浅谈 C50 箱梁混凝土的配制与应用

耿加会，徐晓山，毛孝毅，董欣伟，周守慧

（1. 舞阳县惠达公路工程有限公司，河南 舞阳 462400；2. 漯河信运监理咨询有限公司，河南 漯河462000；3. 中铁八局第七工程有限责任公司，四川 成都 610300；4. 漯河市昊源新材料有限公司，河南 漯河 462000）

随着环保力度的逐渐加大，相关部门对天然河砂的开采限制也越来越严格，造成天然河砂供应不足且质量越来越不稳定。目前。越来越多的机制砂混凝土被应用到混凝土工程中，在充分了解机制砂性能的基础上，配制满足工程需要的机制砂混凝土是混凝土公司的要求也是技术人员追求的目标。依据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》和 JTG/TF 50—2011《公路桥涵施工技术规范》，C50 混凝土箱梁与普通机制砂混凝土相比，具有：（1）较高的早期强度，为满足 7d 张拉要求，混凝土强度不低于设计强度等级的 90%；（2）混凝土坍落度 180～220mm，1h 坍落度经时损失不宜大于30mm；（3）混凝土入模含气量 2.0%～4.0%；（4）混凝土胶凝材料用量不宜大于 500kg/m3，矿物掺合料掺量不宜＜25%。本文结合工程实践情况，对使用机制砂配制、生产 C50 箱梁混凝土进行探讨，以供行业同仁参考。

1 工程概况

漯河市新西环项目全长 20.99km，跨越沙河、澧河、唐河、宁洛高速和漯舞铁路共无座桥梁，本工程共有装配式预应力混凝土简支箱梁 965 片，预应力混凝土空心板 120 片。桥梁左右分幅，单幅桥面宽 16m，单幅设置 5 片小箱梁（12 片空心板）。梁场设 35 个制梁台座，月生产能力 90 片/月。设 15 个存梁台座，最大存梁能力 140 片。

2 原材料

2.1 水泥

水泥性能对混凝土性能具有重要影响。本工程选用南阳中联 P·O42.5 水泥，3d 水泥胶砂强度 30MPa 左右，28d 水泥胶砂强度 52MPa 左右。该水泥质量稳定性较好，且与外加剂适应性良好，便于混凝土工作性的控制。

2.2 粉煤灰

粉煤灰选用姚孟电厂Ⅰ级粉煤灰，细度为 8%，需水量比为 94%，28d 活性指数 79%。粉煤灰中含有大量玻璃体微珠在混凝土中起到滚珠作用，增加混凝土流动性。粉煤灰主要利用水泥的水化产物氢氧化钙进行二次水化提高混凝土后期强度，实践证明，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土强度出现不同程度的降低。C50 预应力混凝土 7d 张拉要求，混凝土强度不宜低于 90%，因此应控制粉煤灰掺量不超过 25%。结合本地水泥等原材料质量情况，本工程粉煤灰掺量选用 15%。

2.3 外加剂

C50 混凝土的强度要求高造成胶凝材料用量大，水胶比偏低，混凝土拌合物比较粘稠，为改善混凝土的工作性能，降低用水量，宜选用高性能减水剂。本工程选用漯河昊源新材料有限公司的聚羧酸减水剂，固含量15%，掺量 2.0%，减水率 30%，满足混凝土配合比设计要求。结合工程实际对外加剂提出以下要求：（1）调整外加剂配方，使外加剂与混凝土原材料具有良好的相容性，且质量稳定；（2）根据环境温度变化，及时调整外加剂配方，使混凝土凝结时间满足施工要求，减少混凝土拌合物坍落度经时损失；（3）采用“先消，后引”技术，改善混凝土气泡大小，改善混凝土梁外观质量。

