预制箱梁混凝土的性能要求及质量控制

文／于文瀚 中铁十一局集团桥梁有限公司 江西鹰潭 335000

引言：

在大型桥梁建设中，预制箱梁技术的应用频率越来越高，这一技术可以提高桥梁的性能，延长桥梁的使用周期，减少维护成本。在预制箱梁技术中，混凝土性能可以保证操作更加简单、方便，有效提高生产效率，缩短施工周期。由于预制箱梁的体积比较大，在进行施工时需要高度重视质量控制，避免出现质量问题。

1.预制箱梁概述

1.1 制作工艺流程

在预制梁场内，清理预制箱梁台座并均匀涂刷脱模剂，在预制箱梁台座上绑扎箱梁底腹板钢筋，将圆形波纹管准确定位安装在底腹板钢筋骨架内，按照预制箱梁尺寸，准确安装外侧模板，螺旋筋、锚垫板、通气孔及端头模板，并绑扎锚下钢筋内膜打磨完毕并均匀涂刷脱模剂，采用龙门吊吊装并准确安装内膜，绑扎顶板钢筋、准确定位安装负弯矩张拉预留槽，负弯矩扁波纹管及顶板预埋钢筋，用罐车、布料机浇筑C50 箱梁混凝土并预留同养试件和标养试件，待浇筑完毕后及时覆盖，直到预制箱梁其混凝土强度高于拆模强度后依次拆除内、外模并用凿毛机凿毛翼板及端头混凝土，并喷淋养生至规定龄期，当混凝土强度达到100%且不少于10 天，箱梁终张拉作业才可以进行，终张拉作业完毕后，要求48h 内完成压浆作业，即完成了预制箱梁的制作。

1.2 受力特性

对箱梁钢筋进行预应力张拉处理，预应力的张拉即在钢筋混凝土构件的预留孔洞中插入钢筋，并提前对钢筋施加张拉力，钢筋在收缩过程中，由于箱梁结构在用途中主要作为受拉构件以承受弯矩作用，列车行驶过桥梁时，箱梁的受力特性为上部受压、下部受拉。因此，针对此受力特性，为增长箱梁的使用寿命以及抗弯作用，须在浇筑混凝土前对箱梁内部钢筋做张拉处理。因在张拉作用完成后钢筋呈现向内部收缩的趋势，在浇筑完成后，由于钢筋的收缩效应，钢筋混凝土构件具有一个垂直于纵断面的变形趋势。因此，在之后承受弯矩作用时，可提高构件的最大承弯上限。

2.预制箱梁混凝土性能要求

2.1 混凝土的配比控制

为更好地发挥出预制箱梁的作用，就要合理应用混凝土，从配比入手，确保配比符合要求全面提高混凝土的质量。在进行混凝土配置时所采取的主要试验方法是正交试验，这一试验会根据原材料的自身性质做出多个配合比，根据筛选的指标对各种配合比进行分析，最终选出最佳配比。确定配比后，还要进行一系列检验项目，确定这一配比是否可以满足混凝土性能要求。由于混凝土中的原材料比较多，在进行混凝土拌和时，要保证原材料的氯离子总质量不要超过胶凝材料总量的0.06%。由于高性能混凝土的流动性能良好，需高度重视起体积收缩等特性，对混凝土配比进行进一步优化，避免混凝土不断收缩，缩小混凝土的徐变终极数值。要根据有关规定和标准对混凝土的配比进行合理调整和优化，最终才能选择合适的配比。首先，要对水泥熟料中的各种组成成分进行审核和比对，确定其是否符合要求。通常要选定水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂等原料，还要明确水胶比、胶凝材料的使用量。对混凝土中每一种原材料的使用量进行缜密的计算，并对单方混凝土的总碱含量、氯离子含量、三氧化硫含量进行核算，确定其是否满足要求。对混凝土的配比进行调整时，要根据坍落度、含气量和泌水率的要求确定配比，并以此作为基准。对基准配比的水胶比进行调整，还要改变胶凝材料、矿物掺合料、外加剂的使用量，及时调整砂率参数，最终调制出符合要求的若干配比。结合配比要求，制定出具有良好力学性能和抗裂性能的试件，加大养护力度，并进行试验。进行耐久性试验时，要选择出综合性能良好、抗压强度符合要求的若干个配比，可分组进行试验，根据不同试验结果，筛选出最佳配比。

