贵广怀集制梁场C50梁体混凝土配合比优化设计总结

朱文华

（中国水利水电第十四工程局有限公司勘察设计研究院，云南 昆明 650041）

1 梁场简介

新建贵广铁路工程GGTJ-10标段怀集制梁场位于贵广铁路（GGTJ-10标）栏马特大桥和大村大桥之间（中心里程为DK644+400）的路基右侧坡地上，距怀集县城约28km，距离S349省道约2km，交通便利。场地主要为坡地（甘蔗地）、无房屋拆迁，地势比较平坦，制梁场占地面积约241亩。本制梁场预制箱梁共计924孔，其中整孔箱梁544片（522孔32m、22孔24m ），组合箱梁380片（298片32m、82片24m ）。混凝土设计强度等级为C50，每一片梁的混凝土设计方量约300m3，混凝土具体设计指标见表1。

2 原材料

在混凝土原材料检测的过程中，根据铁路高性能混凝土的要求，对骨料的碱活性，以及其他材料的氯离子和碱含量都进行了检测，满足规范要求后才进行混凝土配合比的配制。

2.1 水泥

水泥采用广西华润P·O42.5，检测结果符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》及GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》。

2.2 粉煤灰

粉煤灰采用湛江电厂，规格为C50及以上，检测结果符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》及GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》。

2.3 骨料

细骨料采用当地的坳仔河砂，规格为中砂；粗骨料采用金丰石场的碎石，规格为5～20mm，粗、细骨料均做了岩相法分析和快速砂浆棒膨胀率检测，均合格，其它指标检测结果均符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》。

2.4 减水剂

减水剂采用深圳市五山建材实业有限公司生产的WS-PC高效减水剂，检测结果符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》及JG/T223-2007《聚羧酸系高性能减水剂》。

2.5 拌合水

混凝土拌合水采用试验室的自来水，检测结果符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》及铁建设【2005】160号《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》。

3 C50混凝土配合比优化设计

在梁体C50高性能混凝土配合比设计过程中，根据混凝土设计指标的要求，展开混凝土施工配合比的设计。根据表1混凝土的主要设计指标，主要考虑以下几个方面的因素：粉煤灰掺量的选择，根据铁路高性能混凝土暂行技术条件规定及其它客运专线桥梁混凝土掺合料掺量的工程实例，掺合料单掺时，掺合料总量不得超过胶凝材料的25%，掺合料双掺时，掺合料总量不得超过胶凝材料的35%；混凝土含气量的控制；混凝土弹模和混凝土早期强度的影响因素等几个方面展开混凝土配合比的设计。

3.1 粉煤灰掺量的选择

主要研究粉煤灰掺量和水胶比对混凝土弹性模量的影响，同时考虑混凝土的早期强度的施工影响，如果混凝土的早期强度低，就会推迟混凝土的张拉，影响梁场的工期，根据《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》及其它客运专线桥梁混凝土掺合料掺量的工程实例，一般10d就应具备混凝土终张拉的条件，即混凝土的同条件试件10d的抗压强度应该大于53.5 MPa，弹性模量大于35.5 GPa。因此，在选取合适的粉煤灰掺量时，应充分考虑满足施工的这些因素。考虑上述因素，具体的混凝土配制试验结果见表2。

将表2的试验结果进行直观分析，可以看出：

3.1.1 抗压强度

当水胶比在0.28～0.31之间、粉煤灰掺量在15%～24%之间变化时，对于粉煤灰高性能混凝土的10d抗压强度，因素的影响顺序为：粉煤灰掺量—水胶比，随着粉煤灰掺量的增大，强度降低；对28d抗压强度，因素的影响顺序变为：水胶比—粉煤灰掺量，而在固定单方胶凝材料的前提下，粉煤灰掺量变化实质上是反映水灰比变化，所以，混凝土的10d强度主要受水灰比的影响，28d的强度主要受水胶比的影响；

