度為65℃左右,芯部和中部、中部和表層混凝土溫差均小于15℃,靠近表層混凝土(5cm)與表面混凝土溫差為13～18℃，溫差相對較小，滿足溫差控制要求。

2.3 混凝土力學性能測試

表3給出了兩種配合比混凝土抗壓強度在標準養護條件下和試驗條件下隨時間變化規律及28 d彈性模量，具體變化曲線見圖7和圖8。

表3 混凝土力學性能指標

從表3和圖7、圖8可以看出，標準養護下28 d強度達到66.2MPa和70.5MPa,達到設計要求。工藝試驗混凝土齡期相對較短，未到28d，但混凝土強度已達到設計要求。此外，兩種配合比混凝土彈性模量也滿足施工要求。

圖7 A01同條件和標準養護下強度變化

圖8 A02同條件和標準養護下強度變化

在混凝土抗裂性能工藝試驗中，每組抗裂試驗制作試件3個，經觀察，均未發現有裂紋出現。模板拆除后，混凝土外觀光滑，表面無氣泡，未出現開裂等情況。

3 結論

按照優化后的兩種配合比配制的混凝土拌合物坍落度、含氣量、泌水率等指標均滿足現場施工和規范要求。混凝土強度增長較快，有利于預制箱梁預張、脫模等工藝要求。其中，A02配合比混凝土的早期水化熱溫度上升更為緩慢，溫度峰值及內表面溫差相對較小，故選擇A02配合比作為最終生產配合比較為合適。

[1]張克勝.土木建筑工程中大體積混凝土結構的施工技術分析[J].建筑與文化,2012(05).

[2]何星華,高小旺.建筑工程裂縫防治指南[M].中國建筑工業出版社,2005(10):10-13.

[3]袁勇.混凝土結構早期裂縫控制[M],科學出版社,2004.

[4]JTG/TF50-2011.公路橋涵施工技術規范[S].

[5]GTG55-2011.普通混凝土配合比設計規程[S].