C50预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制

C50预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制王博1，包立志2，胡利俊3，戴会生1（1天津港保税区航保商品砼供应有限公司天津塘沽3004512中交一航局总承包工程分公司天津开发区3004573中交一航局第四工程有限公司天津塘沽300456）摘要：滨海新区海滨大道工程C50预制箱梁采用预拌混凝土公司供应的高性能混凝土，对混凝土各项性能指标要求高，除强度、施工性能外，还必须满足高性能混凝土耐久性能指标，包括抗渗、氯离子扩散系数、弹性模量等。结合工程要求及混凝土公司实际情况，设计配合比时采用了两种类型的外加剂，通过过程中的严格控制，取得了较好效果。关键词：高性能混凝土；耐久性；预拌混凝土；交替使用；生产控制1工程概况滨海新区重点基础设施工程——海滨大道是天津市的沿海高速公路、滨海新区南北交通主干线，也是天津港货物运输的集疏港通道。海滨大道北段二期工程项目起自永定新河河口南侧海滨大道疏港三线立交（K21+386.208），向北先后跨越疏港四线（规划港岛客运专线）和规划的永定新河主河道。沿线以高架桥的形式在海滩滩涂地向北延伸，在规划的海滨休闲旅游区内先后与规划路相交（京港高速、规划路五），在约K24+200处跨越泰达控股填海造陆的入海路，在K27处避让开贝壳堤缓冲区。最终在蛏头沽村东北侧（K30+506.808）接海滨大道北段高速公路主线收费站。利用海滨大道北段高速公路与河北省沿海高速相接。本段路线全长9.12公里，其中桥梁长8.6公里，建成后将成为我国北方最长的跨海大桥。工程大部分处于现状海挡以外的沿海滩地之中。桥梁采用50m简支T梁结构，主线桥标准段采用35m先简支后连续小箱梁结构，主线桥异形段采用预应力现浇连续箱梁结构。2技术要求1.1使用环境及要求：D级环境，设计年限为100年；1.2C50箱梁混凝土胶凝材料总量不宜超过500kg/m3，水灰比不大于0.35；1.3耐久性能：氯离子扩散系数7d＜7、28d＜4（DRCM10-12m2/S）；各种材料带入的碱含量和不大于3.0kg/m3，最大氯离子总量不超过总胶材0.06%；1.4力学性能：弹性模量3.45×104MPa，预应张力及抗压强度4～5d达到设计标准值的100%。1.5工作性能：砼浇筑入模坍落度为170±20mm，砼出机后2h坍落度不小于120mm，砼初凝时间大于10h，含气量≯3%。3原材料为保证工程质量需要，并充分利用地方资源，兼顾技术经济性合理等因素，选定混凝土所用原材料[1]，质量情况见各表。3.1水泥水泥采用天津振兴水泥有限公司生产的正通牌P.O42.5级水泥，低碱型。表1正通水泥性能指标指标品种凝结时间强度(MPa)比表面积m2/kg安定性碱含量(%)氯离子(%)氧化镁(%)三氧化硫(%)烧失量(%)初凝(min)终凝(min)抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d345合格0.440.0122.202.143.52正通P.O42.516829623.651.85.99.53.2细集料细集料采用福建闽江产洁净中砂，依据JTGE42-2005、CECS48:93标准检验，属于Ⅱ区Ⅰ类中砂，其它性能指标见表2。表2闽江砂性能指标品种细度模数表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)含泥量(%)泥块含量(%)坚固性，天然砂质量损失率(%)轻物质以重量百分比计(%)云母含量(%)氯离子含量(%)有机物比色法碱集料反应：膨胀率(%)硫酸盐及硫化物含量(%)砂2.7259015500.50.020.00.00.003合格0.080.003.3粗集料粗集料采用河北三河产碎石,依据JTGE42-2005、CECS48:93标准，性能指标见表3。