吴忠黄河公路特大桥C55高性能混凝土配合比设计技术

摘 要：宁夏吴忠黄河公路特大桥主桥为大跨度预应力混凝土连续箱梁，现浇节段法施工工艺，箱梁采用了C55高性能混凝土,为宁夏地区首次应用。以C55高性能混凝土配合比设计为例，阐述了C55高性能混凝土配合比设计方法。

关键词：高性能混凝土预应力混凝土 矿物质掺和料 配合比设计

Abstract: The main bridge of Yellow River Highway Bridge in Wuzhong of Nixia province employs the longspan prestressed concrete continuous box girder.The technique of cast-in-situ and C55 high-performance concrete applied in the box grider are first applied in Ningxia. Taking the mixture ration design of C55 high-performance concrete as an example, this paper will expounds the method of it.

Key words: high-performance concrete; prestressed concrete; mineral admixture; mixture ratio design

中图分类号： U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1. 引言

随着混凝土技术的发展，高性能混凝土（简称HPC）在工程中的应用也越来越广泛。关于高性能混凝土，一般是指高强度、高弹性模量、低渗透性和良好的抵抗外界破坏能力的混凝土。与普通混凝土相比，高性能混凝土具有优良的工作性、良好的体积稳定性和很高的耐久性，是一种具有广阔发展前景的环保型绿色建筑材料。

由于高性能混凝土以结构耐久性作为混凝土设计施工的首要技术指标，在配合比设计方法上，高性能混凝土与普通混凝土相比，既有相似之处，也有不同之处。在材料选择上，除要求采用优质原材料外，一般还需掺加足够数量的矿物掺料和高效外加剂来满足其特殊要求。宁夏回族自治区吴忠黄河公路特大桥主桥为大跨度预应力混凝土连续箱梁，现浇节段法施工工艺，箱梁采用了C55高性能混凝土。

由于C55高性能混凝土为宁夏地区首次应用，且项目所处地区为大陆性中温带干旱气候区，四季分明，冬寒夏热，气候干燥，蒸发强烈，降水集中，风大沙多，昼夜温差大，其变化幅度一般在10℃～20℃之间，故对混凝土结构得耐久性也有其特殊的要求。同时在研究大跨度预应力混凝土连续梁桥线形控制时，混凝土的收缩徐变性能是其必须考虑的重要因素之一，因此研究开发适用于宁夏地区的C55高性能混凝土配合比设计技术具有重要现实意义。

2. 工程概况

吴忠黄河公路特大桥位于宁夏回族自治区吴忠市境内，是连接吴忠市利通区和青铜峡市的重要交通枢纽。大桥全长1819.36m, 宽21.5m，共设38跨，其中大桥主桥上部结构采用（55m+5*92m+55m）七跨预应力混凝土变截面连续箱梁，下部结构为薄壁实体墩、钻孔灌注桩基础；两岸引桥上部结构采用40m跨径装配式部分预应力混凝土连续箱梁，下部结构为柱式桥墩、肋板式桥台、钻孔灌注桩基础。大桥平面位于直线上，桥面横坡为双向2%，其中主桥七跨变截面连续箱梁全部位于凸形竖曲线范围内。

吴忠黄河公路特大桥主桥箱梁采用单箱双室断面，顶板宽21.5m，厚0.30m，底板宽13.5m，厚度为0.32～0.6m，主梁梁高从2.8m～5.8m以1.8次抛物线规律渐变，腹板厚度0.6～0.75～0.9m，翼缘板悬臂长度为4.0m，端部厚0.2m，根部厚0.85m。

主桥箱梁设计为纵、横、竖三维预应力体系，采用挂篮悬臂法现场浇筑、泵送混凝土施工工艺。

3. 材料的选择

高性能混凝土的性能与原材料的性能密切相关。材料的选择必须结合地方资源供应情况，在满足工程技术应用条件和结构要求的条件下，以经济、合理、适用为原则。高性能混凝土原材料主要包括水泥、粗细骨料、矿物质掺和料、外加剂和水等。在宁夏地区，含有丰富粉煤灰、硅灰等材料，但同时也存在着无高强度水泥、碎石母岩抗压强度低的不足。目前宁夏地区各厂家生产的水泥最高强度等级为52.5MPa，地质资料表明，本地区石料抗压强度一般均在80MPa以下，且多以沉积岩为主，因而在混凝土配合比试配材料选择时也有其独特性要求。

根据设计技术要求及当地资源供应状况，吴忠黄河公路特大桥C55高性能混凝土材料选择如下。

3.1. 水泥

水泥选用宁夏青铜峡水泥股份有限公司生产的P.O52.5R普通硅酸盐水泥，外加剂选用山西建材化工有限公司生产的SMS型聚羧酸盐系高性能减水剂。

3.2. 矿物质掺和料

矿物质掺和料包括粉煤灰和硅灰。粉煤灰选用宁夏青铜峡大坝电厂生产的Ⅰ级优质粉煤灰，其细度为5.3%，烧失量为0.66%；硅灰选用宁夏石嘴山市惠农区天先特种材料研究所生产的SF型硅灰，二氧化硅含量92.86%，烧失量（900℃）为0.9%，28d活性指数91%。

3.3. 细集料

混凝土用砂采自井口砂场水洗砂，为Ⅱ区中砂，细度模数为2.77，表观密度2.656g/cm3，堆积密度1.675g/cm3。

3.4. 粗集料

混凝土用砂采自青铜峡丰鑫石料厂生产的碎石，最大粒径20mm。为保证碎石的颗粒级配，采用二级级配，由5～10mm及10～20mm两组级配组成。

碎石二级级配组成通过搭配试验按照最大密实原则确定，试验中按粗档(10～20mm)和细档(5～10mm)组成比例依次为55:45、60:40、65:35、70:30、75:25五个组别依次进行了颗粒分析、堆积密度、表观密度、空隙率试验等，选取空隙率最小、堆积密度最大的一组进行了搭配。最终确定的粗档与细档掺配比例为65%:35%，此时测得的空隙率最小，堆积密度最大。实测空隙率为40.9%，表观密度2.646g/cm3，堆积密度1.563g/cm3，压碎值指标8.9%，针片状颗粒含量2.8%。

3.5. 水

工程用水来自黄河河水，澄清后使用。使用前进行了水质分析试验，实测PH值为6.7，各项检测指标均符合混凝土用水标准。

4. 配合比设计方法及步骤

4.1 确定混凝土的配制强度

高性能混凝土配制强度与普通混凝土配合比配制强度计算方法相同。计算公式如下：

Fcu，0≥Fcu,k+t*σ

式中：Fcu，0—混凝土试配强度(MPa)；

Fcu,k—混凝土设计强度标准值(MPa)，本工程实例中为55MPa；

t—混凝土强度保证率系数，高性能混凝土一般取t=1.645；

σ—混凝土强度标准差，按企业以往施工质量水平测算，如无历史统计资料，

可选用普通混凝土配合比设计规程中的推荐值，对C55混凝土，可取σ=6。

根据以上资料计算，本实例中混凝土试配强度按64.9MPa考虑。

4.2 混凝土配合比设计的参数

4.2.1水灰比及坍落度的选择