C50预制箱梁混凝土配合比的选用原则及混凝土质量控制要点

摘要：本文以京沪高速铁路土建工程三标段中国水电八局邹城制梁场混凝土C50箱梁配合比设计、采用情况，以及混凝土质量控制过程为基础，探讨C50预制箱梁混凝土配合比选用原则以及混凝土质量控制的要点。

关键词：京沪高速铁路；预制箱梁；配合比设计；质量控制

中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：

工程概述

京沪高速铁路是《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项铁路工程，也是我国第一条具有自主创新技术、世界先进水平的高速铁路。京沪高速铁路正线全长约1318km，桥梁长度约1140km，占正线长度86.5%；中国水电八局有限公司邹城制梁场主要承担高速铁路土建工程三标段DK534+971.43～DK581+112.10里程范围内556榀31.5m/23.5m（直线、曲线）跨度预制箱梁预制施工，其中31.5m跨度梁515榀、23.5 m跨度梁41榀。混凝土箱梁长32/24m、梁面宽度12.1m、梁高3.05m，箱梁类型为双线无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁。

由于全线预制箱梁里程占据全线比例较大，箱梁预制施工进度直接影响总工程进度情况。预制箱梁的预制进度受制梁场资源配置、混凝土达到初张强度要求的龄期两个因素的影响，在资源配置一定情况下，如何进可能提高混凝土早期强度是提高进度的关键。提高混凝土早期强度有两个关键：一、通过选用合适的配合比，二、加强混凝土生产质量控制，本文以京沪高速铁路工程邹城制梁场预制箱梁生产过程为基础，阐述预制箱梁混凝土配合比选用原则，以及混凝土质量过程控制的关键要点。

混凝土设计技术要求

依据设计图纸、相关客运专线标准、规范，京沪高速铁路预制箱梁混凝土其技术指标主要由以下要求：强度等级C50、弹性模量≥35.5GPa、抗（水）渗透等级P20、抗冻性F200、抗氯离子渗透＜1000 C（库伦），抗裂性、护筋性、耐磨性以及抗碱－骨料反应性满足设计要求。

混凝土工序施工质量控制标准

预制箱梁工序施工可以简单的分为模板准备――钢筋安装――混凝土灌注――养护（蒸汽）――预初张拉――移梁――终张拉――封端等工序。其中前5个工序施工均在制梁台座上完成，如何在有限数量的制梁台座配置上，缩短工序施工的占用的时间，提高混凝土早期强度满足初张拉强度要求，是预制梁场进度施工控制的关键。

《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》对预制箱梁张拉工序施工明确规定：对预制箱梁进行初张拉时，各部位同条件养护试件强度应大于设计强度的80%+标准差3.5MPa，也即43.5MPa）；进行终张拉时，各部位同条件养护试件强度应大于设计强度+标准差3.5MPa，也即53.5MPa。但以上两个条件也实际上要求预制箱梁混凝土强度不允许低于设计强度。

因此作为C50预制箱梁混凝土配合比设计及质量控制有两个关键：一、混凝土设计龄期强度及耐久性指标满足混凝土强度设计技术要求。二、混凝土到达初张拉要求的80%设计强度同条件养护龄期满足工程施工进度提出的龄期要求。如何选用合适的配合比是既满足混凝土质量要求，又满足进度要求的关键。

混凝土强度与箱梁预制进度关系

根据预制箱梁的施工工序，在制梁台座资源配置一定的情况下，尽量缩短混凝土早期达到43.5MPa的时间，是加快制梁台座周转速度、提高箱梁预制进度的关键。

以邹城城制梁场为例，其最高月计划箱梁灌注完成量为56榀，按每月30天计，其日浇筑完成量为1.87榀，按10个制梁台座，每个台座周转的时间为5天8个小时。其中初张拉提梁――模板准备――钢筋安装――混凝土灌注约占用22个小时、实际混凝土达到初张的有效龄期是4天10小时；也即要求混凝土灌注完成后 4天10小时内（约4天）必须达到43.5MPa的强度。

进度对配合比要求

C50混凝土，其配制强度Fcu,k=50+1.645×σ=58.2MPa(σ取5.0 MPa)、为使C50混凝土在生产质量满足95%保证率要求，在5.0 MPa标准差一定的情况下，其混凝土28天标准养护抗压强度平均值应不低于其配制强度。

根据进度提出的混凝土强度达到43.5MPa的要求龄期为4天10小时，则要求当以58.2MPa作为混凝土配合比配制强度时，根据混凝土典型强度发展曲线图（图1）可知,混凝土在4天10小时的混凝土强度发展系数至少为0.75，3d龄期强度发展系数至少为0.62，如图所示。

施工配合比的选用

根据生产需要，邹城制梁场分别进行以下7个C50预制箱梁混凝土配合比设计试验，试验分别水胶比采用0.31、0.30；掺和料采用20%粉煤灰+20%矿渣粉、15%粉煤灰+15%矿渣粉、20%粉煤灰、30% 矿渣粉以及10%粉煤灰+15%矿渣粉五个组合比例进行。根据附表6.1、6.2可知：一、8套配合比28天标准混凝土抗压强度最小值62.3MPa、均满足≥58.2 MPa配合比设计配制强度的要求；二、不同的掺合料掺配比例对混凝土强度发展产生不同的影响。其中第2、3、4、7套均具有较高的混凝土强度3/28天发展系数，满足上述提出的3d/28d强度发展系数大于0.62的标准。

