趙日煦，宋正林，龐二波，周輝，王軍

（中建商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430074）

江漢六橋C50預(yù)應(yīng)力箱梁高性能混凝土制備研究

趙日煦，宋正林，龐二波，周輝，王軍

（中建商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430074）

北結(jié)合某自錨跨斜拉橋工程現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土自錨跨箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)開(kāi)展了 C50 預(yù)應(yīng)力高性能混凝土的制備研究，在膠凝材料用量 490kg/m3、Ⅰ級(jí)粉煤灰摻量 20%、砂率 41%、水膠比 0.31 的設(shè)計(jì)參數(shù)下制備的混凝土工作性能良好，坍落度/擴(kuò)展度 2h 基本無(wú)損失，初凝時(shí)間 30h 以上，7d 抗壓強(qiáng)度超過(guò) 51MPa。混凝土實(shí)際澆筑效果良好，結(jié)構(gòu)無(wú)明顯裂縫，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土 7d 平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到 50.7MPa，28d 抗壓強(qiáng)度評(píng)定合格。

超緩凝；早強(qiáng)；預(yù)應(yīng)力；箱梁

預(yù)應(yīng)力箱梁是橋梁的主要受力構(gòu)件，在長(zhǎng)期使用條件下容易產(chǎn)生損傷破壞，直接威脅到整個(gè)橋梁的使用功能和服役壽命。通常，影響箱梁結(jié)構(gòu)性能的主要因素有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土配制、施工管理和后期維護(hù)，其中配制高性能混凝土是提高結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施[1]。

武漢市江漢六橋是武漢市第六座跨漢江通道，是武漢市第一座自錨跨斜拉橋工程，主橋采用 (48+57+110+252+110+ 57+48)m=682m 的 7 跨自錨式懸索橋，跨江主梁采用鋼箱梁和預(yù)制混凝土橋面板結(jié)構(gòu)，在主橋箱梁鋼混結(jié)合段兩側(cè)設(shè)有現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土自錨跨箱梁結(jié)構(gòu)，南北錨跨箱梁各段全長(zhǎng)均為 (48+57+16.5)m=121.5m，橋面寬44m，最大厚度達(dá) 6.6m，鋼筋最小凈距為 4.2cm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為 C50，單次澆筑方量 3500 方以上。

根據(jù)該工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工要求，同時(shí)滿(mǎn)足耐久性設(shè)計(jì)，對(duì)混凝土的性能提出了較高的要求，確定混凝土主要性能指標(biāo)為：7d 抗壓強(qiáng)度和彈性模量不低于設(shè)計(jì)值的 90%，混凝土拌合物工作性能良好，具有良好的粘聚性和保水性，擴(kuò)展度 550～600mm，2h 損失不超過(guò) 50mm；混凝土初凝時(shí)間30h 以上，滿(mǎn)足大體量混凝土澆筑施工要求。根據(jù)工程需要，本文利用正交試驗(yàn)進(jìn)行了 C50 預(yù)應(yīng)力錨跨箱梁混凝土的制備及性能研究。

1 試驗(yàn)原料

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，參照 JTGTF50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，JTGTB07—1—2006《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》的要求，對(duì)原材料進(jìn)行優(yōu)選。

1.1 膠凝材料

水泥選用 P·O42.5 水泥，堿含量 0.54%，氯離子含量0.03%。具體指標(biāo)見(jiàn)表 1 所示。粉煤灰采用Ⅰ級(jí)灰，細(xì)度（45μm 方孔篩篩余）9.8%，需水量比 92%，燒失量 2.3%。

表 1 水泥性能指標(biāo)

1.2 骨料

粗骨料選用 5～20mm 連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量 0.5%，泥塊含量 0.1%，針片狀含量 5%；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù) 2.9 的Ⅱ區(qū)中粗河砂，含泥量 1.0%，泥塊含量 0。

1.3 外加劑

外加劑應(yīng)與水泥之間具有良好的適應(yīng)性，滿(mǎn)足高減水率、高保坍、超緩凝要求。據(jù)此，選擇自行研制的緩凝型聚羧酸系減水劑，固含量 25%，減水率 26.6%，摻量為膠凝材料的 1.3%，初凝時(shí)間 31h。

