大吨位预制箱梁混凝土配合比试验研究

王军 管昱华

中铁二局集团新运工程有限公司（610031）

大吨位预制箱梁混凝土配合比试验研究

王军 管昱华

中铁二局集团新运工程有限公司（610031）

依托余慈高速公路项目，结合大吨位预制箱梁混凝土施工特点，开展混凝土配合比适配、水化热温度测试以及力学性能试验测试等研究，优化混凝土配合比，保证施工质量。

大吨位；预制箱梁；水化热；配合比；力学性能

0 引言

近年来,大吨位预制箱梁以其结构刚度大、整体性好、工程质量可控及快速施工等技术特点在高速公路的建设中得到了较为广泛的应用。但是大吨位预制箱梁截面尺寸大，水泥用量多，容易导致混凝土温度过高，箱内外温差较大，从而产生早期裂缝，影响结构的可靠性和耐久性[1-3]。

余慈高速公路项目除部分采用现浇整体箱梁外，大部分采用了工厂化分幅集中预制箱梁、梁上运梁、整孔架设的技术方案。预制箱梁主要包括35 m、32.5m、30m、27.5m四种标准跨径，共774片。其中35m预制箱梁如图1所示。

1 试验概况

1.1 原材料性能

水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用F类Ⅱ级及以上粉煤灰，矿渣粉采用S95级磨细矿渣粉，外加剂采用聚羧酸系高效减水剂ART-JR，细骨料采用天然河砂（中砂），粗骨料采用碎石。水泥、粉煤灰、矿渣粉、砂、石和减水剂等原材料进场后，均进行了委外检测，各项性能指标均符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）的相应规定[4]。

1.2 试验内容

根据预制箱梁施工特点及相关要求，结合室内试验，优选出两组新配合比方案。为了验证配合比优化后的混凝土各项性能，开展抗压强度、水化热及抗裂性等相关工艺试验。每个配合比混凝土各预留抗压强度试件7组、弹模试件2组、抗裂试件1组,分别同条件下养护和标准条件下养护至试验龄期。同时制作2个1.1m×1.1m×2m混凝土试块进行早期水化热温度测试。

1.3 混凝土配合比设计

混凝土配合比在室内试验的基础上，结合施工经验，进行了初步比选，优选出的两种配合比见表1[5]。拌合站开盘前，按规定要求对现场砂、石进行了含水率测试。在混凝土搅拌过程中，根据混凝土坍落度、和易性情况对用水量作适当调整，使混凝土的出机坍落度尽可能控制在160～200mm,入模坍落度控制在140～180mm。

表1 混凝土配合比设计(kg/m3)

图1 35m预制箱梁立剖图

图2 混凝土水化热温度测点布置

2 试验结果分析

2.1 混凝土拌合物性能测试

混凝土采用一台180型强制式搅拌机拌合。混凝土拌制过程中，观察到搅拌机搅拌至80～90s，搅拌电流稳定在28～30A范围内，说明机内混凝土已基本搅拌均匀，因此，实际施工混凝土搅拌时间定为90～120s能够满足现场施工要求。

工艺试验混凝土拌合物性能试验结果见表2。其中初始坍落度和含气量在混凝土出机后5min内测试完成，30min坍落度和泌水率在混凝土出机静置30min后测试。现场观测混凝土拌合物色泽一致、均匀、和易性良好，说明优化后的配合比较合适。

表2 混凝土拌合物性能指标

从混凝土拌合物性能指标测试结果可以看出，两种配合比混凝土初始坍落度均在160～200mm，优化前的混凝土30min坍落度经时损失为25 mm，优化后的混凝土30min坍落度经时损失为15 mm，均未超过30mm/0.5h的范围。混凝土拌合物的含气量分别为2.1%和2.2%，满足规范2%～4%的控制要求，因此，所选择的配合比混凝土的拌合物性能均满足施工需要，符合规范要求。

2.2 混凝土水化热温度测试

混凝土水化热温度测点布置见图2。经现场测试，出机温度均在30℃左右。

图3 混凝土（A01）6月20日温度实测数据

图4 混凝土（A01）6月21日温度实测数据

图5 混凝土（A02）6月20日温度实测数据

图6 混凝土（A02）6月21日温度实测数据

从温度实测数据可以看出，配合比A01配置的混凝土16～18h芯部温度达到峰值，最高温度约74℃,芯部和中部、中部和表层混凝土温差均小于15℃,靠近表层混凝土(5cm)与表面混凝土温差相对较大，为24～28℃。

优化后的配合比A02配置的混凝土芯部经过29～31h达到峰值，最高温度为65℃左右,芯部和中部、中部和表层混凝土温差均小于15℃,靠近表层混凝土(5cm)与表面混凝土温差为13～18℃，温差相对较小，满足温差控制要求。

2.3 混凝土力学性能测试

表3给出了两种配合比混凝土抗压强度在标准养护条件下和试验条件下随时间变化规律及28 d弹性模量，具体变化曲线见图7和图8。

表3 混凝土力学性能指标

从表3和图7、图8可以看出，标准养护下28 d强度达到66.2MPa和70.5MPa,达到设计要求。工艺试验混凝土龄期相对较短，未到28d，但混凝土强度已达到设计要求。此外，两种配合比混凝土弹性模量也满足施工要求。

图7 A01同条件和标准养护下强度变化

图8 A02同条件和标准养护下强度变化

在混凝土抗裂性能工艺试验中，每组抗裂试验制作试件3个，经观察，均未发现有裂纹出现。模板拆除后，混凝土外观光滑，表面无气泡，未出现开裂等情况。

3 结论

按照优化后的两种配合比配制的混凝土拌合物坍落度、含气量、泌水率等指标均满足现场施工和规范要求。混凝土强度增长较快，有利于预制箱梁预张、脱模等工艺要求。其中，A02配合比混凝土的早期水化热温度上升更为缓慢，温度峰值及内表面温差相对较小，故选择A02配合比作为最终生产配合比较为合适。

[1]张克胜.土木建筑工程中大体积混凝土结构的施工技术分析[J].建筑与文化,2012(05).

[2]何星华,高小旺.建筑工程裂缝防治指南[M].中国建筑工业出版社,2005(10):10-13.

[3]袁勇.混凝土结构早期裂缝控制[M],科学出版社,2004.

[4]JTG/TF50-2011.公路桥涵施工技术规范[S].

[5]GTG55-2011.普通混凝土配合比设计规程[S].