高速铁路预制箱梁 C50混凝土施工质量控制

高速铁路预制箱梁 C50混凝土施工质量控制

师朝军

中铁十一局集团桥梁有限公司

摘要：进入21世纪以来，高速铁路蓬勃发展。在高速铁路中常用到预制后张法预应力混凝土简支箱梁，其本身特有的C50高性能混凝土属性是其它混凝土结构无法超越的。本文根据施工现场实际，从预制箱梁配合比设计、原材料控制和施工工艺等方面进行阐述，为预制箱梁施工质量控制提供参考。

关键词：高速铁路 预制箱梁 C50混凝土 质量控制

引言：在特殊的环境内，C50混凝土通过人为的改变，使其拥有较高的力学性能，如抗压、抗折、抗拉强度；高耐久性，如抗冻融循环、抗碳化和抗化学侵蚀；高抗渗性等特点。正是因为其存在众多的优点，所以C50混凝土在很多工程上都有使用，高速铁路预制箱梁正是用其浇筑而成。下面就高速铁路预制箱梁C50混凝土在施工过程中质量控制进行总结分析。

1 C5O混凝土配合比设计

配合比设计是高速铁路箱梁预制的关键技术，是实现结构耐久性的基础，配合比的优劣将直接影响箱梁的质量。C50混凝土配合比设计主要包括2个步骤:一是选择适宜的组成成分(水泥、细骨料、粗骨料、水、外加剂、掺合料等)。二是设计它们的相关数量或比例，使之混凝土除满足强度、弹性模量的要求外，还需满足抗碱骨料反应、抗氯离子侵蚀性、抗渗性、抗冻融、抗蚀性等耐久性性能要求。配合比设计时还应掌握设计图纸，了解混凝土结构设计要求的混凝土耐久性能、工程所处环境、结构的断面尺寸及钢筋的配置情况，同时还要考虑混凝土的搅拌、运输及振捣等施工条件，以选定适当品种、标号的水泥，选定合适的集料、掺合料以及外加剂等材料，确定适宜的拌和物稠度。

基于抗裂和耐久性要求，加入矿物掺合料和高性能聚羧酸减水剂是配制高性能混凝土的主要措施。另外在配合比设计时应遵循低水胶比、低砂率、高骨灰比的原则。

2 C5O混凝土原材料质量控制

预制箱梁C50混凝土在配置上不同于普通混凝土，为确保高速铁路桥梁主要承重结构能满足100年使用年限的要求，必须有优质的原材料作保障，综合高性能混凝土的配制原则及要求，在配合比设计之初必须严格把好原材料料源关，由于预制箱梁属于工业产品，选定的各种原材料必须经过国铁集团指定的检测机构复检后方能使用。

2.1 水泥

水泥应选用标号不低于42.5的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。C3A的含量不宜超过8％，CI含量不宜超过水泥重的0.06％，碱含量不宜超过0.6％，其余性能应符合TB/T 3275-2018《铁路混凝土》的规定。首选低碱含量，低氯离子原材料。

2.2 矿物掺合料

（1）粉煤灰

粉煤灰属于火山灰质掺合料，它的主要化学成分为SiO₂和Al₂O₃，粉煤灰活性主要取决于其所含的活性化学成份、玻璃体含量以及粉煤灰的细度。在混凝土中掺加粉煤灰可以明显改善混凝土流动性，粉煤灰中含有许多球形颗粒—玻璃微珠，而水泥颗粒是不规则的几何体，粉煤灰中的这些微珠在水泥颗粒间起到“滚珠”作用，减小水泥颗粒间相对滑移时的阻力，进而增大浆体的流动度；当粉煤灰颗粒细度小于水泥颗粒细度时，粉煤灰颗粒将填充在水泥颗粒之间，改善胶凝材料粉末颗粒的级配，这有利于浆体的流动，从而增大水泥基材料的流动度。同时掺粉煤灰的混凝土早期强度较低，且随粉煤灰掺量的增加而降低，但是后期强度增长潜力较大，考虑到本工程箱梁需要3d初张拉，7d终张拉，故粉煤灰掺量不宜过大。当粉煤灰、矿渣微粉两者复掺时，可以发挥出较明显的“叠加效应”，满足混凝土工作性和早期强度要求。