2 試驗(yàn)方法及正交設(shè)計(jì)

混凝土拌合物性能、抗壓強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)依據(jù) JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》；混凝土塑性收縮開(kāi)裂試驗(yàn)依據(jù) CCES01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》；混凝土工作性能測(cè)試試驗(yàn)依據(jù) GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合既往橋梁工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)[2-6]，確定錨跨箱梁 C50 預(yù)應(yīng)力混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)范圍如下：膠凝材料用量 480～500kg/m3；粉煤灰摻量 15%～25%；砂率 40%～42%，水膠比 0.29～0.31。確定本文正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)因素和水平見(jiàn)表 2 所示。

表 2 自錨跨箱梁 C50 預(yù)應(yīng)力混凝土配合比正交設(shè)計(jì)因素及水平

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)表 2 的正交設(shè)計(jì)因素和水平，采用正交設(shè)計(jì)表 L9(34)進(jìn)行試配試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3 所示。

3.1 各因素水平對(duì)混凝土性能影響分析

表 3 自錨跨箱梁 C50 預(yù)應(yīng)力混凝土正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)表 3 的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)粉煤灰摻量、砂率和水膠比三個(gè)因素對(duì)混凝土工作性能的影響進(jìn)行分析，具體見(jiàn)圖 1 所示，柱狀圖不同填充表示不同的因素水平，縱坐標(biāo)為相應(yīng)水平條件下試驗(yàn)結(jié)果的平均值，即 ki。

從圖 1 的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

（1）隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的和易性逐漸得到改善，表現(xiàn)在混凝土擴(kuò)展度逐漸增大，倒坍流空時(shí)間逐漸減小，拌合物粘度降低，這可能是因?yàn)榉勖夯业摹拔⒓稀毙?yīng)和球型顆粒的“滾珠”效應(yīng)。粉煤灰填充在未水化的水泥顆粒之間，釋放了部分自由水，提高了有效水膠比，降低了拌合物的粘度，同時(shí)“滾珠”效應(yīng)使得顆粒之間的摩擦力降低，提高了混凝土的流動(dòng)性。粉煤灰摻量較低時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度變化不大，在摻量 25% 時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低，這可能是由于粉煤灰活性偏低，膠凝材料水化不充分的緣故。

（2）隨著砂率的增加，混凝土的工作性得到相應(yīng)的改善，混凝土拌合物擴(kuò)展度的變化不大，均在 550mm 左右，但是粘度得到改善，反映在倒坍流空時(shí)間逐漸降低。原因是骨料的平均粒徑降低，砂率增大，有利于在骨料表面形成較好的砂漿包裹層，提高了混凝土的流動(dòng)性。同時(shí)，隨著砂率增大，混凝土抗壓強(qiáng)度變化不明顯，降低程度不大，可能是因?yàn)榛炷翉?qiáng)度等級(jí)高，膠凝材料用量大，砂率對(duì)強(qiáng)度降低的影響減小。

（3）隨著水膠比的增大，混凝土工作性得到改善，擴(kuò)展度逐漸變大，倒坍流空時(shí)間逐漸減小，水膠比增大，提高了混凝土中自由水的含量，有效得降低了混凝土的粘度，提高了混凝土的流動(dòng)性。同時(shí)隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低的趨勢(shì)，但是降低程度不大。因此，考慮混凝土施工工作性的要求，結(jié)合本試驗(yàn)的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，水膠比0.31 是合適的。3.2 正交因素影響水平分析

圖 1 各因素水平對(duì)混凝土性能的影響

抗壓強(qiáng)度和擴(kuò)展度越大越好，倒坍流空時(shí)間越小越好。因此，根據(jù)表 3 的極差分析，分別對(duì)三個(gè)測(cè)試指標(biāo)得出相應(yīng)的三個(gè)最佳方案，即：對(duì)應(yīng)抗壓強(qiáng)度：A2B2C1D1；對(duì)應(yīng)擴(kuò)展度：A1B3C2D3；對(duì)應(yīng)倒坍流空時(shí)間：A2B2C3D3。

