C50箱梁混凝土配合比试验计划和优化方案

合武高速铁路箱梁使用高新能混凝土，对混凝土要求很高。除满足施工强度要求外，还必须满足高新能混凝土耐久性能要求，包括抗裂，抗冻融，抗渗，抗氯离子，电通量，其核心就是要具备高度的密实性和引入一定的含气量;其二，必须满足泵送要求，特别强调混凝土的塌落度一小时经时损失,和泵送过程损失;其三,对和易性能的要求,因高性能混凝土的大塌落度,大流动度, 和易性能不好,容易造成混凝土离稀,泌水，不能满足桥梁的内实外美的要求。 原材料的选择：

混凝土的高要求，对原材料的要求更高，我们首先对原材料进行送检（满足业主要求资质的试验室，如铁四院检测中心，华中科技大学试验室，武汉理工大学试验室以及铁科院检测中心）。

配合比试验需要使用的方法和具备的条件 1 原材料性能及力学性能测试

水泥、磨细矿渣等的性能检测均参照GB1345-91，GB8074-87，GB/T208-94，GB1596-91，GB1346-89等标准进行。

各种水泥胶砂流动度，胶砂强度的测试分别按GB/T2419-94，GB177-85进行。

混凝土力学性能测试参照GBJ82等，本研究报告中除特殊说明，所测试的强度均为15×15×15cm试件测试的强度。 2 混凝土的搅拌制度

称量所需的砂、石、水泥和掺和料，干搅半分钟后，边搅边加入一半用水量，搅拌1分钟，再加入配制好的的减水剂与另一半用水量，搅拌3分钟出料。 3 混凝土拌和物流动性能的测定

混凝土拌和物的坍落度测试参照标准GBJ80-85，坍落扩展度值的测试是在坍落度试验的基础上，同时测定拌和物在水平方向上的扩展值，测量两垂直方向上的扩展值，取平均值，即为坍落扩展度值。另外，需要观察混凝土的粘度时，使用坍落度桶倒流的方法测量混凝土从筒倒流出来的时间。

4 试件养护条件

砂浆试件送至标准养护室，拆模后进行水养护，水温为。混凝土试件送至养护室进行标准养护。养护温度为，湿度不小于90%。

拌和前试验 1．细集料

配制混凝土用砂为滠口河砂，细度模数为Mx=2.64，堆积密度为1.51g/cm3，表观密度为2.60g/cm3。 2．粗集料

粗集料主要选用了两种不同品种的石子。南山碎石为主要供应石材，阳新碎石作为备用石材。目前大多数采石场使用产石率高的颚式破碎机，使粗骨料的针片状颗粒高，空隙率大，质量波动显著，导致混凝土拌合物的胶凝材料用量明显偏大，影响体积稳定性。所以，箱梁混凝土标准要求使用反击破破碎机破碎的粒形饱满碎石，两级碎石（5～10mm，10～20mm），最大公称粒径为25mm。

南山三友碎石有限公司生产的碎石，采用反击破破碎机，粒形饱满圆润，针片状颗粒少，二级级配，表观密度为2.82g/cm3，细档（5～16mm），粗档（16～25mm）。经过试验搭配分析研究（结果见下表），可以看出细档与粗档的比例为7：3时，粗骨料的堆积密度最大，空隙率最小。因此，试验中主要采用此搭配的粗骨料。(南山三友碎石同意改筛网,施工时可采用5～10mm,10～20mm二级的碎石)

备用石材采用阳新采石场现生产的5-25mm，连续级配的人工碎石, 也同意改筛网,施工时可采用5～10mm,10～20mm二级的碎石。 3．掺合料

试验中采用的掺合料主要有粉煤灰与磨细矿渣。磨细矿渣粉由武钢华新集团生产的S95矿渣粉，比表面积为448m2/kg。武汉阳逻电厂生产的一级粉煤灰，细度4.5%。满足箱梁对混合材的要求。 4. 减水剂

