3.C50箱梁混凝土配合比选定报告

中铁十一局集团桥梁有限公司安图制梁场 配合比审批报告

C50箱梁混凝土配合比选定报告

1 概述

吉图珲铁路客运专线箱梁预制采用高性能混凝土技术，高性能混凝土的配合比试验研究是客运专线箱梁生产质量的关键，是实现我梁场创优目标的重要组成部分。箱梁使用的高性能混凝土，除满足施工强度要求外，还必须满足高性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，特别强调混凝土的坍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坍落度,大流动度, 若和易性能不好,容易造成混凝土离析,泌水，不能满足桥梁的内实外美的要求。

我中铁十一局集团桥梁有限公司安图制梁场试验室于2011年6月开始进行配合比试验工作，包括原材料的试验，配合比的设计和试验等工作。现已经完成C50预应力混凝土的配合比的试验工作，并选定了基本配合比。

2 配合比试验配制原则

我试验室按照《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》铁科技[2004］120号、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基[2005]101号、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010、《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000、《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002等依据选定配合比：

2.1 进行原材料的比选试验，确定品质性能符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》要求的水泥，粉煤灰、砂石、外加剂和水用于混凝土试配。 2.2 混凝土的配合比重要参数:

2.2.1 标准规定C50箱梁混凝土胶凝材料用量不超过490kg，其最低量按最不利环境作用等级（H4或L3或D4）设计时应该不低于360kg/m3；

2.2.2 水胶比按最不利环境作用等级（H4或L3或D4）设计考虑时，不大于0.35； 2.2.3 矿物掺合料掺量:采用单掺或者双掺技术时,粉煤灰的掺量都不宜大于30%； 2.2.4 碱含量，当采用砂浆棒法膨胀率在0.10-0.19%之间的碱-硅酸反应活性骨料时,各种材料带入的碱含量总和不大于3.0 kg/m3；

2.2.5 氯离子含量，各种材料带入的氯离子总量不大于胶凝材料总量的0.06%。 2.2.6不同环境下，混凝土的三氧化硫含量不应超过胶凝材料总量的4.0% 2.3 混凝土拌和物性能：

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2.3.1 混凝土坍落度:为满足箱梁灌注，混凝土入模时坍落度要求不小于120mm，考虑泵送管道（管道按50m长度算）和经时坍落度损失，混凝土出机坍落度应该控制在200±20mm，半小时经时坍落度损失一般不大于30mm，最大不超过50mm。

2.3.2 混凝土含气量：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，根据规范标准预制梁混凝土出机含气量控制在2.0~4.0%。 2.4 混凝土的力学性能：

根据我箱梁生产的最快进度要求（月生产能力45榀），配合比设计考虑强度增长必须满足：蒸养36小时（静停4h，升温6h，至40?5℃，恒温18h，降温12h至环境温度），R5d≥43.5MPa，自养10d，R10d≥53.5MPa，弹模E10d≥35.5GPa, R28d≥58.5MPa，弹模E28d≥35.5GPa.

2.5 混凝土耐久性能：

检验项目 电通量 抗冻性 抗渗性 抗碱骨料反应 标准要求 ≤1000 F200 ≥P20 膨胀率0.1%以下 备注 724 >200次 >P20 砂浆棒法 3 我试验室配合比设计重要参数和方案的初步选择

3.1 胶凝材料用量的选择：

根据规范要求，C50混凝土配合比最大胶凝材料用量不应超过490kg/m3，我们选择490kg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。

3.2 粉煤灰单掺方案的选择:

粉煤灰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，粉煤灰在施工中各有优缺点。粉煤灰具有火山灰效应，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，流动性较好，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

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性好。

3.3 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，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,水泥用量多而混合材用量少些,早期强度高些。根据高性能混凝土暂行技术条件规定：“预应力混凝土及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%”。因此本配合比选择混合材掺量为22%。 3.4 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，对混凝土的坍落度保持，凝结时间的控制很有效果，且因掺量小，价格相差不太大，故考虑选聚羧酸高效减水剂。 3.5 二级碎石掺量比例的选择