采用正交分析法中的綜合平衡法對(duì)上述三個(gè)最佳方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。

膠凝材料 A 對(duì)抗壓強(qiáng)度和擴(kuò)展度的極差都較大，是影響較大的因素，對(duì)倒坍流空時(shí)間而言，膠凝材料影響不大，因此，從滿(mǎn)足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行考慮，取 A2 水平為好。

礦物摻合料 B 對(duì)擴(kuò)展度和倒坍流空時(shí)間的極差較大，屬于影響較大的因素，應(yīng)分別取 B3 和 B2 水平，同時(shí)對(duì)于抗壓強(qiáng)度來(lái)講，B3 水平強(qiáng)度指標(biāo)較小，因此，從強(qiáng)度方面考慮，取 B2 水平。

砂率 C 對(duì)各個(gè)指標(biāo)的極差都比較小，屬于影響較低的因素，綜合抗壓強(qiáng)度、擴(kuò)展度和倒坍流空時(shí)間三個(gè)指標(biāo)考慮，取 C2 水平。

水膠比 D 對(duì)抗壓強(qiáng)度和倒坍流空時(shí)間的極差在四個(gè)因素里最小，屬于影響較低的因素，對(duì)于擴(kuò)展度則極差最大，屬于影響最大的因素，綜合考慮，取 D3 水平。因此，通過(guò)上述分析，得出較好的試驗(yàn)方案為 A2B2C2D3，見(jiàn)表 4 所示，驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表 5。

表 4 自錨跨箱梁 C50 預(yù)應(yīng)力混凝土配合比

表 5 自錨跨箱梁 C50 預(yù)應(yīng)力混凝土性能

表 6 江漢六橋 C50 自錨跨箱梁混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

表 5 的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，配制的混凝土工作性能良好，坍落度/擴(kuò)展度 2h 基本無(wú)損失，能夠滿(mǎn)足高保坍，超緩凝的要求，且通過(guò) Ⅱ 型 U 型箱填充試驗(yàn)表明具有較好的間隙通過(guò)性；混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均滿(mǎn)足了目標(biāo)設(shè)計(jì)要求。

4 生產(chǎn)實(shí)際效果

在整個(gè)江漢六橋項(xiàng)目 C50 自錨跨箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土生產(chǎn)澆筑過(guò)程中，嚴(yán)格按照既定施工方案對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行控制，并對(duì)澆筑后的混凝土及時(shí)進(jìn)行覆蓋土工布，灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，對(duì)拆模后的箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，混凝土結(jié)構(gòu)整體性能良好，無(wú)明顯裂縫。對(duì)生產(chǎn)供應(yīng)的 C50 自錨跨箱梁混凝土進(jìn)行見(jiàn)證取樣，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，采用 GB/T50107—2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度評(píng)定，混凝土強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果合格，且同時(shí)滿(mǎn)足市政橋梁工程要求混凝土抗壓強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度 1.15 倍的要求，檢測(cè)評(píng)定結(jié)果如表 6 所示。

5 結(jié)論

（1）在本試驗(yàn)條件下，采用 P·O42.5 水泥，Ⅰ級(jí)粉煤灰，設(shè)計(jì)參數(shù)為膠凝材料 490kg/m3，粉煤灰 20%，水膠比0.31，砂率 41%，能夠制備出工作性能良好，28d 抗壓強(qiáng)度60MPa 以上的泵送箱梁混凝土。

（2）粉煤灰能夠顯著改善混凝土的工作性能，摻量較高時(shí)對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度有不利的影響，本試驗(yàn)條件下，摻量20% 為最佳摻量。

（3）混凝土實(shí)際澆筑效果良好，結(jié)構(gòu)整體性能良好，無(wú)明顯裂縫?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土 7d 齡期抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，28d 抗壓強(qiáng)度評(píng)定合格。

[1] 光同文，朱德玉，秦鴻根，等．箱梁高性能粉煤灰混凝土的變形性能與耐久性研究[J]．中外公路，2008(28): 247．

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宋正林（1985—），中建商品混凝土有限公司華中分公司，碩士研究生。