考虑到高性能高耐久混凝土拌和物的大流动度、坍落度损失小等特点，选择了三种不同的高效减水剂进行比对。主要进行不同水泥的净浆流动度试验，不同减水剂的净浆流动度试验，保持流动度相同时砂浆力学性能试验。

箱梁混凝土的要求:

1)掺加矿灰和一级粉煤灰25%~45%左右，水胶比<0.35，胶凝材料总量<500Kg，含气量3~5%； 2) 坍落度要求出机时≥160mm，60min坍落度损失<30mm，初凝时间6~8h，和易性能好， 500mm≥扩散度≥350mm，倒流15-30秒为宜； 3)强度要求：蒸养2d（℃恒温36h），R2d≥45Mpa，自养10d，R10d≥58Mpa，弹模E10d≥35.5GPa； 4) 耐久性试件四种（抗渗，抗裂， 电通量，冻融），各一组，其中抗裂可做参考用。

配合比方案的选择和优化：

1） 粉煤灰和矿粉双掺方案的选择。

粉煤灰和矿粉由于活性微集料的几大效应（火山灰效应，填充效应，界面效应，减水效应），对混凝土耐久性提供了保证，但充分发挥效应还应具备几个条件，其一，珠形玻璃体含量，其二，混合材颗粒粒径与水泥颗粒在微观上形成级配体系。粉煤灰，矿粉和水泥正好形成一个微观级配体系，混凝土密实性将显著提高，而密实性正是耐久指标中抗渗，电通量，抗冻融的关键因素。另外，粉煤灰和矿粉在施工中各有优缺点。粉煤灰和矿粉都具有火山灰效应，但一般在后期才体现强度的增长，所以对混凝土塌落度的经时损失很小。粉煤灰由于珠形玻璃体的作用，流动性稍好于矿粉，矿粉减水效果强于粉煤灰，对强度的增长作用优于粉煤灰，且矿粉具有良好的粘聚性，泌水性小，保水性好。所以粉煤灰和矿粉双掺方案正是考虑以上的叠加效应。 2） 混合材掺量的选择。

目前高性能混凝土为延缓水化热高峰，防止裂纹，大体积混凝土都提倡大剂量掺加混合材料，经试配感觉粘度过大，流动性不好，须加大减水剂用量，调整砂率,以降低粘度过大问题。考虑生产进度（要求两天脱模，张拉），需要满足施工的早期强度，所以需要考虑冬季和夏季不同施工条件下的配合比情况,一般经验,水泥用量多混合材用量少些,早期强度高些。通过试验，夏天选择40%左右混合材掺量，冬天选择30%左右混合材掺量,我认为是合理的。 3）胶凝材料用量的选择： 标准要求，胶凝材料用量不超过500kg，根据有关资料，C50混凝土胶凝材料用量450kg-490kg能够满足强度要求，我们选择480kg进行试验，给予前期配合比以较大强度保证率，实际施工中

根据强度评定情况给予适当调整。 3） 混凝土含气量的选择

提高混凝土含气量对提高桥梁耐久性（特别是抗冻融）很有好处，但对桥梁外观质量影响却很大，怎样控制含气量，出机含气量和入模含气量的关系，震捣对混凝土含气量的影响，这些都需要实际生产中摸索，我根据铁科提供数据出机控制在3~4%左右。 3） 外加剂的选择

聚羧酸高效减水剂是一种新型高性能减水剂，基本不含有害成分，减水率高，且不受环境温度影响，受水泥的适应性也较萘系减水剂影响小，对混凝土的塌落度保持，凝结时间的控制很有效果，且因掺量小，价格相差不太大（35元/m3和25元/m3），故考虑选聚羧酸高效减水剂。 4） 石子级配的选择

箱梁制造工艺要求石子按两级级配分掺，有效的保证了石子在混凝土中的最小空隙率，保证了混凝土的密实性，耐久性。寻找石子的最佳分掺比例，达到最小的空隙率。经试验最后确定30%小石子掺量，才正式进行配合比试验。 6) 砂率的选择

