后张法预应力混凝土预制箱梁耐久性指标与施工工艺研究
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摘要：京沪高速铁路箱梁设计使用寿命100年，对混凝土的耐久性要求高。本文从材料和工艺的角度阐述了确保后张预应力混凝土预制箱梁结构耐久性的控制方法和采取的措施。经实践，施工的梁体混凝土结构物外观质量良好，混凝土力学和耐久性能满足技术要求。
关键词： 预应力混凝土；结构；耐久性；施工工艺
中图分类号：U215.14 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
京沪高速铁路桥梁大都采用32m及24m后张法整孔预应力简支箱梁。整孔箱梁具有受力简单、形式简洁、外形美观、抗弯和抗扭刚度大，建成后的桥梁养护工作量少以及噪音小等优点。中铁十六局集团承建的京沪高速铁路施工管段起止里程为：DK580+229～DK667+026，正线桥梁35座，48.877km，占全长的56.3%，预制箱梁1580孔；京沪高速铁路列车运行设计时速为350km/h，桥梁设计使用寿命100年，因此桥梁结构的耐久性能至关重要。
2 后张预应力混凝土箱梁耐久性的指标控制2.1 严格控制混凝土原材料的品质
与以往技术要求相比，混凝土原材料技术指标要求有所提高并更加具体化，允许在预应力混凝土结构中掺加一定量的矿物掺和料。
2.2 配合比选定原则
2.2.1根据施工方法和结构物所处环境合理确定混凝土的坍落度、设计强度和耐久性指标要求。
2.2.2 控制混凝土的胶凝材料用量不高于500kg/m3。根据设计规范要求，确定混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量。
2.2.3 掺加适量的优质粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料，提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能。粉煤灰掺量不大于30%。
2.2.4 控制混凝土的单方总碱含量，降低碱—骨料反应发生的可能性。尽量采用非碱活性骨料，采用低碱水泥，碱含量不大于0.6%。
2.2.5 控制混凝土中氯离子总含量不超过胶凝材料总量的0.06%。
2.2.6 抗裂性比对试验，选择抗裂性优良的配合比。
2.2.7 混凝土耐久性能规定，混凝土电通量不大于1000库仑；抗冻等级不小于F200；抗渗等级不小于P20。
2.3 优选混凝土配合比
根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》等相关规范、设计图纸以及京沪高速铁路混凝土结构物所处的环境条件，梁体结构所采用的混凝土性能要求如表1；选定的混凝土配合比以及拌和物性能、力学性能试验结果见表2；耐久性能试验结果见表3。
表1梁体结构所采用的混凝土性能要求
表2 混凝土配合比及拌和物、力学性能试验结果
表3混凝土耐久性能试验结果
从表3可以看出，氯离子含量、抗冻性、电通量、抗渗、抗裂性等耐久性指标均满足规范规定要求。
3.1 混凝土配料和搅拌
混凝土拌和物配料采用自动计量装置，按照施工配合比准确称量混凝土原材料，其最大允许偏差满足如下规定（按重量计）：胶凝材料、外加剂±1%；粗、细骨料±2%；拌合用水±1%。自全部材料装入搅拌机开始搅拌起，至开始卸料时止，延续搅拌混凝土的最短时间经试验确定，一般控制在120s左右。
3.2 混凝土运输
混凝土运输，最大输送距离约为一般200-300m。
3.3 混凝土浇筑
预制箱梁混凝土拌合物入模温度，根据气候条件，环境温度控制在5～30℃。为满足施工要求，预制箱梁混凝土浇筑施工，先浇筑底板和腹板结合部混凝土，然后依次浇筑底板、腹板和顶板。
3.4 混凝土振捣
采用侧振和振动棒相结合的工艺，一般振捣至混凝土表面泛浆止，防止混凝土过振离析。
3.5 混凝土养护