表3石子性能指标品种颗粒级配含泥量(%)泥块含量(%)片状颗粒含量(%)表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)坚固性质量损失量(%)压碎指标有机物碱集料反应:膨胀率(%)空隙率(%)氯离子含量(%)吸水率硫化物及硫酸盐(%)碎石5-20mm0.10.012790152006合格合格380.000.700.003.4掺合料河北唐山产粒化高炉矿渣粉，依据GB/T18046-2008标准，其性能指标见表4。表4矿粉性能指标品种级别活性指数(%)密度(g/cm3)比表面积(m2/kg)三氧化硫(%)流动度比(%)烧失量(%)含水量(%)氯离子(%)碱含量(%)7d28d矿粉S9580992.954630.12990.820.30.0120.683.5外加剂①天津市诺德建筑材料有限公司生产的萘系高效减水剂。依据JC473-2001标准，其性能指标见表5。表5诺德(NDB)外加剂性能指标型号固含量(%)减水率(%)泌水率(%)含气量(%)水泥净浆流动度（mm）坍落度保留值(mm)抗压强度比(%)氯离子含量(%)碱含量(%)密度(g/ml)硫酸钠含量(%)钢筋锈蚀30min60nim3d7d28dNDB4020.564.03.42082081921031071050.143.341.1902.72无锈蚀②广州富斯乐有限公司生产的缓凝高效减水剂Structuro300D1，依据GB8076-1997标准，其性能指标见表6。表6富斯乐(structuro300D1)外加剂性能指标型号固含量(%)减水率(%)泌水率(%)含气量(%)收缩率比(%)凝结时间差min抗压强度比(%)氯离子含量(%)碱含量(%)密度(g/ml)PH值钢筋锈蚀初凝终凝3d7d28dStructuro300D11823.535.82.4103+143--1531481400.010.811.0395.37无锈蚀③天津市鑫永强混凝土外加剂有限公司生产的TM30型防腐阻锈剂。依据Q/12XJ4842-2006标准，其性能指标见表7。表7防腐阻锈剂(TM30)性能指标名称氯离子含量(%)碱含量(%)细度(%)PH值凝结时间差(min)抗压强度比(%)钢钢筋锈蚀初凝终凝3d7d28dTM300.180.357.88.0117--103无锈蚀4混凝土配合比设计由于该工程工期紧，混凝土强度及弹性模量要求4～5d达到设计值的100%。因此，掺合料取代量就适当降低，对比二级粉煤灰及S95级矿粉的性能，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，泌水小，保水性好，选择矿粉作为掺合料[2]。箱梁的布筋较密，钢筋间距为5-10cm，与波纹管之间间距为2.5-12.5cm，因此要求混凝土的流动性要好，粗骨料粒径要小，故选择粒径5-20mm的连续级配碎石，粒形饱满圆润，针片状颗粒少。考虑到该工程其它部位（灌注桩、承台、系梁、墩柱、盖梁）采用萘系外加剂，且混凝土搅拌站同时供应其它工程项目，因此在试配时选用聚羧酸及萘系两种外加剂做配合比。根据原材料情况及技术要求，经过大量试配[3][4]，根据施工和易性要求和混凝土各性能测试结果得到如下配合比用于施工。4.1混凝土配合比见表8。表8预制箱梁C50高耐久混凝土配合比（Kg/m3）及拌合物性能编号水水泥矿粉砂石泵送剂防腐阻锈剂含气量(%)凝结时间(h:min)坍落度(mm)扩展度(mm)初凝终凝出机2h出机2h50-116043748684107112.139.72.113:0514:3022015552038050-216038897684107112.139.71.913:3015:1023016553041050-31604374868410715.829.71.712:5514:3021016050040050-41603889768410715.829.71.613:1014:452201755204204.2混凝土物理力学性能见表9。