箱梁制造工艺要求碎石按两级级配分掺，有效的保证了碎石在混凝土中的最小空隙率，保证了混凝土的密实性，耐久性。寻找碎石的最佳分掺比例，达到最小的空隙率。必须经试验确定粗细档碎石掺量，才正式进行配合比试验。 3.6 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%。石子粒径越小，砂子越粗，砂率应该取上限。

4 原材料试验

4.1 原材料的选择：

选用减水剂时必须与厂家确定减水剂的含固量和减水率，含固量指标要求为S＞25%时，0.95～1.05S；S≤25%时，0.90～1.10S（S为试拌配合比时所用减水剂的含固量），减水率指标为27.34%（为试配时减水剂样品的减水率）。同时还需进行减水剂与水泥适应性试验。

5 拌和前试验

5.1 细骨料

配制混凝土用砂为石门镇大成砂场河砂，细度模数为Mx=2.8，堆积密度为1.54g/cm3，表观密度为2.61g/cm3。

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5.2 粗骨料

粗骨料主要采用敦化市沙河沿养老院采石场的碎石，最大公称粒径为20mm，二级级配，表观密度为2.76g/cm3，细档（5～10mm），粗档（10～20mm）。试验搭配分析研究，具体结果见下表。从中可以看出细档与粗档的比例为3：7时，粗骨料的堆积密度最大。因此，试验中主要采用此搭配的粗骨料。

表2 粗骨料掺配比例计算表

筛孔直径 小石累计筛余% 试验结果 19mm 0 6 5 0 4.2 -0.8 0 3.9 -1.1 0 3.6 -1.4 0 3.3 -1.7 0 3.0 -2.0 9.5mm 5 86 60 1.5 60.2 1.7 1.8 55.9 -2.4 2.0 51.6 -6.4 2.3 47.3 -10.5 2.5 43.0 -14.5 4.75mm 90 96 95 27.0 67.2 -0.8 31.5 62.4 -1.1 36.0 57.6 -1.4 40.5 52.8 -1.7 45.0 48.0 -2.0 2.36mm 99.1 99.2 97.5 29.7 69.4 1.7 34.7 64.5 1.7 39.6 59.5 1.7 44.6 54.6 1.7 49.6 49.6 1.7 与标准值中值之和 1.8 -2.9 -7.5 -12.2 -16.9 大石累计筛余% 累计筛余中值% 小石30% 1 大石70% 与标准值中值差 小石35% 2 大石65% 与标准值中值差 小石40% 3 大石60% 与标准值中值差 小石45% 4 大石55% 与标准值中值差 小石50% 5 大石50% 与标准值中值差 由以上结果可以看出，当细档与粗档碎石以3：7搭配时偏差值之和最小所以此时堆积密度也最好。

5.3 减水剂和水泥的适应性

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，并且根据甲控

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材料名录选择了北京恒峰永信科技发展有限公司聚羧酸类高效减水剂。 并掺入矿物掺合料进行减水剂适应性试验，试验结果良好。

表4 水泥和减水剂适应性试验

水泥 吉林亚泰龙潭水泥有限公司 粉煤灰 国华尨电延吉电热有限公司 减水剂 北京恒丰永信科技发展有限公司 净浆流动度 浆体情况 备注 1 1 0 22% 1.0% 1.0% 265 275 良好 良好 6 试拌配合比的初步选择：

根据以上方案原则，初步确定了用吉林亚泰龙潭水泥和北京恒丰减水剂采用1.0%掺量进行配合比试配。具体配合比计算见附表：混凝土配合比计算书。

7 混凝土有害物质含量的计算

经过混凝土配合比设计参数的初步选定，根据配合比设计原则，在混凝土总碱含量、氯离子含量和三氧化硫含量达到要求基础上才能开展拌合试验。故在进行拌合试验前，还应该进行混凝土总碱含量和氯离子含量的计算。 粉煤灰的可溶性碱含量按总碱含量的1/6进行折算。 计算结果见附表：混凝土有害物质计算书。