2.2 混凝土原材料的质量控制

要加强对预制箱梁混凝土的质量控制，确保其原材料符合施工要求。对原材料的生产场地进行仔细考察，并对其进行严格的监测，确保原材料有质量合格证和检验报告。

2.2.1 水泥

预制箱梁所使用的水泥质量必须要有保证。要确保水泥性能稳定，强度等级不能少于42.5，以低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐材质的水泥为主，同时要控制好水泥中混合材种类。要对结合相关标准，对水泥进行严格的抽样检查，检验项目主要由强度、比表面积、安定性和凝结时间。

2.2.2 粉煤灰

粉煤灰可以提高混凝土拌合物的性能，使其具备良好的和易性，降低泌水率，避免出现离析。在预制箱梁技术中，需要采用I 级粉煤灰作为混凝土的材料。要加强对粉煤灰的抽样检测，随机选取10kg 以上的粉煤灰作为样品，对其细度、烧失量、需水量比、游离氧化钙、活性指数等指标进行仔细检验，同时可以结合经验，对粉煤灰的玻璃微珠、色差、铵盐含量进行观测。

2.2.3 磨细矿渣粉

矿粉可以保证混凝土的水化热得到进一步降低，这样就可以避免混凝土在最初产生裂缝。矿粉能够提高混凝土的密实性和抗渗功能，因此，要加强对矿粉的检验，确保其没有问题后，方可投入使用。

预制箱梁生产过程中双掺粉煤灰与矿粉, 通过调节两者之间的掺配比例，充分利用粉煤灰和矿粉之间良好的技术耦合性，发挥两者之间的综合功能，从而对混凝土工作性有显著改善。

2.2.4 细骨料

细骨料的细度模数应保持在2.6 ～3.2，应用级配为Ⅱ区的中砂。对细骨料进行检验时，要保证项目全面，采取抽样调查的方式，严格按照检验项目进行检测。如果发现检验结果中的某项指标不符合要求，就要重新取样进行二次检测，如果依然不符合要求，就不能投入使用。

2.2.5 粗骨料

选择粗骨料时，一般要保证其粒级在5～20mm 之间。要加强对粗骨料的检测，严格按照相关标准和要求确保粗骨料得到全面检验，要对其压碎指标值、含泥量、泥块含量、颗粒级配等指标进行检验。

2.2.6 外加剂

外加剂的作用是丰富混凝土的功能，通常以聚羧酸系高效减水剂为主。对聚羧酸系高效减水剂进行检测时，需要结合《混凝土外加剂》的要求和规定，在保证检测项目全面的同时，还要出具生产商的质量证明书。对外加剂进行检测时，需要考虑到外加剂与其他材料相结合的适应效果，根据检测结果及时调整掺和量。

2.3 预制箱梁混凝土的灌注

确定混凝土的各项原材料符合要求后，就要开展混凝土拌合工作。正式拌合之前，要结合粗骨料和细骨料实验结果，了解其含水量，下达配比通知单，相关人员要结合通知单的要求进行搅拌。搅拌所采用的工具是强制式搅拌机，要由专人负责投放外加剂，确定其掺量符合要求。进行混凝土灌注时，通常会采用两台布料机进行操作，顺序是从两端和两侧同时向中间推进，逐渐灌注。要利用插入式振动棒，采用侧振作为灌注的辅助手段。侧振时，要将短振和勤振相结合；振捣棒以垂直点振的方式进行振捣。要采取分层浇筑和振捣的方式，保证每层混凝土的浇筑厚度不要大于30cm。要保证底部和腹板的混凝土得到顺利灌注，再关闭内膜顶板，留出灌注口，再对顶板进行混凝土灌注操作。为保证表面平整，可采用整平机配合人工进行操作。当顶板混凝土灌注工作完成后，还要进行收面处理，避免混凝土出现裂缝。

2.4 对混凝土的养护与施工管理

对混凝土进行养护时，需要保证温度和湿度适宜，这样才能合理控制混凝土的内部与外部温度差值，提高混凝土的强度，避免产生裂缝。要考虑到水化热所带来的不利影响，加大养护力度，严格控制产生裂缝的可能性。养护工作至关重要，需在梁体顶板混凝土浇筑完毕初凝后，对顶板进行蓄水养护，避免混凝土表面水分散失，形成早期裂纹。如果温度比较高，对混凝土的养护工作更需要高度重视。对梁体进行养护时，要由专人负责自动喷淋养护，对混凝土芯部温度、表面温度、环境温度进行定期测定，还要了解风速和环境湿度等参数，并根据其变化调整养护手段，用水时要保证水的温度与要求相符，避免水的温度与混凝土的表面温度差距过大。确保混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差不会超过15℃。需确保梁体混凝土强度达到规定强度时（不小于梁体设计强度的60%加3.5 兆帕），方可进行拆模处理。在进行拆模时，要严格遵循拆模的步骤，先拆端模后拆内膜，等初张拉结束后整体提梁、移梁，梁体离开底模。拆模工作完成后，要及时对梁体混凝土进行底板浸水养护、腹板和内腔自动喷淋养护，顶板蓄水养护，养护时间不能少于14 天。要加大施工管理力度，保证混凝土的各项工作能够有专人负责，加强监督，全面提高混凝土的质量。同时还要加大对施工人员的培训力度，使其能够掌握施工重点，严格按照要求进行操作。要加强对混凝土的质量检查，对其施工中涉及到的诸多参数进行检查，还要对混凝土的强度、外观、结构等参数进行检查。确保原材料质量符合施工要求，要对材料进行严格的检验，需结合相应的技术规范做好取样工作，再进行检查。