（2）矿粉

矿渣越细，早期强度越高，但对后期强度的影响逐渐变小。采用矿渣微粉配制的高性能混凝土，一定条件下能明显改善混凝土的流动性，提高强度，尤其可以实现高性能混凝土具有优异的耐久性能。采用矿渣微粉可以利用工业废料，保护环境，符合国家可持续发展的战略要求。

所以，I级粉煤灰和矿粉双掺是理想的矿物掺合料组合。掺入一定量的粉煤灰，充分发挥粉煤灰的三大效应，既能降低工程成本，又能减少水化热，减小混凝土自身收缩膨胀，有利于高性能混凝土的耐久性。矿粉是细粒填充材料，显著降低混凝土的渗透性，提高抗渗性及抗碳化能力，同时混凝土成本可显著降低。矿粉和粉煤灰的掺入，可以更好的改善混凝土的和易性，黏聚性，泌水得到改善；有效减少混凝土早期温度收缩裂缝，使抗裂性得以加强，同时也可降低成本，提高经济效益。

2.3 骨料

（1）细骨料

选用颗粒坚硬、强度高、耐风化、质地坚硬而洁净的天然河砂。要求细度模数在2.6～3.0的中砂，含泥量不应大于2.0%，由于泵送需要，要求级配良好，2.36mm筛孔的累计筛余宜小于15%，氯离子含量小于0.02%，0.3mm筛孔的累计筛余量宜在85%～92%范围内，泥块含量控制在0.5%以下，且要控制碱活性，防止碱集料反应。

（2）粗骨料

粗骨料选用玄武岩生产的碎石，质地均匀坚固，粒型和级配良好、吸水率低、空隙率小。控制指标为母岩抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2，含泥量小于1.0%，泥块含量小于0.5%，针片状颗粒含量小于5%，压碎值指标小于10%，氯离子含量小于0.02%，最大粒径不应大25mm，且同样要控制碱活性，防止碱集料反应。

在日常检测工作中，要加强质量控制，不合格的骨料退场，河砂需采用现场筛砂机筛选，碎石需采用现场洗石机水洗，直至检测结果满足要求。

2.4外加剂

采用新一代的聚羧酸高效减水剂，减水效果好，氯离子含量少，与萘系减水剂相比，引气及泌水效果更好，更有利于混凝土质量控制。并能有效降低混凝土用水量，增大混凝土坍落度，有效控制混凝土坍落度损失。混凝土的粘聚性、保水性、流动性满足施工要求，早期强度好，具有明显的增强效果。使用中除了常规指标满足规范要求外，重点检测掺入外加剂的混凝土性能。新进场外加剂首先进行室内混凝土性能指标检测，采取坍落度和扩散度双控制，如出现坍落度损失大（要求1小时不损失），保水性差，流动性不好，扩散度小于400mm，则由厂家现场驻点技术人员进行调整，如仍不能满足要求，就作清退处理。

2.5拌合水

拌合水可采用饮用水，当采用其他来源的水时，需严格控制水的品质，限制氯离子、碱含量等指标。严禁使用未经处理的海水、工业污水和PH值小于6.5的酸性水。

3 C50混凝土施工质量控制

通过加强混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣和养护等环节的管理，采取有效的质量控制措施，有效地保证C50高性能混凝土施工质量。

3.1 混凝土的搅拌

混凝土搅拌前需严格按设计重量配合比准确称量，最大误差范围为胶凝材料、添加剂、搅拌用水的误差在±1%，粗细骨料最大误差±2%。为保证施工配合比准确，因粗细骨料内的含水率会根据天气的不同而产生差异，在混凝土搅拌前需及时更新粗细骨料含水率数据，晴天情况下，管理人员应每天测两次，雨天情况下应在每次使用前测量，保证数据的有效性、及时性。原材料称重时应使用电子秤准确称量，保证混凝土配合比不发生变化。搅拌设备使用强制式搅拌机充分搅拌，投料顺序依次为细骨料、水泥、添加剂，充分搅拌，按比例加入水，投入粗骨料继续充分搅拌，保证混掺均匀。每次添加原材料前搅拌时长需大于30s。