砂率是高性能混凝土的一个很重要的指标,直接影响着混凝土的和易性,密实性能。根据实际经验及参考资料泵送混凝土最佳砂率宜为38%-42%。为保证一定的可比性，试拌混凝土时一律按40%砂率，确定其他材料掺量后，再细调最佳砂率。（因石子粒形圆润,针片状几乎没有,故空隙小,比表面积小,估计砂率为38-40%合适,根据情况节约浆体）

配合比的选择：

根据以上方案原则，初步确定了以下六种不同混合材掺量的配比进行配合比试验： 不同混合材掺量的试验混凝土配合比，kg/m3

编号 掺量 水泥 粉煤灰 矿渣粉 砂 石 辰龙 海川

格瑞林 水

F1 不掺 470 0 0 740 1110 4.7 141

F2 单掺25% 350 120 0 702 1054 4.7 141 F3 掺30% 330 90 50 712 1068 4.7 141 F4 掺30% 330 50 90 712 1068 4.7 141 F5 掺35% 306 85 85 716 1075 4.7 141 F6 掺40% 284 74 122 720 1080 4.7 141

配合比试验基本方法

1. 试验各掺量混合材对混凝土合易性的影响。 2. 试验其他减水剂对混凝土拌和性能的影响。 3. 试验各掺量混合材对混凝土强度的影响。 4. 试验不同砂率对混凝土和易性的影响。

5．根据和易性情况和强度情况确定两个初步配合比。

6．根据实际容重调整配合比（误差在2%以内可不做调整）。 7. 生产前期根据施工情况对配合比进行必要的微调整。

8. 在一个强度评定期后根据强度评定情况对配合比做强度保证率的评价,并对配合比做适当的

经济分析,适当调整配合比。

选择两到三组配合比，主要考虑冬季和夏季施工的不同配合比

1)水泥用量稍微大点,早期强度大点,适合冬季施工使用;反之,水泥用量小些,适合夏季施工使用. 2)根据水泥或者外加剂可能的供应变化情况或者质量波动情况,选择一种配合比备用.

满足力学性能要求

箱梁混凝土力学性能的要求为: 类型 预张拉

（Mpa） 脱模强度 （Mpa） 50%强度 （Mpa） 100%强度 （Mpa）

32m梁体（C50） ≥28.5 ≥33.5 ≥43.5 ≥53.5 （弹模35.5Gpa）

耐久性试验

1． 混凝土耐久性检验规定

1) 耐久性抽检的现场混凝土试件，应根据不同要求从同一盘混凝土中取出，并在与实际结构相同的条件下成型。当混凝土结构采用自然养护时，试件应在标准养护条件下养护到规定龄期再进行试验；当混凝土结构采用蒸汽养护时，试件应先在与实际蒸养条件相同的条件下养护，再在标准养护条件下养护到规定龄期后再进行试验。 2) 砼施工试件耐久性能抽检要求： 检验项目 标准要求 频次

电通量 ≤1000 同标段、同施工工艺、同配合比砼至少进行一次抽检。每20000m3混凝土（约63孔梁）取样检验一次。 抗冻性 F200 抗渗性 ≥P20

抗裂性能 合格 确定配合比时

3)混凝土耐久性试件养护和送样方法：

送两到三组配合比试件到铁科院或武汉桥基站做耐久性能试验

抗渗性、抗冻性试验按GBJ82—85进行。其中，抗渗试件、抗冻试件成型后应在标准条件下养护至56d时再进行试验。

抗裂性能试验按客运专线高性能混凝土暂行技术条件方法进行，试件成型后48小时内在试验室进行观测试验。(优选配合比时做比对试验) 用肉眼或放大镜观察混凝土试件表面是否存在非外力裂缝。

电通量试验按ASTMC1202-97混凝土氯离子渗透电量快速测定方法进行。

氯离子扩散系数试验按标准进行。其中，试件成型后应在标准条件下养护至56d时再进行试验。 若采用蒸汽养护，以上试件成型后应先按蒸汽养护制度进行养护，然后再转入标准条件养护至规定龄期再进行试验。