3.预制箱梁质量控制

3.1 模板施工质量控制

箱梁模板的几何尺寸、结构形式、材料选择均应严格按照模板设计图纸进行，首先应确保模板具有足够的强度、刚度和稳定性。根据本项目工程现状以及业主要求，预制梁侧模采用厚度为6mm 的复合钢板。模板进场后需对模板进行验收，验收合格后才可使用。底部模板在设计初期时应当考虑地基承载力与张拉钢筋所带来的预应力及荷载作用，确保底模周围的排水通畅。制作钢模时截面规格公差和模具尺寸公差应得到严格的控制，对连接模具尺寸的精度要求也应同时满足：连接顺畅，模面大小均匀，转角过渡圆滑，连接孔位置正确。

在钢模的制造过程完工之后，需要再进行一个整体的试模拼合阶段，待工程监理方的检验工作合格后，才可以启用。侧压模压成型完毕后，应按规定逐节顺序依次进行编号，平整后存放，以有效避免模具在里压或自重应力作用下变形。端模孔须能根据钢筋设计要求预设的水平通径长或钢筋直径通过孔，孔洞直径宜稍大超过钢筋孔径。

3.2 模板安装质量控制

模板在预制梁浇筑施工前，必须用磨光机打磨光滑并均匀涂抹脱模剂（脱模剂优先选用水性材料），重点控制模板接缝处的平整度；模板在安装时，应注意通过调整对拉杆等措施保证安装牢固，及时对预留孔洞采用强力胶皮或填缝剂止浆，对拼接缝采用厚度不小于2mm 的胶条牢固粘贴等，避免浇筑过程出现漏浆现象；模板在拼装好后，需仔细检查模板侧面和模板钉扣，观察接缝有无错台，同时注意混凝土的保护层厚度是否满足要求。

3.3 钢筋材料质量控制

在钢筋施工之前，质量控制人员首先对钢筋材料的质量和性能进行严格检测，确保钢筋材料的各项参数指标满足规范要求和设计标准，钢筋材料进场时，对钢筋材料的合格证书进行检查，钢筋材料进场之后要及时进行抽样检测，各项参数指标都检测无误以后方可投入施工。存放钢筋材料时，按照钢筋的等级、钢种、生产商、牌号进行分类存放，并且存放过程中要保证钢筋材料高出地面50cm以上，同时采用塑料布或者篷布进行覆盖，防止钢筋材料出现锈蚀等问题。

3.4 底板和腹板施工质量控制

本工程中，钢筋在固定的加工地点进行下料，之后运送到施工现场，在钢筋绑扎施工过程中，质量控制人员严格检查，钢筋的尺寸、间距、接头，确保满足规范要求及设计标准。I 级钢筋必须调直，施工中使用调直机或者冷拉的方式进行调直，II 级钢筋的接头采用焊接方式，保证焊接质量，确保焊接牢靠。此外质量控制人员严格管理底板钢筋的接头数量，在相同截面上，钢筋接头的数目不能大于截面钢筋数量的30%，焊接时将接头部位弯曲，保证接头两侧的钢筋处于相同中轴线。

3.5 纵向钢束波纹管入模定位控制

根据相关规范要求，同时考虑到设计要求，对管道坐标进行仔细检查，之后检查上层管道与下层管道之间的间距，再检查同排管道之间的间距，检测管道的加固情况以及支撑情况，确保各项检查结果都满足要求，如果存在不符合要求的情况，要及时采取处理措施。采用钢筋定位架对钢束实施定位，直线范围内的定位架间距控制在1m，曲线范围内的定位架间距控制在50cm，钢束定位架制作完成以后，与顶板钢筋、腹板钢筋以及底板钢筋进行焊接，保证焊接牢靠。施工过程中要严格检查波纹管的质量和外观，并且要做好密封性试验，质量存在缺陷的波纹管严禁投入施工。定位筋的数量要满足相关规范和设计要求，施工过程中防止定位筋出现弯曲现象，避免波纹管被电火花灼伤。

