预应力简支T梁C60高耐久性混凝土配合比设计

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摘要：本文介绍了预制预应力后张法简支T梁c60耐久性混凝土配合比设计在实际设计过程中遇到的实际问题，通过多次试验调整设计参数，选用聚羧酸高性能减水剂，解决了混凝土配合比设计耐久性、水胶比、强度、和易性、原材料之间存在的技术难题，以供参考。

关键词：设计试配 耐久性 聚羧酸高性能减水剂

中图分类号：S611文献标识码： A

1 工程概况、耐久性技术要求

该工程项目为重载铁路5×32m预制后张法预应力简支T梁，设计强度等级C60，设计使用年限为100年，环境作用等级碳化环境T2级。梁体钢筋绑扎较密，振捣困难，要求混凝土坍落度180～220mm，扩展度400mm以上，泵送施工。初张拉要求混凝土强度及弹性模量达到设计强度的90%并至少养护5天，按照6天初张拉进行设计。

混凝土耐久性指标要求28天氯离子电通量≤1000C，抗冻等级F200,200次冻融循环后质量损失率≤5%、相对动弹性模量≥60%，抗渗等级≥P20，含气量2～4%。

2 配合比设计遇到的实际问题及参数选定

2.1混凝土耐久性、水胶比与高强度之间的平衡问题。集团所做水胶比对耐久性影响及V.T.Ngala所做的波特兰水泥混凝土试验显示：随着水胶比降低，毛细孔减少，扩撒系数、氯离子电通量均会明显减小，也就是说随着水胶比减小，混凝土耐久性愈好、强度愈高。但是在满足混凝土和易性的前提下，低水胶比也意味着胶凝材料用量增加。水泥是混凝土胶凝材料中必要胶凝组分，在保证最小水泥用量的情况下，水泥用量过大，不仅混凝土的水化放热增大，开裂趋势也随之增大，还会造成混凝土的泛浆分层，对混凝土耐久性反而不利，且明显增加成本，故规范要求最大胶凝材料不宜大于500 kg/m3。

经过大量试验，在满足C60试配强度69.0MPa的前提下，采用高性能减水剂，尽量降低胶凝材料中水泥用量，采用P.O52.5水泥，用量控制在400～410kg/m3，总胶凝材料总量控制在470～490kg/m3时，混凝土氯离子电通量满足要求，且具有良好的抗裂性，并能满足6天初张拉的强度及弹性模量的要求。

2.2小粒径碎石与混凝土高强度的矛盾。在条件允许情况下配制高强度混凝土应尽量选择粒径较大的碎石，但最大粒径不超过31.5mm。在实践中，增大最大粒径从而减少用水量带来的强度增长，会被大粒径颗粒较少的粘结面积及大粒径集料产生的不均匀性的不利影响所抵消。受钢筋密集及最小钢筋间距30mm影响，按照相关标准选定碎石最大粒径20mm，这不利于C60高强度配合比的配制。经过大量试验，采用5～10mm与10～20mm按一定比例掺配，从而减小碎石孔隙率，有利于拌和物的和易性及高强度的配制。试验结果显示，按20%：80%要比30%：70%同龄期强度高出5%且和易性基本一致。由此，采用小粒径碎石配制高强度混凝土，采取适当提高碎石中较大颗粒组成比例的措施可减小用水量，提高混凝土配制强度。

2.3选用粗砂与提高砂率导致胶凝材料用量增加的问题。由于当地的天然河砂含泥量普遍超标，进行水洗后，细颗粒随水冲走，细度模数为3.2，试配时采用38%砂率时出现离析倾向、泌水、砂浆包裹性不良等情况，提高至39%后，在保持用水量、胶凝材料用量不变得情况下，