3.5.1养护从混凝土浇筑完毕开始。从保温、保湿两方面着手，防止芯部温度过高，温差过大；避免混凝土表面因失水过多产生开裂。温度监控的过程中，根据混凝土内温度和温差的变化情况，及时采取措施；根据梁体混凝土配合比掺合材的种类、水胶比、环境条件（湿度、风速、阳光照射程度）、日平均温度的不同，潮湿养护的具体期限。保湿养护的措施有：洒水、覆盖、喷涂养护剂等一种或者多种措施。
3.5.2混凝土蒸汽养护.混凝土蒸汽养护期间强化了对静停期棚温的控制、升温期升温速率的控制、恒温期蒸汽温度和混凝土芯部温度的控制、降温期降温速率的控制。蒸汽养护温度控制在38℃左右。根据温度监控，混凝土浇筑完成后，静停4h左右，升温5h，保温48h，从降温开始到拆除篷布时间为6h左右。
3.6 温度监控
利用预埋在混凝土箱梁跨中及端部的26个温度传感器，对梁体灌筑后混凝土水化热温升随时间变化情况进行实时监控。水化热温升测试从混凝土灌筑开始到混凝土拆模时止，共持续了约130小时。图1为梁体埋置温度测点布置图1。
图1梁体内埋温度测点布置图
梁体养护期间及撤除保温设施时，梁体混凝土芯部与表层、表层与环境的温差不超过15℃。在混凝土水化热升温和降温过程中，顶板、底板的芯部温度与表面温度的温差始终在10℃以内，腹板芯部温度与表面温度的温差基本在15℃以内。
混凝土开盘后25～40h左右各测点处温度达到最高，各部位维持高温时间在3～5h左右，随后缓慢下降。箱梁顶板处最高温度为58.4℃，腹板处最高温度为62.3℃，底板处最高温度为56.7℃，箱梁的最高温度基本位于梁端截面顶板与腹板结合部，这与该部位混凝土厚度最大有直接关系。
3.7 拆模
箱梁体积大、水化热高、散热慢，因此在现场制梁过程中应对拆模时间进行严格控制，可根据测温情况确定拆模时间，同时注意根据实际情况适当增加覆盖保温措施。
3.8 预应力孔道压浆
为了保证孔道压浆质量改善结构的耐久性能，孔道压浆强化了工艺和材料性能两方面的措施，工艺方面采用比较先进的真空辅助压浆工艺，材料方面强化了材料的工作性、体积稳定性和防腐蚀性能，并对浆体性能指标（静态泌水率、毛细泌水率、压力泌水率、流动度、凝结时间、充盈度、7d和28d的抗折/压强度、24h内最大自由收缩率、标准养护条件下28d浆体自由膨胀率、护筋性）提出了全面而且明确的要求。预制梁终张拉完成后48h内，进行真空辅助压浆。
3.9 试件抽样检测
灌注时在梁体底板、腹板和顶板处随机抽样制作混凝土试件，并进行随梁养护。经检测，3d强度达到43.7～45.0MPa，弹性模量39.3Gpa，满足初张拉时混凝土强度、弹性模量应达到80%设计值的要求；10d时混凝土强度为53.1～57.7MPa，相应弹性模量为44.6Gpa，满足混凝土强度达到100%设计值的要求；28d强度为62.4～66.6MPa，弹性模量为48.0GPa。电通量和抗冻性能均满足要求。预制箱梁梁体表面光滑，颜色均匀，未出现可见裂缝。
4 结论
4.1 通过严格控制原材料品质、优选混凝土配合比、加强混凝土养护和温度控制、采用真空辅助压浆工艺和高性能孔道灌浆材料进行孔道压浆等措施生产出质量合格的箱梁。
4.2 经过实践，后张预应力混凝土箱梁在生产工艺上基本上杜绝了由于温度应力和干缩产生的裂缝 。
4.3 目前尚不能准确预测铁路后张预应力箱梁结构物的准确使用年限，因此需要加强检测技术以及桥梁跟踪监测、诊断修补技术的开发与应用力度，以期做到及早发现问题，及时处理，达到对结构物全方位的保障，使结构物满足设计使用年限。
参考文献：
[1] 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 铁建设[2005]157号
[2] 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 铁建设[2005]160号
[3] 客运专线高性能混凝土技术条件 科技基[2005]101号
[4] 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件 铁科技函[2004]120号