C60高性能混凝土預應力梁預制技術

摘要：本文通過對南四環(huán)涼水河橋C60高性能砼預應力梁預制前的理論分析，材料選擇，配合比設計及預制過程中的技術措施和質量控制的論述，探討了高性能砼梁預制的技術問題。

關鍵詞：高性能砼；預應力；配合比；原材料。

1前言

目前，世界各國對高性能混凝土的定義還不統(tǒng)一，美國和加拿大等國將高強混凝土視同為高性能混凝土。我國著名混凝土專家吳中偉院士將高性能混凝土定義為："高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土，它以耐久性作為設計的主要指標。針對不同用途要求，高性能混凝土應對耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性、經濟性等性能有重點的予以保證。為此高性能混凝土在配合比設計上的特點是低水膠比，選用優(yōu)質原材料，并除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效減水劑[1]。"由于北京地區(qū)的大型預制構件主要在工廠內生產，運輸距離較短，對坍落度要求相對較低，因此一般高性能混凝土要求的不離析、大流動度等高工作性指標并不適合于預制構件。根據經驗，預應力梁使用中等坍落度混凝土（140～160mm）比較合適。由于北京冬天較寒冷，并常使用化冰鹽，因此"凍融與鹽凍"破壞已成為北京城市立交橋預應力梁耐久性破壞的主要因素之一[2]。提高混凝土抗凍性有兩種途徑，一種是摻加引氣劑，另一種是提高抗?jié)B性。當養(yǎng)護溫度高于60℃時不宜采用摻加引氣劑的方法提高抗凍性，可以用摻加硅灰等超細摻和料提高密實性的方法提高抗凍性。

對于后張預應力梁構件，應用高強高性能混凝土有如下優(yōu)點:(1)可施加更大的預應力；可更早的施加預應力；由于高強混凝土的徐變值較小可降低預應力損失。（2）可以減小截面積尺寸，降低結構自重，或增加橋下凈空。（3）在同一工程中，對不同的構件采用不同的混凝土強度，對于統(tǒng)一構件與施工模板的尺寸提供了有利條件。這些間接因素，有時比節(jié)約材料或降低工程造價更有實際意義。（4）具有較好的經濟效益。經驗表明:用60Mpa混凝土代替30-40Mpa的混凝土，可節(jié)約混凝土量40%；節(jié)約鋼材39%；降低工程造價20%-35%。應用于混凝土構件生產，還具有節(jié)省蒸養(yǎng)耗能的效益，混凝土強度每提高10Mpa，每立方米混凝土可節(jié)約標準煤約13kg。（5）具有顯著的社會效益?？梢源蟠筇岣呋炷翗嫾哪途眯?，減少養(yǎng)護費用，在城市減少對交通的干擾。由于高強高性能混凝土的上述優(yōu)點，高性能混凝土在大、中型橋梁和城市立交橋中有十分廣泛的應用前景。

北京市南四環(huán)涼水河鐵路專線橋由北京市第一水利工程處負責施工，該橋由6跨后張預應力梁組成，梁長35m，梁高1.8m，包括邊梁24片，中梁84片，混凝土強度設計等級為C60。所有預應力梁由北京瑞博公司第三構件廠負責加工制造。該橋梁的特點是：(1)梁長35m，僅比當時北京市內最長的西直門立交橋梁短1m（36m）；梁高1.8m，在北京市最高。梁長和梁高決定了不能采用養(yǎng)護池通蒸汽的傳統(tǒng)養(yǎng)護工藝，只能采用現場加工方式。（2）混凝土設計強度高，達到設計強度95%以上才能進行預應力張拉；為了防止張拉拱值過大，需對砼的彈性模量進行檢測。（3）工期短，工程量大，為了提高預制加工速度對混凝土早期強度要求高。（4）冬季施工，大氣溫度低，必須有可靠的防凍和提高早期強度的養(yǎng)護措施。（5）耐久性要求高。以上特點要求我們必須按照高性能混凝土的思路進行配合比設計，并采取一些特殊的工藝措施進行施工。