坍落度、扩展度又均减小。经多次试拌，砂率选定为40%，选用2.1条胶凝材料用量的上限

485kg/m3,水胶比0.31，在水胶比不变的情况下适当提高砂率，增加水泥浆用量，解决了浆体的包裹性及充盈度不良、离析泌水倾向。

3原材料选定

3.1水泥：选用东岳牌P.O52.5低碱低水化热普通硅酸盐水泥，C3A含量≤8%。

表1东岳牌水泥有害物质含量

3.2粉煤灰：采取掺加粉煤灰的方式降低水化热，提高和易性，选取邹县发电厂I级粉煤灰。

表2粉煤灰主要性能指标

3.3磨细矿渣粉:采取高活性矿粉以满足前期张拉强度及和易性的要求，选取鲁新新型建材生产的矿渣粉。

表3磨细矿渣粉主要性能指标

3.4砂：选用级配合理、质地坚固、吸水率低、孔隙率小的天然河砂，经水洗减小泥、云母等有害成分，以提高混凝土耐久性，非碱活性。水洗后为粗砂，细度模数3.2。

表4砂主要性能指标

4 配合比设计与试配结果

基于耐久性混凝土的抗氯离子渗透、抗碳化、抗冻融、抗裂性等耐久性指标，采取大掺量矿物掺和料加之高性能减水剂的设计思路。按照经多次试验所选定的参数，减水剂掺量1.2%，砂率40%，水胶比0.31，水泥405 kg/m3，胶凝材料485 kg/m3，用水量150 kg/m3。根据《普通混凝土设计规程》JGJ55-2011，试配强度69.0MPa, 确定02号为基准配合比，01、03号水灰比较02号分别增加和减小0.01，用水量与基准配合比相同。

表6 C60高耐久性预应力混凝土配合比（kg/m3）

表7拌和物性能

表8标准养护试件抗压强度及弹性模量

表928d标准养护试件耐久性指标

根据试配结果，从表7试验结果可以看出01～04号拌和物性能均能满足要求，其中02、03号出机坍落度、扩展度及经时坍落度保持性要比01、04号好。04号60min后扩展度勉强符合要求，考虑到现场浇筑时间及难度，不宜选用采取单掺粉煤灰的04号配合比。

从表8试验结果来看，01、02号配合比能满足6天达到90%设计强度的张拉要求，28d强度也满足试配强度69.0MPa的要求,03、04号不满足要求。

从表9耐久性指标试验结果可看出，01、02、04号氯离子电通量均在900C以下，03号明显增大，达到982C，接近临界值1000C。01～04号均具有良好的抗裂性、抗渗性，200次冻融循环后的质量损失率和相对动弹模量也均能满足要求。

综合以上拌和物性能、强度、弹性模量、耐久性指标的试验结果，根据以上分析，选取02号配合比作为施工配合比。经多次重复性试验验证，重复性结果良好。

表10 C60高耐久性预应力混凝土施工配合比（kg/m3）

6实际现场应用

在混凝土生产过程中，对原材料质量严格把关，尤其是地材的含泥量、泥块含量，砂石含水率检测做到准确可靠，严格控制施工配合比用水量。现场混凝土坍落度损失在10mm左右，基本与试验室内结果吻合。现场浇注泵送顺利，流动性、保水性良好，未出现堵管现象。拆模后混凝土表面带光泽，无蜂窝缺陷，张拉完成后表面无裂纹。对混凝土试件进行多次电通量试验抽检，试验结果均稳定870～900范围内，离散性较小。

7结束语

高强度耐久性配合比的设计，以现有成熟地材为基础，不刻意挑选无法批量供应的料源，以避免配合比设计与现场实际使用的材料偏差过大，充分考虑影响混凝土耐久性、强度的不良因素，并在设计阶段充分了解掌握现场施工工艺对耐久性造成的不良影响，通过大量试验，合理选定混凝土配合比设计参数，通过使用聚羧酸高性能减水剂、双掺矿物掺合料等成熟技术手段平衡各项参数间的矛盾，从而解决了预应力简支T梁高强度高耐久性混凝土耐久性指标、强度增长、现场浇筑、张拉工期等存在技术难题。

参考文献

1 刘秉京.混凝土结构耐久性设计 北京：人民交通出版社，2007

2 TB10005-2010铁路混凝土结构耐久性设计规范

3 JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程