C50预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制.docx
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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
C50预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制
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），在约砂
2.7
2590
1550
0.5
0.0
2
0.0
0.0
0.003
合格
0.08
0.00
3.3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
5-20mm
0.1
0.0
1
2790
1520
0
6
合格
合格
38
0.00
0.70
0.00
3.4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（%）
7d
28d
矿粉
S95
80
99
2.95
463
0.12
99
0.82
0.3
0.012
0.68
3.5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
30min
60nim
3d
7d
28d
NDB
40
20.5
64.0
3.4
208
208
192
103
107
105
0.14
3.34
1.190
2.72
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
3d
7d
28d
Structuro
300D1
18
23.5
35.8
2.4
103
+143
--
153
148
140
0.01
0.81
1.039
5.37
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
3d
7d
28d
TM30
0.18
0.35
7.8
8.0
11
7
-
-
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
2h
50-1
160
437
48
684
1071
12.13
9.7
2.1
13:
05
14:
30
220
155
520
380
50-2
160
388
97
684
1071
12.13
9.7
1.9
13:
30
15:
10
230
165
530
410
50-3
160
437
48
684
1071
5.82
9.7
1.7
12:
55
14:
30
210
160
500
400
50-4
160
388
97
684
1071
5.82
9.7
1.6
13:
10
14:
45
220
175
520
420
4.2 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）
3d
5d
7d
28d
5d
28d
5d
28d
7d
28d
50-1
40.0
52.5
55.0
68.0
48.7
56.3
4.03
4.80
6.69
3.46
无渗漏
50-2
37.8
51.9
54.3
71.3
46.5
57.8
3.86
5.15
6.71
3.40
无渗漏
50-3
41.0
53.2
56.2
69.8
53.1
61.6
4.58
5.36
6.48
3.28
无渗漏
50-4
40.2
52.8
55.7
72.5
50.3
62.9
4.38
5.44
6.31
3.02
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，在箱梁外模侧面设置附着式振捣器，采用插入式振捣器与附着式振捣器相结合振捣方法，提高工作效率和振捣效果；3、提高外加剂的调试频率，考虑外加剂与水泥等主要胶凝材料及气温变化等因素的匹配，及时调整外加剂的配方，以满足施工性能为标准。
通过总结前期供应出现的问题并及时采取措施，保障了后续供应的箱梁混凝土良好的和易性及施工性能。
拆模未出现任何型式的裂缝，无泌水而造成的砂线，云斑也很少，外观良好，得到相关各方一致好评。
6结论及期望
（1）高性能预制构件的混凝土供应宜在施工现场建立搅拌站。
由预拌混凝土公司供应，由于考虑运距、交通及气温等因素，技术难度较大，成本增加，对质量控制和经济效果均不利。
（2）不宜以坍落度为控制指标，扩展度更能体现高性能混凝土的流变性能。
（3）聚羧酸系外加剂与胶凝材料的适应性好、泌水率低、保坍性能优异、构件外观光亮、致密、气泡少，氯离子含量及碱含量低，适合配制耐久性混凝土，尤其适合用于有早强要求的高强度混凝土。
但对原材料的品质要求较高，萘系则不然。
聚羧酸系减水剂引入我国的时间不长，不宜盲目从众，应用时应严格控制各生产环节，必要时编制专项生产技术方案。
尤其在与萘系交替生产时，应注意相关机械、设备、管路、储罐等的清洗。
（4）对于C50预制箱梁，应用聚羧酸系和萘系外加剂均可生产出质量较好的混凝土。
但生产过程中的控制重点不同，并且需要从施工角度采取必要的措施。
（5）对初次采用聚羧酸系外加剂生产或计划代替萘系外加剂的搅拌站，建议初期同时采用两种外加剂的配合比，有多条生产线时可选择其一作为试点，生产时要严格控制两种外加剂的混合。
聚羧酸系外加剂的售价降低将利于其在行业的推广应用。
参考文献
[1] 戴会生,王博,谢振生.高性能混凝土在海滨大道工程中的应用.全国混凝土质量控制及标准化新进展学术交流会论文集,2009
[2] JGJ55-2000，普通混凝土配合比设计规程【S】
[3] 孙树,孙袓平,欧阳华林,孙海华.聚羧酸系外加剂在杭州湾跨海大桥工程海工高耐久砼中的应用.江苏建材,2005,1,21:
23
[4] 薛军鹏.聚羧酸盐高效减水剂在清水高性能混凝土的应用.混凝土,2009,4:
90-92
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