2.4 粗骨料

配制 C50 以上混凝土选择粗骨料十分重要，粗骨料的强度、级配粒形以及泥土等有害物质含量对混凝土强度都产生影响，质地坚硬、级配和粒形良好的骨料才能配制出高强度的混凝土。粗骨料对强度等级大于 C50的混凝土强度影响主要集中在骨料自身强度、水泥石强度以及水泥石与骨料之间的粘结强度。对于质地坚硬的粗骨料配制的高强混凝土，其混凝土强度的薄弱环节主要集中在水泥石与骨料的粘结面，因此，选用表面粗糙、粒形适中的碎石更利于提高混凝土抗压强度。C50以上强度的混凝土胶凝材料用量偏多，浆体富余，选用小粒径的粗骨料更容易提高水泥与粗骨料的粘结面积，增加粘结力，克服粒径较大带来的缺陷，改善混凝土匀质性。粗骨料的级配和粒形是骨料的重要技术指标，直接影响粗骨料的空隙率，进而影响混凝土的工作性。本工程选用连续级配的舞钢碎石，其粒径 5～20mm，压碎值小于 10%，针片状含量不超过 8%，空隙率 41%。

2.5 细骨料

配制 C50 混凝土重点控制机制砂细度模数、石粉含量，以获得满意的混凝土工作性及强度。机制砂的细度模数不宜过小，当细度模数小于 2.3 时，机制砂中细颗粒含量过多，配制的混凝土粘稠，吸附外加剂较多，且细颗粒过多对混凝土的体积稳定性不利。相反机制砂的细度模数超过 3.2，机制砂中粗颗粒偏多，需要提高砂率来改善混凝土的工作性，较高的砂率使浆体填充骨料间的空隙后包裹骨料颗粒表面的浆体变薄，使混凝土拌合物有离析、泌水的趋势。选择细度模数为 2.6～2.8 的机制砂，既可以有足够的粗颗粒形成骨架结构减少混凝土后期收缩，有具有足够的细颗粒填充骨料间空隙，提高混凝土密实度。试验表明：机制砂的细度模数对 C50混凝土早期强度（3d、7d）影响较小，28d 后的强度则随着细度模数的增加先变大后降低，存在一个最佳细度模数区间。

机制砂中粒径小于 0.0075mm 的石粉颗粒可以填充到骨料空隙中，降低其空隙率，改善机制砂表面粗糙、多棱角颗粒间摩擦力大的缺点。适量的石粉可以增加混凝土拌合物中的浆体量，改善混凝土工作性，但 C50混凝土的胶凝材料用量大，过多的石粉容易造成混凝土拌合物粘稠，且不利于混凝土的硬化后体积稳定性。因此本工程选用细度模数 2.6～2.8，石粉含量不超过10%，且质地坚硬的机制砂。

2.6 水

地下水。

3 C50 混凝土配合比设计及试验

3.1 确立 C50 混凝土试验配合比

C50 箱梁混凝土配合比设计是混凝土试验、生产、浇筑及后期耐久性的前提，结合生产实际及工程特点做好混凝土配合比设计。箱梁要求 7d 张拉，应控制 7d混凝土强度不低于 90%，28d 混凝土抗压强度不低于60MPa，以此为混凝土配制强度的依据。水胶比是混凝土强度的主要影响因素，根据工程实践经验及 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》确立基准水胶比为0.34，粉煤灰掺量为 15%。在 C50 混凝土配合比中应控制胶凝材料用量不高于 500kg/m3，在满足混凝土工作性的前提下降低用水量，依据经验结合机制砂的特点初步设定基本用水量 170kg/m3，外加剂掺量为 2.0%。外加剂的固含量为 15%，则 10kg/m3中含有水 8.5kg/m3，该水应在配合比中扣除，则用水量约为 162kg/m3。根据实践经验砂率取 38%，假定 C50 混凝土容重 2450kg/m3，综上可得基本试验配合比如表1。

表1 C50 试验基本配合比 kg/m3

3.2 C50 混凝土配合比试验

水胶比的大小对混凝土的强度和耐久性具有重要影响。根据前文确定的水胶比 0.34，为保证混凝土质量的稳定性，在配合比试验过程中，采用砂率、胶凝材料用量以及外加剂用量不变，水胶比从 0.30 以 0.02 逐步增大至 0.38。从试验结果来看，坍落度随着水胶比的增加而增大，随水胶比的降低而降低，虽然在各个水胶比下试验通过微调外加剂用量都可以获得满意的工作性，但混凝土强度在水胶比低于 0.32 时明显偏高，水胶比高于 0.36 时，混凝土强度不能满足 C50 混凝土 7d 张拉要求（如表2）。因此，在水胶比 0.32～0.36 的范围内可以获得满意的工作性和强度，水胶比取 0.34，也便于混凝土生产质量控制。