2 原材料優(yōu)選和配合比設計

高強高性能混凝土是通過降低水灰比、增強水泥石與集料的界面區(qū)、改善水泥水化產物、降低孔隙率、提高密實度來實現高強度和高耐久性。為了滿足施工性能和耐久性能要求，必須使用高效減水劑和活性摻和料。配制技術的關鍵在于原材料的選擇與配合比的設計。高強混凝土的原材料包括水泥、砂石集料、化學外加劑(高效減水劑及其復合劑)以及活性摻和料。

　2.1原材料的選擇

(1)水泥：一般情況下，配制高強混凝土所用的水泥，其C3A含量應盡量低，以有利于與高效減水劑的適應并減少坍落度損失。在選用水泥時還應根據工程的具體情況，綜合考慮一些因素，如凝結時間、早期強度、變形性和耐久性等特殊要求。通過比選，本工程采用了邯鄲低堿P.O.525#水泥，0.080mm篩篩余為4.8%，當量Na2O含量為0.43%。

(2)集料：集料品質對高強混凝土的抗壓強度和彈性模量有重要影響。粗集料的粒徑、形狀和礦物成分對混凝土的強度也有影響。一般宜選用密實堅硬的石灰?guī)r或深層火成巖。最大粒徑不超過20mm。在相同的條件下，用碎石配制的高強混凝土，其強度高于礫石。相對粗集料而言，細集料對混凝土強度的影響較小，但必須選用潔凈的砂子，細度模量以2.7～3.1為宜。

石子采用最大粒徑20mm碎石，針片狀含量小于10%。砂子采用盧溝橋中砂，細度模數為2.7。(3)高效減水劑：采用FAC-6復合型低堿萘系高效減水劑，粉劑摻量為1.5%，當量Na2O含量為2.2%。(4)活性摻和料的選擇：試驗表明，摻加I級粉煤灰或硅粉，28天強度都能達到設計要求，但粉煤灰混凝土早期強度低，特別在溫度低的條件下，強度發(fā)展更慢，影響拆模時間。加入硅粉的混凝土3天強度可達到28天的67%。我們最后選擇了使用硅粉的配比。硅灰為貴州產，當量Na2O含量為1.4%。

　2.2 配合比設計

高強混凝土的配合比設計，不能沿用普通混凝土的方法，必須通過試配來確定。其原因是:

(1)當W/C<0.4以后，盡管水灰比對混凝土強度仍存在著敏感性，但已不象普通強度混凝土與水灰比之間所具有的直接對應關系。

(2)高強混凝土中增加了一些新的組分材料，不僅是高效減水劑，有時還摻入活性摻和料，而且集料的品質和性能又對高強混凝土的強度會產生一定的影響。

(3)根據北京市建委的規(guī)定，混凝土單方含堿量應小于3kg。經過反復試驗，確定的C60混凝土配合比為：水泥：水：砂：石子：硅粉：FAC-6=480：153：608：1129：30：7.65。該配比混凝土單方含堿量為2.65kg<3kg，滿足建委規(guī)定。

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3 質量控制與質量保證

混凝土攪拌、施工操作因素以及施工環(huán)境對高強高性能混凝土的質量十分敏感，因此，必須有嚴格的質量控制與質量保證制度。

(1)配料：嚴格按照配合比和指定材料進行配料，不得擅自變更。原材料采用重量計量。采用電子稱計量時，工作前應開機預熱10分鐘，同時檢查、調整機械靈敏度，發(fā)現問題及時解決。骨料采用裝載機喂料，不得將泥土或雜物混入料內。加粉狀減水劑時可將其與水泥同時加入，但不得混入結硬塊。(2)攪拌：配料計量裝置每月校驗一次精度。砂子含水率每天開盤進行測定，修正施工配合比。校驗與標定結果均用文字形式記載。

因為高強混凝土的水膠比較普通混凝土低得多，應嚴格控制水的計量?；炷撩颗_班開始攪拌前，應先開動攪拌機進行空車試運轉，待正常后加入清水空轉2-3min，使攪拌筒內壁潤濕，然后排凈水再上料；攪拌第一罐混凝土時應按配合比減少10%的石子量。投料順序:石子---水泥---砂子。嚴格控制攪拌時間，不得任意縮短，混凝土應拌制均勻，色澤一致，和易性良好，已拌好的混凝土不得中途加水?；炷猎跀嚢璧攸c測坍落度，每臺班每配合比不得少于一次并做好記錄；同時，還應觀察混凝土的粘聚性和保水性，并做記錄。

