李瑞亮

（中鐵十四局集團鐵正檢測科技有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

橋梁混凝土設計年限一般為100年，且容易受到復雜環(huán)境及列車行駛沖擊的影響，造成使用性能下降，使得混凝土后續(xù)維修養(yǎng)護的成本增大。高性能混凝土能夠有效避免普通混凝土性能不足的缺陷，粉煤灰的摻入是制備高性能混凝土的重要途徑。科學合理的摻和料配比能夠提升混凝土抗腐蝕、抗裂、抗拉、經濟等指標。除此之外，高性能混凝土能夠適應復雜工況。開展高性能混凝土研究具有重要的社會經濟意義。

1 工程概況

昌平特大橋軸線呈東－西走向，所處地面標高分布在10～20m 之間。全橋長度28.526km，跨206 國道、璇河、膠萊河、榮烏高速等重要交通要道及河流，是昌邑市昌邑站連接平度市新河站控制性工程。本文就跨206 國道槽型梁進行論述，跨206 國道槽型梁為鋼筋混凝土預應力連續(xù)剛構橋，橋長2×32.6m，設計車速250km/h，梁體底寬6.18m，槽型結構內凈寬4.962m，腹板跨中厚0.56m，梁端厚0.82m。依據橋梁所處環(huán)境，選取石灰?guī)r碎石作為粗骨料。橋梁設計強度為C55，所處環(huán)境類別為T2 碳化環(huán)境，含氣量在3.0%～6.0%，總堿含量≤3.0kg/m，氯離子總含量≤膠凝材料總量的0.06%；三氧化硫總含量≤膠凝材料總量的4.0%，電通量要求＜1000C，抗凍等級≥F200。針對該橋梁混凝土較高的強度及耐久性要求開展高性能混凝土配合比設計。其中，配合比設計目標如下：混凝土7d 強度達到設計強度的100%，且混凝土7d 彈性模量達到36GPa；現場采用泵送施工，坍落度范圍在160～200mm 之間，單位小時的坍落度損失控制在20mm 以 內。

2 原材料選取

2.1 水泥

高性能混凝土配制選取水泥需滿足穩(wěn)定性及強度要求。選取42.5 級的普通硅酸鹽水泥P·O，摻和料選取I 級粉煤灰。該梁體混凝土對于水泥的早期強度要求不高，但是需要滿足結構抗拉及耐久性要求，水泥的主要技術指標經檢測如表1所示。

表1 水泥主要技術指標

2.2 集料

為分析高性能混凝土工作性能，粗骨料級配選用：5～20mm 且10～20mm∶5～10mm 比例為7∶3。粗骨料主要技術指標如表2所示。配制用砂則選取為鄰近河砂，級配滿足II 區(qū)中砂，河砂的主要技術指標檢測如表3所示。

表2 石灰?guī)r碎石粗骨料主要技術指標

表3 河砂主要技術指標

2.3 外加劑及摻和料

減水劑為高效減水劑，需要滿足水泥相容性，減水劑主要技術指標如表4所示，摻和料選取I 級粉煤灰，主要技術指標如表5所示。

表4 高效減水劑的主要技術指標

表5 粉煤灰的主要技術指標

3 高性能強混凝土配合比設計

3.1 初步配合比

該C55 高性能混凝土配合比設計采取全計算法，計算流程如下：依據強度等級及相關設計指標，計算混凝土配制強度，強度標準差則選取為6.0MPa，配制強度為64.9MPa，初步確定水膠比0.29，水用量145kg，則膠凝材料用量為500kg，砂率初步確定為0.38。假設該配合比容重為2440kg/m，則依據質量法確定粗骨料、細骨料用量分別為1112kg、682kg，外加劑摻量初步設定為膠凝材料用量的1.2%即6.0kg，減水劑含固量為24.57% 則實際用水量為（按折固后算）140kg。依據計算基準配合比如下：水泥∶細骨料∶粗骨料∶水∶減水劑=500kg∶682kg∶1112kg∶140kg∶6.0kg。經試拌該配合比容重實測為2445kg/m，故基準配合比不需調整。