表9混凝土物理力学性能项目编号抗压强度(MPa)轴心抗压强度(MPa)弹性模量(×104MPa)氯离子扩散系数DRCM10-12m2/S抗渗情况（水压1.0MPa）3d5d7d28d5d28d5d28d7d28d50-140.052.555.068.048.756.34.034.806.693.46无渗漏50-237.851.954.371.346.557.83.865.156.713.40无渗漏50-341.053.256.269.853.161.64.585.366.483.28无渗漏50-440.252.855.772.550.362.94.385.446.313.02无渗漏5生产应用及质量控制本工程供应的难点在于本公司聚羧酸系减水剂实际应用经验较萘系外加剂少，生产过程的细节缺少预控，这也是本次设计配合比采用两种不同类型外加剂的原因之一。通过实际供应发现了一些问题，经及时采取措施，保障了混凝土的供应进度及工程质量，也在总结经验的过程中制定了专项生产技术方案。在生产中遇到的情况、处理及进一步的控制措施如下：5.1避免两种类型外加剂的混用本公司设立一条生产线（HZS180型）作为海滨大道工程专用，由于同时供应的其它部位高性能混凝土（灌注桩、承台、系梁等）采用萘系外加剂，若供应箱梁时采用聚羧酸外加剂配合比生产时，应将搅拌机、罐车彻底洗刷干净。否则与残留萘系减水剂混合后，将导致混凝土工作性能极差。初始采用聚羧酸供应时，出机混凝土坍落度均在210mm左右，但和易性及流动性差，到达施工现场后只有100-120mm，而且几乎没有流动性，振捣时振动棒拔出后孔洞不易弥合。原因：1、搅拌机及罐车洗刷不彻底；2、聚羧酸与萘系为两种截然不同的外加剂，对比其性能不难发现萘系PH值在9.5左右，属碱性，而聚羧酸外加剂PH值为5.5左右，属弱酸性，易发生反应。处理措施：1、将状态异常混凝土降级作临建使用；2、再次生产时，两种外加剂严格分开使用，生产时固定生产线、固定搅拌运输车及泵车，清洗干净；3、由于聚羧酸外加剂的弱酸性，与铁制容器长期接触会发生反应，影响其质量，必须采用单独的聚乙烯塑料罐盛装，另需单独的PVC管道和计量装置；4、若生产任务较为繁重时，为提高生产效率，全部采用萘系外加剂。5.2坍落度控制预制箱梁对于外观的要求较高，因此，对于混凝土质量的稳定，尤其是坍落度的稳定和均匀性，对于减少水纹、云斑、色差甚至孔洞、浮浆过厚等缺陷起到重要作用。现象1:聚羧酸外加剂掺量少、减水率高，生产时对用水量极为敏感。当用水量有波动，增减3-5Kg时，坍落度变化显著，轻微泌水或无扩展度。应对措施：1.增加骨料含水率的检测频次，保证生产用水量准确，针对砂子含水建议每个工作班或连续供应过程中每两小时测一次，增加频率，保障用水量的准确度；石子方面，最好是直接干筛。本站在供应前期，为保证石子质量，采用水洗2-3遍，存放一周晾干，但在实际生产过程中，大堆石子外部干燥但内部仍然较湿，且不同层面含水也不均匀，对坍落度的稳定性影响较大。后改为直接干筛，效果较好。2.不授予机操人员调整用水量权限。现象2:计量有误差，出现超掺情况，出机混凝土坍落度偏大，经过搅拌和运输，到施工现场时有轻微离析状，检测其基本性能时，有泌水及板结等现象。作为试验用混凝土，浇筑时不易振捣，上部板结严重。拆模时有粘模现象，试验箱梁底部有明显水纹，内部侧面则有蜂窝现象，外观较差。应对措施：1、延长搅拌时间，保证搅拌均匀性；2、与外加剂厂家沟通协调，将外加剂掺量由设计的1.2%提高至2.0%，减小相对误差，降低计量敏感度；3、升级生产控制系统的管理软件，更换传感器，保障计量精度[1]。5.3浇筑施工控制天津地区夏季平均温度超过25℃，最高气温超过38℃，白天供应混凝土坍落度损失较大，导致施工操作时间变短，影响施工效果，外观差。原因分析：1、气温高，砂石等集料经暴晒后温度更高，出机混凝土温度达到30-35℃，加速了水化反应；2、工人高温作业影响施工效率，偶尔有箱梁混凝土浇筑收尾时，上部混凝土因失水过快，己无法振捣，造成蜂窝、麻面以及面层开裂等质量问题。应对措施：1、针对混凝土夏季施工特点和诸多不利因素，与施工方沟通后，调整夏季预制箱梁混凝土浇筑时间，于每天早晨6点前和下午8点钟以后时段施工，以此控制混凝土温度，保证质量；2、施工工艺的改进，在箱