根据计算结果可以看出,配合比中混凝土的总碱含量、氯离子含量和三氧化硫含量均未超过标准的规定,即混凝土总碱含量小于3.0kg/m3、氯离子含量不超过胶凝材料比例的0.06%、三氧化硫含量不超过胶凝材料总量的4.0%，故可进行下步混凝土拌合试验。

8 混凝土拌合性能试验

试验采用60L的强制式搅拌机。投料顺序为：骨料-粉料-预拌30s-投入液态材料-继续搅拌150S，从投入水开始计算时间，出机后立即进行初始坍落度试验，扩展度试验和含气量试验，静置30min和60min后，再做坍落度试验，扩展度试验和泌水率、含气量试验。

坍落度试验mm 编号 坍落度 扩展度 30min后坍落度 30min后扩展度 60min后坍落度 60min后扩展度 30min损失 含气量% 泌水率% 压力泌水率 容重kg/m 3SP1 205 450 200 420 190 400 5 3.5 0 0 2420 以上试验数据可以看出,该配合比坍落度满足施工要求, 坍落度损失也不大。含气量基

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本在控制范围内，无泌水现象，因此，以上配合比试验达到预期效果。

9 混凝土抗裂试验

随后进行了抗裂试验，24小时拆模后，移入20度温度，60%湿度室内，经过56天观测，均未发现裂纹。可判定抗裂试验合格。

10 混凝土力学性能试验

抗压强度MPa 编号 R3 SP1 弹性模量GPa R28 64.1 E10 38.7 E28 42.0 R5 46.2 R10 55.5 37.7 以上试验可以看出,试验混凝土强度和弹模均满足C50混凝土的配制要求,高于配制强度58.5MPa, 富裕系数合理，且强度发展情况良好,能够满足施工进度要求。弹摸强度值也满足标准要求。

11 配合比不利环境下的验证试验

考虑到我梁场需要进行冬季施工，为验证该配合比在冬季不利条件下的强度和弹性模量是否满足梁场生产要求，进行了模拟冬季环境时配合比强度和弹性模量的试验。

利用试验室的养护箱进行制冷，将温度控制在10℃以下，对室内温度和湿度进行跟踪记录，将预制好的试件在该环境下养护十天后进行试验。试验结果为：

不利条件养护龄期 10d 抗压强度MPa 54.8 弹性模量GPa 37.5 根据模拟冬季较低气温环境下的不利条件，所得混凝土10天龄期的强度和弹性模量能满足预制箱梁终张拉强度大于53.5MPa和弹性模量大于35.5GPa的要求。

12 配合比的选定

12.1根据以上试验情况，结合实际施工中坍落度200±20mm的要求，对该组配合比进行耐久性试验。

12.2配合比的调整和优化

12.2.1 根据实际容重调整配合比（误差在2%以内可不做调整）。 12.2.2 继续进行混凝土拌合试验，改善和易性能，调整最佳砂率。 12.2.3 生产前期根据施工情况对配合比进行必要的微调整。

12.2.4 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。

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12.3 确定配合比：

混凝土配合比，kg/m3 编号 SP1 水泥 382 粉煤灰 108 砂 712 石 1068 外加剂 4.9 水 150 12.4 配合比参数：

混凝土配合比参数 编号 SP1 胶材总量 490 混合材掺量 总掺22% 水胶比 0.31 砂率 40% 比重 2420 外加剂掺量 1.0% 13 耐久性试验

将抗渗性、电通量和抗冻融试块送铁道部建筑检验站进行耐久性试验所进行的耐久性试验指标均符合标准要求。

14 附件

附件一 混凝土配合比计算书及混凝土有害物质计算书 附件二 混凝土强度试验报告 附件三 箱梁混凝土用原材料检验报告 附件四 混凝土耐久性试验报告

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