表1 C50混凝土设计指标

表2 粉煤灰掺量与早期混凝土强度、弹性模量关系

3.1.2 弹性模量

对于10d和28d弹性模量，因素的影响顺序均为：粉煤灰掺量—水胶比，粉煤灰掺量是一个最主要的影响因素，随着粉煤灰掺量的增加，弹性模量变小。

3.1.3 小结

通过以上分析可以看出，出现的主要问题是混凝土的10d和28d弹性模量虽然很容易满足设计要求，但混凝土的弹性模量偏大，对混凝土的抗裂不利，因此，能否在现有材料的基础上，从混凝土的含气量和砂率入手，尽量降低混凝土的弹性模量成为解决问题的方向和技术难题。

3.2 混凝土含气量控制范围的选择

在现有规范的基础上，对不同的混凝土含气量，考察其混凝土的弹性模量，试验结果见表3，从试验结果可以看出，混凝土的含气量对弹性模量影响较大，随着混凝土含气量的增大，弹性模量降低，这说明混凝土在抗压过程中，混凝土内部的气孔被压缩，有一定的吸收能量的作用，从而降低混凝土的弹性模量。因此，混凝土含气量的控制，在规范允许的条件下，应按上限控制，即混凝土出机口的含气量可按3.5%～4.5%控制，考虑混凝土在运输过程中的损失，入仓混凝土的含气量按3.0%～4.0%控制。

表3 含气量与弹性模量关系

3.3 混凝土砂率的选择

考察不同砂率对混凝土弹性模量的影响，试验结果见表4，从试验结果可以看出，混凝土的弹性模量随砂率的增加而降低。混凝土的弹性模量主要取决于集料的弹性模量以及粗集料与砂浆的体积比，随砂率的增大，混凝土中粗集料比例下降，从而造成混凝土弹性模量下降。

表4 砂率与混凝土强度、弹性模量关系

3.4 C50施工混凝土配合比的确定及实施效果

通过以上试验结果，在满足设计情况下，同时充分考虑施工因素，确定表5的施工配合比，同时进行了验证试验，混凝土的抗冻及抗渗均满足设计要求，其余指标见表5。目前，该混凝土施工配合比已经在工程中应用，达到了梁场要求模板周转速度快的前提下使早期弹性模量达到张拉要求，同时，混凝土的弹性模量在44～48 GPa之间，达到了预期的效果，梁场强度统计结果见表6。

表5 混凝土施工配合比及验证结果

表6 梁场强度统计表

4 结束语

（1）梁体混凝土配合比原材料选择时，应选用优质的原材料，尤其粗、细骨料均必须作岩相法分析和快速砂浆棒膨胀率检测，合格后才能用于混凝土配合比试验。

（2）混凝土配合比选择试验时，应充分考虑粉煤灰掺量的选择、混凝土含气量的控制、混凝土弹模及混凝土早期强度的影响等几个方面展开混凝土配合比的设计。

（3）当水胶比在0.28～0.31之间、粉煤灰掺量在15%～24%之间变化时，对于粉煤灰高性能混凝土的10d抗压强度，因素的影响顺序为：粉煤灰掺量—水胶比，随着粉煤灰掺量的增大，强度降低；对28d抗压强度，因素的影响顺序变为：水胶比—粉煤灰掺量。

（4）对于10d和28d弹性模量，因素的影响顺序均为：粉煤灰掺量—水胶比，粉煤灰掺量是一个最主要的影响因素，随着粉煤灰掺量的增加，弹性模量变小。

（5）混凝土的含气量对弹性模量影响较大，随着混凝土含气量的增大，弹性模量降低，这说明混凝土在抗压过程中，混凝土内部的气孔被压缩，有一定的吸收能量的作用，从而降低混凝土的弹性模量。

（6）混凝土的弹性模量随砂率的增加而降低。混凝土的弹性模量主要取决于集料的弹性模量以及粗集料与砂浆的体积比，随砂率的增大，混凝土中粗集料比例下降，从而造成混凝土弹性模量下降。

（7）水胶比越小，混凝土弹模量越大。

（8）在实际生产中利用本试验的结论，很好的控制了混凝土的张拉时间，满足了工程的需要，积累了经验。