配合比统计结果见附表1，配合比强度及各龄期发展系数见附表2。

表1 配合比统计表

注：配合比材料为P.O42.5水泥（低碱）、Ⅰ级粉煤灰、S95级矿渣粉，石灰岩碎石、天然砂。

表2配合比强度发展关系统计表

注：注：1、1～3序号配合比采用山东榴园P.O42.5水泥、第4～7序号配合比采用山东鲁城P.O42.5水泥；粉煤灰为邹县Ⅰ级粉煤灰、矿渣粉为济南“鲁新”S95级矿渣粉。

根据以上试验成果，第2、3、4、7套配合比其3d抗压强度系数大于0.62，满足进度与配合比关系所确定的选用原则，其早期强度能满足混凝土灌注后约4天即可以进行初张拉的强度要求。

根据以上试验成果，第2、3、4、7套配合比其龄期与强度发展系数分别如下图2、3、4、5所示，由插图可知其4天强度发展系数分别为Ki=2=0.74、K i=3=0.75、Ki=4=0.74、Ki=4=0.76；接近前面提出的0.75要求。

因此依据以上试验成果，结合本工程预制梁预制进度要求，2、3、4、7号配合比基本能满足本梁场无渣轨道预制梁预制进度要求；也即混凝土掺合料选用宜选择粉煤灰15%+矿渣粉15%、粉煤灰20%、粉煤灰10%+矿渣粉15%等组合，水胶比宜小于0.30。

混凝土生产过程中质量控制关键因素

混凝土配合比经过合理选用后，在混凝土实际生产中，混凝土生产控制宜控制混凝土28d抗压强度平均值在配置强度58.2MPa以上，当28d抗压强度平均值较大低于58.2MPa时，也会会导致混凝土早期抗压强度平均值偏低，延长混凝土到达初张拉控制强度的龄期。

根据试验成果，地材质量、外加剂减水率质量、水泥强度的波动以及外掺物质量的波动是影响混凝土强度波动的主要影响因素，其中地材质量、外加剂减水率质量是重要因素，

《客运专线预应力预制梁暂行技术条件》明确提出了各原材料的质量控制标准，同时也规定了细骨料采用天然洁净的河砂，但由于天然砂分布散、产能规模有限、品质不一，在一定程度上影响砂的品质。有试验数据说明，天然砂的含泥量对外加剂的减水率、混凝土的保坍性能有影响较大，因而作为预制箱梁用细骨料，其含泥量应严格控制在≤2.0%的范围内。

混凝土外加剂减水率在受砂含泥质量影响、自身品质稳定、水泥适应性影响的情况下，会导致减水率波动，在进行外加剂检测时，宜采用混凝土生产各原材料对施工配合比复合，调整混凝土外加剂掺量，是实际施工配合比坍落度与混凝土配合比设设计阶段吻合。

混凝土质量控制及施工进度控制成果

根据556榀箱梁2462组28天标准养护抗压强度结果说明：邹城制梁场混凝土质量控制取得较好的控制成果，6混凝土平均值59.0 MPa、最小值52.3 MPa，最大值71.5MPa、标准差3.4 MPa。混凝土强度满足设计强度等级要求、控制水平达到优良水平；多次混凝土耐久性取样，抗（水）渗透等级均大于P20，200次抗冻融重量损失率最大值为1.28%、相对动弹性模量最小值为90.7%，电通量最大值为551C，耐久性检测结果均满足设计提出的P20、F200、＜1000C（库伦）的技术要求。

混凝土张拉工序施工一般由试验室进行强度试验合格后，通知制梁场进行相应的张拉工序施工，除终张拉有＞10天的龄期要求外，初张拉工序施工一般强度满足张拉强度要求即可。通过统计结果可知：混凝土达到初张拉的平均龄期为3天18小时，满足高峰期提出的小于4天10小时的进度要求。以上情况说明，根据上述配合比选用原则选用的配合比能良好满足本工程预制梁混凝土预制施工进度要求。

结语

通过本工程实践结果说明，本工程所选用的混凝土配合比，其混凝土各项指标满足设计要求，预制箱梁达到初张拉的平均龄期为3天18小时，满足高峰期提出的小于4天10小时的进度要求，根据上述配合比选用原则选用的配合比能良好满足本工程预制梁混凝土预制施工进度要求。《客运专线预应力预制梁暂行技术条件》规定了混凝土掺合料的掺用上限、水胶比等参数，在设计配合比中、应结合本工程生产进度要求，选用恰当的掺合料掺量或组合掺量，从而得到混凝土合适的早期强度（早期强度发展系数），使混凝土配合比既满足混凝土设计技术要求又满足施工进度要求。

混凝土作为高速铁路（客运专线）的无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁预制生产的制梁场、其集成了混凝土浇筑施工及产品集成化生产的工厂产品生产的特点。由于其产品数量额定、在满足箱梁架设的前提下，如何提高产品生产速度，缩短制梁场生产运营时间，是节约和控制制梁场成本关键。

参考文献

1、《客运专线预应力预制梁暂行技术条件》铁科技函[2004]120

2、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基[2005]101

3、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设[2005]157