3.2 混凝土的运输

为避免混凝土在运输过程中产生离析和泌水，在泵送混凝土前应保证混凝土达到泵送的工艺条件，其中确保塌落度应足够小。塌落度在泵送至较高时尤为重要，常规情况下应保证下口是可以相对移动。泵送混凝土的管路除了在末端是软管外，其他地方需采用硬管，在距离搅拌端15m范围内应保证管道的水平，软管部分禁止与钢筋和模板相互碰撞，全线管道应固定牢固。末端软管与垂线角度大于12°时，混凝土在传输过程中会有空气进入管道造成阻塞，故应减小夹角。在高温时添加湿帘，在低温时添加保温材料包裹。混凝土不可长期搅拌最大搅拌时间是60min，同时在混凝土初凝一半前，需要将其所有都放入泵内进行泵送浇筑。对于特殊炎热的天气应提前做好防护措施，保证在浇筑过程中混凝土的塌落度符合浇筑要求，避免影响浇筑质量。

3.3 混凝土浇筑

预制箱梁浇筑时，首先需保证温度条件，模板温度范围应在5-35℃，混凝土浆液和骨料进入模板时的温度范围在5-30℃。其次需要保证自由下落高度，当高度大于2m时，为保证其不产生离析和泌水现象，需要在下落前给予辅助工具，保证平稳、缓慢下落。通常使用的辅助工具有滑槽、串筒以及漏斗等。混凝土的施工工序要采用分层连续浇筑方式进行，每层时间间隔最大不应超过90min，因按设计和施工规范设置施工缝。混凝土的每层的层高一般在300～400mm范围内，摊铺厚度小于400mm。对于预制大体积混凝土构件应采取相应的降温措施，防止混凝土开裂等现象发生影响预制箱梁质量，如搭建遮阳棚、预设冷水循环系统等。后期浇筑的混凝土与前期浇筑的混凝土或岩体间温差需小于15℃，保证之间的连接性。预制混凝土施工时应连续、稳定、快速，一个预制件浇筑时间应小于6h，且提前于混凝土的初凝。

3.4 混凝土的振捣

混凝土的振捣方式分为插入式、附着式、表面平板式振捣。振捣时不应接触模板、钢筋和预埋件，防止改变预制件受力。在混凝土浇筑前需设计好振捣方式和振捣点的布置，施工过程中不应随意改变振捣点的数量，每个振捣点需充分振捣，直至表面泛浆，整体呈现水平，无局部出现显著下沉。但每个振捣点振捣时间不应超过30s，以防过振。当采用插入式的振捣方式时施工人员需注意要快插慢拔，插入点应有序、均匀，按一定顺序进行移动，保证整个截面都振捣，避免遗漏。预应力混凝土在振捣时一般以侧振为主，插入式振捣为辅，充分振捣密实。

3.5 混凝土的养护

混凝土在振捣结束后应及时采取有效的保护。振捣完成后混凝土通常是处于暴露在环境之中的，为养护到位需及时对其表面进行覆盖，减少水分蒸发，一般采取的措施是塑料布、篷布等进行覆盖。在未达到混凝土初凝前应打开覆盖物，施工人员利用抹子将其表面抹平，至少操作两遍。抹平后再次进行覆盖养护，但覆盖物需与混凝土保持一定间隔，避免破坏表面的平整。预制混凝土的养护环境应维持在5℃，当低于5℃时应在混凝土外截面喷涂养护辅助剂，当温度高于5℃时应浇水养护，但是不能对其进行洒水。在未拆模之前需带膜进行浇水、喷水、淋水，同时也可以进行蒸汽养护，达到保湿的效果。拆模后应继续对混凝土进行养护，保证混凝土构件处于湿润的状态。在上述方法施工后混凝土仍未达到养护标准时应采取喷洒养护剂的方式，在其表面形成一层保护膜，避免混凝土内水分蒸发，进而达到养护标准。混凝土施工后为避免因为环境变化，即温度够高或骤然下降等变化，混凝土需严格做好保温措施。混凝土养护时期，管理人员应按规定时间间隔对存放混凝土的场所进行测量砼的湿度、温度、风速、混凝土表层和内部温度测量，并做好记录。发现温度升高及时采取相应措施如预设循环冷却水等，认真做好内外温差控制工作。

4 结束语

预制箱梁通常在高速铁路桥梁工程中占据主要的作用，其质量的好坏直接影响着工程的质量，因此对于箱梁的要求严、标准高。箱梁是依据相关的设计和施工标准，但施工过程中会产生较多的经验和方法，对预制后张法预应力混凝土箱梁的质量控制提供帮助。

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