表2 不同水胶比下的混凝土强度值

试验确定砂率时，采用胶凝材料用量、水胶比及外加剂掺量不变，砂率从 36% 依次增加 2% 至 42%，通过试验发现，C50 混凝土坍落度随着砂率的增加呈现先增加后降低的现象，且砂率为 38% 时达到最大值。因此，砂率在 36%～42% 之间变化时，存在一个最佳砂率（为 38%），在最佳砂率情况下既有利于混凝土流动性的提高，也可以使混凝土粘聚性良好。

C50 箱梁不同于其他普通混凝土，有些因素对强度等级 C40 以下的混凝土性能影响不大，但对 C50 及C50 以上混凝土的性能却有显著的影响。在确定水胶比0.34，砂率 38% 的基础上，为保证一些不确定因素对混凝土工作性及强度产生不利影响，再进行 5～10 次的重复试验，检测其平均强度值不应低于配制的强度值，且观察混凝土拌合物工作性的稳定性。每次混凝土试验均应认真测试混凝土工作性和强度，并测试实际容重，当混凝土拌合物实测容重与假定之差的绝对值不超过假定容重的 2% 时，可不调整。通过试验，所设计的配合比假定容重与实测容重的差值在允许范围之内，不作调整。

4 混凝土生产、浇筑及后期养护质量控制

4.1 混凝土生产

C50 混凝土的质量要求高于普通混凝土，在生产过程中应严格控制各环节，具体做到以下几点：

（1）生产过程中，增加砂石含水率检测频率，控制混凝土生产用水量，通过试验发现水胶比波动±0.02，混凝土质量基本在可控范围内。

（2）每月定时校检混凝土生产计量系统，控制生产实际重量与电脑采集数据的吻合度。

（3）检测外加剂与水泥等原材料的相容性，根据需要及时调整外加剂复配配方或调整其用量，确保混凝土拌合物工作性。

（4）混凝土生产过程中，较普通混凝土生产适当延长搅拌时间，确保混凝土拌合物搅拌均匀。

（5）混凝土公司调度员应时刻保持与工地联系，掌握施工现场混凝土的浇筑情况，根据施工速度合理调度车辆，确保施工现场不积车、不断料。

4.2 C50 箱梁施工

C50 箱梁质量要求严格，为保证混凝土工程质量，在施工工程中需做好以下工作：

（1）混凝土运至施工现场应及时检测、浇筑，避免因等待时间过长，造成混凝土工作性降低，不便于施工。

（2）箱梁浇筑时，先浇筑底板，从低到高、整体分层分段浇筑，然后再浇筑顶板和肋板。

（3）箱梁混凝土振捣采用插入式振捣棒和平板振动器振动，底板采用插入式振捣棒，局部可采用木槌敲打。平板振动器安装位置统一，且功率相同，统一开启振动，振动时间控制在 15～25s。使用振捣棒进行插入式振捣时，应插入混凝土深度 50～100mm 之间和模板距离不少于 50mm，防止破坏模板，振动棒移动距离为振捣棒作用半径的 1.5 倍，即不大于 45～60cm。

（4）混凝土浇筑振捣完毕，顶板拉毛后及时进行覆盖保湿，梁拆模后应及时进行不间的断喷淋保湿，且不低于 7d，养护水温与混凝土表面温差不得大于15℃。图1 为现场养护照片。

图1 养护

5 箱梁容易出现的问题及预防措施

5.1 箱梁表面色差问题

箱梁在浇筑、振捣、养护过程中，容易出现色差问题，色差虽然对安全影响不大，但影响梁外观美感。只要施工过程中加以预防还是可以避免的，针对色差形成的原因，笔者认为可以从以下几个方面加以预防：

（1）发现露天堆放的模板表面出现锈斑时，应采用钢丝刷进行除锈并清除表面锈粉，如果不清理或清理后未清理表面锈粉，容易导致靠近锈斑位置的混凝土表面发黄。

（2）涂刷脱模剂时应使用滚刷对模板进行均匀涂抹，保证表面有光感（如图2），并及时浇筑混凝土，防止模板污染影响混凝土外观质量。如遇到特殊天气不能及时浇筑，应对模板进行覆盖，防止模板污染。