3.2 配合比調整

3.2.1 水泥用量

基于上述試驗室基準配合經多次試拌后發(fā)現，水泥用量選取為500kg、520kg 時，砂率設定為0.38，混凝土坍落度分別為180mm、185mm，且具有良好的黏聚性；砂率0.38，水膠比0.29，粗骨料成分比例7∶3，水泥用量分別為545kg、520kg、500kg、480kg 時的混凝土性能如表6所示。結果表明，不同水泥用量下的混凝土坍落度基本滿足設計要求，水泥用量設定為545kg 時，由于漿體的不斷增多，只需要較小用量的減水劑就具備較大的坍落度（190mm）；減水劑用量保持一致時（1.2%），混凝土坍落度隨著膠材用量的增多而增大；水泥用量設定為480kg 時，適當增加減水劑用量（0.2%），則能夠增加混凝土的工作性。

表6 水泥用量與混凝土坍落度關系

3.2.2 膠凝材料用量

通過上述分析水泥用量為520kg 與500kg 時混凝土的工作性能較合適。膠凝體系采取以下不同情況進行混凝土工作性分析：膠凝材料用量為520kg 時，水膠比設定為0.29，粉煤灰用量進行10%、15%、20%的變化；當膠凝材料用量為500kg 時，水膠比設為0.29，粉煤灰摻量分別為0、10%、15%、20%?；炷撂涠入S膠凝體系變化如表7所示，混凝土工作性隨粉煤灰摻影響如圖1所示。表7、圖1結果表明，膠凝材料用量520kg 時，保持減水劑用量1.2%不變，粉煤灰摻量增加會導致混凝土坍落度增大，摻量從10%增加至20%時，坍落度增加了20mm。通過對序號6、2 數據對比可知，粉煤灰摻量一致的前提下，序號6 膠凝材料總量比序號2 的膠凝材料總量減小了20kg，由于混凝土漿體總量的變少，此時坍落度也相應減小了10mm；對比序號4 和序號5 兩組試驗，結果表明，混凝土坍落度在膠凝材料用量一致的情況下差異較小（差5mm），且粉煤灰摻入后會降低減水劑的用量，這是因為粉煤灰起到潤滑作用，具有與減水劑類似的作用。此外粉煤灰的顆粒尺寸偏小，對骨料起到一定的填充效果，改善了整體工作性能。

圖1 混凝土工作性隨粉煤灰摻量的影響

表7 混凝土坍落度隨膠凝體系變化

3.2.3 骨料用量

對不同骨料用量的混凝土工作性能進行分析。設定水膠比為0.29，膠凝材料用量為500kg，粗骨料級配10～20mm∶5～10mm 的碎石質量比分別設置為7∶3、6∶4；當粗骨料級配為7∶3 時，砂率分別為0.40、0.38、0.36、0.34。混凝土坍落度隨骨料用量變化如表8所示，結果表明，膠凝材料500kg，水膠比0.29，砂率0.38，粗骨料級配7∶3 時混凝土坍落度比骨料級配6∶4 時大20mm，這是因為骨料級配7∶3 較為均勻，具有較小的空隙率，混凝土坍落度增大。膠凝材料用量500kg，水膠比設為0.29，保持減水劑用量1.2%、骨料級配7∶3，當砂率從0.40 降低至0.38 時，混凝土坍落度增加了11.8%，即從170mm 變化至190mm。圖2為混凝土坍落度隨砂率變化關系曲線。結果表明，砂率在0.38～0.42 之間時，混凝土坍落度隨著砂率的降低而逐漸提升；砂率由0.38 降低至0.34 過程中，混凝土坍落度又隨之降低。由此可見，該高性能混凝土的最佳砂率為0.38。

表8 混凝土坍落度隨骨料用量變化

圖2 混凝土坍落度隨砂率變化關系

4 結語

總而言之，隨著我國高速鐵路的建設，對混凝土耐久性、強度等指標的要求也越來越高，高性能混凝土的制備應用得到了廣泛重視。得益于高性能混凝土良好的環(huán)境適應性，針對其開展前期的配合比設計優(yōu)化工作至關重要。本文結合昌平特大橋槽型梁工程，進行C55 高性能混凝土相關組合成分用量的性能影響分析，為橋梁工程建設提供一定的設計參考。