3.6 混凝土浇筑质量控制

在开展预制箱梁的施工时，混凝土起到加强结构稳定性，增大桥梁承载能力的作用，所以混凝土的浇筑施工尤为关键。正式开展浇筑作业前，要求施工人员做好混凝土材料质量检查工作，对混凝土的各项参数指标实行精准审查。且参照箱梁的实际结构，合理规划浇筑顺序，以免出现偏斜的情况。

同样值得注意的环节还有振捣作业，工作人员需按照工程规范合理施工，以免出现混凝土裂缝，引发整体结构失稳。再者，在浇筑阶段，工程人员还需做好平整度的管理。待浇筑作业结束后，施工人员要做好养护工作。具体养护措施有：在混凝土表面实行洒水处理，或者覆盖一层保护膜，防止混凝土表面过多与外界空气接触。

在混凝土施工前，需对混凝土材料、混凝土性能进行检测，确保混凝土材料具备合格证书及相应的复检报告;确保混凝土试块的坍落度、强度（指标样28d 龄期的抗压强度）等参数符合工程要求。对于梁结构，监理人员根据施工单位取样数的10%，开展平行检验。在混凝土施工中，需对混凝土浇筑、振捣过程进行质量监督，确保浇筑与振捣的速度、时间、方向等要素符合规范要求，检测后浇带的设置是否与施工图纸一致。

3.7 钢筋加工质量控制

钢筋的搭接长度、焊接质量必须满足施工技术规范的规定，搭接长度为45d，钢筋的焊接一般采用电弧焊和二氧化碳保护焊，焊缝的长度双面焊为5d，单面焊为10d，焊接时要严格按照规范进行，同时保证焊缝长度要达到要求。焊接的过程中注意控制好电焊机的电流强度，防止电流强度过大烧伤钢筋。注意钢筋焊缝的饱满度，一般焊缝是否饱满以焊缝是否焊平钢筋的顶面为准。钢筋焊接完成后，需将焊渣清理干净。

3.8 预应力张拉质量控制

预制箱梁施工作业中，同样重要的环节还有预应力张拉的质量控制，该环节对后续施工的顺利开展起到决定性作用。在开展该项施工中，施工人员需利用适当的张拉机具完成作业，这里提到的张拉机具要同张拉材料、张拉锚具、钢筋材料相符合。另外，在张拉力度的掌握方面，要求施工人员结合工程实际，做出精准掌控。一旦张拉力度过大，超过张拉材料所能承受的最大应力，则此时张拉材料将出现表面断裂问题，而若张拉力度过小，则不能发挥预应力应有的作用，同样不利于维持桥梁结构的稳定性。

目前，预应力张拉完成后，普遍采用真空辅助压浆技术，预应力筋主要依靠成孔材料和包裹在预应力筋外面的浆体这两层屏障进行防护。浆体除了具有保护预应力筋的作用外，还会对后张预应力砼梁的整体强度产生重要的影响。如果压浆不饱满，不仅会使梁的整体强度有较大的降低，会导致裂缝提早出现，而且会导致预应力筋由于得不到包裹而失去保护作用，极易产生腐蚀，直接威胁到预应力砼结构和构件的安全性和耐久性。因此施工人员应加强对真空压浆技术的掌握，及对正确操作的重要性的认识。

3.9 预应力管道压浆及封锚质量控制

预应力管道在压浆前必须清除内部的杂物及积水，认真检查阀门是否阻塞。采用真空过滤成组作业时，空气安全应符合相关技术规范的规定。管道的最高位置应为排气孔，只有在污泥被淹没后，才可关闭排气口和排水口。水泥浆压力保持不小于0.5MPa 的稳压期，该稳压期的保持时间宜为3min ～5min，后关闭进浆口阀门，使水泥浆在有压状态下凝结，以保证压浆密实。分组必须在设计要求的时间内进行，同一管道的连接必须同时连续停止，以避免管道与泥浆泄漏。

结语：

在桥梁工程的施工过程中，预制箱梁施工是一项十分关键的部分，影响预制箱梁施工质量的因素较为复杂，原材料质量因素、施工技术因素等，都对预制箱梁的施工质量具有一定影响，因此在实际施工过程中，一定要严格把控每个环节，避免出现疏漏，全面确保预制箱梁的质量和性能，这样才能为整个桥梁的性能提供保障。