图2 模板涂脱模剂后的表面

（3）采用吊罐浇筑混凝土时，因下料时开口较大，下料口高度过高，导致混凝土散落在箱梁翼缘板模板上而早凝，会使翼缘板表面混凝土表面出现白斑。

（4）控制混凝土拌合物坍落度稳定，防止泌水、离析引起箱梁浇筑后产生的色差。

（5）避免混凝土供应中断，混凝土浇筑间隔时间过长，箱梁表面出现色差。

在生产过程中通过上述措施，浇筑的混凝土箱梁表面颜色均匀一致，无较大色差出现（如图3）。

图3 混凝土箱梁表面颜色均匀

5.2 箱梁表面气泡、气孔预防

箱梁侧面面积较大，施工过程中如稍不注意，有可能出现气泡，有时气泡直径 1～4mm，深度 1～3mm，气泡较多时每平方米气泡面积超过 35～50cm²。

（1）严格控制混凝土坍落度，按照设计坍落度要求满足 180～220mm。

（2）控制粗骨料质量，尤其控制石子中针片状含量，防止超标，严格控制其含量低于 8%，防止针片状过量造成粗骨料局部堆积。

（3）箱梁腹板浇筑过程中采用分层浇筑，平板振动器配合振动棒振捣，避免单层浇筑厚度超过500mm，防止浇筑过厚不利于气泡排除。

在生产实践中反复试验，箱梁表面基本无较大气孔，箱梁表面质量较好（如图4）。

图4 箱梁表面无大气孔

5.3 箱梁的腹板存在水波纹

预防箱梁腹板出现水纹，重点是避免混凝土离析、泌水。造成混凝土离析泌水主要有三方面的原因：

（1）砂石含水率变大，生产操作人员调整不及时，混凝土出现离析、泌水。

（2）混凝土搅拌时间短，拌合物存在局部搅拌不均，外加剂效能没有充分发挥，混凝土浇筑后外加剂继续作用产生混凝土泌水。

（3）过度振捣，造成混凝土离析分层。

经过调整，腹板位置的水波纹情况基本消除。

5.4 箱梁混凝土强度增长缓慢影响张拉

后张法箱梁混凝土要求 7d 强度不低于 90%，若箱梁混凝土强度增长缓慢则影响张拉的进行。造成混凝土强度低主要有以下几点：

（1）混凝土生产过程中，质量控制差，混凝土配合比严重偏离设计配合比，造成水胶比过大，或砂石原材料质量偏离配合比试验原材料质量。

（2）混凝土拆模后，未进行保湿养护，造成表面水泥水化停止，表面硬度低，回弹强度低。

在混凝土生产过程中，通过严格控制原材料质量和施工单位规范养护，基本未出现早期强度不足，影响张拉工序现象。C50 箱梁混凝土的回弹强度见表3。

表3 C50 箱梁不同龄期回弹强度值 MPa

6 结论

通过对上述环节严格、有效控制，结合工程实践验证使整个生产过程质量可控，外观良好，取得良好的社会效益。

（1）针对 C50 混凝土特点，选择水泥强度稳定的水泥，优选质地坚硬、粒形和级配良好的骨料，这是保证混凝土质量的前提。

（2）针对 C50 箱梁混凝土 7d 张拉的特点，合理设计混凝土配合比，选择粉煤灰掺量 15%，以满足 7d 强度不低于 90% 的强度要求。

（3）依照计算配合比为基础，通过固定水胶比，对 36%、38%、40% 和 42% 几个砂率进行试验，根据工作性和强度试验确定混凝土生产配合比砂率为 38%。使用 0.30、0.32、0.34、0.36、0.38 等水胶比进行试验验证，确定水胶比在 0.32～0.36 范围内，均可以满足混凝土强度设计要求，为混凝土中确立水胶比 0.34、以±0.02 为生产控制范围提供依据。

（4）针对 C50 混凝土及箱梁的特点，提出生产、浇筑过程的一些具体措施，以便控制混凝土质量。

（5）结合以往箱梁生产过程中容易出现的问题，分析原因，提出预防措施。