(3)澆筑與成型：混凝土從攪拌機中卸出到澆注完畢的延續(xù)時間不宜超過90min，混凝土使用吊斗入模時，吊斗高度距模板不超過60cm，下料時必須均勻，嚴禁一次集中下料，應分層澆注，每層混凝土虛鋪高度不得超過30cm。

附著式振搗器使用前應檢查與模板連接是否牢固，每澆注一層混凝土須振搗一次，振搗時間不宜過長。振搗棒應快插慢拔，使各部受力均勻，不得碰觸預埋件、波紋管，并應避免碰撞模板、鋼筋；也不得將振搗棒放在模板支撐、拉桿及鋼筋骨架上。振搗時各振點要均勻排列，按順序進行，不得漏振，插搗應插入到前一層混凝土不小于5cm深處，以保證澆注層接茬處密實。振搗完畢，用木抹子將混凝土上表面找平。(4)養(yǎng)護：高強混凝土通常不會出現較多的泌水，澆灌后如果不及時采取措施防止混凝土表面濕度的失去，則可能使暴露在大氣中的混凝土表面上產生塑性收縮裂縫，因此，高強混凝土在表面抹光后應立即進行養(yǎng)護。本工程采用日本進口熱風槍加熱養(yǎng)護工藝，首先，在構件澆注成型后，在模板長度方向，兩端各安裝一臺熱風槍，并通上花管，盤在模板四周，然后用苫布覆蓋。加溫養(yǎng)護時間為24小時，升溫(4小時10℃/小時)，恒溫(16小時，40℃)，降溫(4小時，10℃/小時)，在升降溫期間，每小時測溫一次;恒溫期間，每2小時測溫1次。

(5)檢驗：試塊制作設專人負責，每塊試塊必須標明成型時間、混凝土強度等級、試塊編號，并填寫在試驗報告單上，試塊與試塊報告單的填寫內容必須一致。

混凝土取樣應在澆注地點，攪拌后第三盤至結束前30min之間隨機取樣。三塊為一組，制作6組，試塊必須振搗密實，不得有超過規(guī)定的蜂窩、麻面等缺陷，以及直徑和深度超過3mm的氣孔，外表整齊方正，不得缺棱掉角，外形幾何尺寸偏差不得超過±1mm，角度偏差不得超過±2o。

4 工程應用效果及分析

預應力梁加工過程中，采用實際施工用混凝土成型立方體抗壓強度試件，分別測定標養(yǎng)28天抗壓強度以及1天、3天、7天同條件養(yǎng)護抗壓強度。工程竣工后對全部C60混凝土抗壓強度進行了統(tǒng)計分析，結果見表1。

由表1中結果可以看出，所使用的高強高性能混凝土28天標養(yǎng)強度平均值為74.1Mpa，達到設計強度的123.5%，28天變異系數較?。?.24），說明質量控制水平很好。采用日本熱風槍加熱同條件養(yǎng)護的混凝土試件1天強度即可達到28天強度的55.5%，已經超過混凝土受凍臨界強度。1天強度變異系數也較?。?.75），再次證明混凝土質量穩(wěn)定性較好。由于加熱養(yǎng)護1天混凝土強度已經較高，1天以后的預應力梁雖然僅采取簡單覆蓋保溫養(yǎng)護方法，但是混凝土強度仍然穩(wěn)定發(fā)展，3天同條件養(yǎng)護強度達63.9%，7天強度可達94.2%。同條件養(yǎng)護7天即可達到預應力梁張拉強度。3天和7天強度變異系數較大是由于養(yǎng)護1天后梁實體和試件受大氣溫度影響太大造成的。

另外，為了考查混凝土彈性模量隨強度的發(fā)展情況，在張拉時測定了所有預應力梁的彈性起拱值。35m梁的彈性拱平均值為31mm(梁的設計拱值為L/100=35mm)，說明混凝土彈性模量隨強度發(fā)展較好。

　參考文獻

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