摘要：本文通過對南四環(huán)涼水河橋C60高性能砼預應力梁預制前的理論分析，材料選擇，配合比設計及預制過程中的技術措施和質(zhì)量控制的論述，探討了高性能砼梁預制的技術問題。

關鍵詞：高性能砼；預應力；配合比；原材料。

1前言

目前，世界各國對高性能混凝土的定義還不統(tǒng)一，美國和加拿大等國將高強混凝土視同為高性能混凝土。我國著名混凝土專家吳中偉院士將高性能混凝土定義為："高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現(xiàn)代混凝土技術制作的混凝土，它以耐久性作為設計的主要指標。針對不同用途要求，高性能混凝土應對耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等性能有重點的予以保證。為此高性能混凝土在配合比設計上的特點是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，并除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效減水劑[1]。"由于北京地區(qū)的大型預制構件主要在工廠內(nèi)生產(chǎn)，運輸距離較短，對坍落度要求相對較低，因此一般高性能混凝土要求的不離析、大流動度等高工作性指標并不適合于預制構件。根據(jù)經(jīng)驗，預應力梁使用中等坍落度混凝土（140～160mm）比較合適。由于北京冬天較寒冷，并常使用化冰鹽，因此"凍融與鹽凍"破壞已成為北京城市立交橋預應力梁耐久性破壞的主要因素之一[2]。提高混凝土抗凍性有兩種途徑，一種是摻加引氣劑，另一種是提高抗?jié)B性。當養(yǎng)護溫度高于60℃時不宜采用摻加引氣劑的方法提高抗凍性，可以用摻加硅灰等超細摻和料提高密實性的方法提高抗凍性。

對于后張預應力梁構件，應用高強高性能混凝土有如下優(yōu)點:(1)可施加更大的預應力；可更早的施加預應力；由于高強混凝土的徐變值較小可降低預應力損失。（2）可以減小截面積尺寸，降低結構自重，或增加橋下凈空。（3）在同一工程中，對不同的構件采用不同的混凝土強度，對于統(tǒng)一構件與施工模板的尺寸提供了有利條件。這些間接因素，有時比節(jié)約材料或降低工程造價更有實際意義。（4）具有較好的經(jīng)濟效益。經(jīng)驗表明:用60Mpa混凝土代替30-40Mpa的混凝土，可節(jié)約混凝土量40%；節(jié)約鋼材39%；降低工程造價20%-35%。應用于混凝土構件生產(chǎn)，還具有節(jié)省蒸養(yǎng)耗能的效益，混凝土強度每提高10Mpa，每立方米混凝土可節(jié)約標準煤約13kg。（5）具有顯著的社會效益。可以大大提高混凝土構件的耐久性，減少養(yǎng)護費用，在城市減少對交通的干擾。由于高強高性能混凝土的上述優(yōu)點，高性能混凝土在大、中型橋梁和城市立交橋中有十分廣泛的應用前景。

北京市南四環(huán)涼水河鐵路專線橋由北京市第一水利工程處負責施工，該橋由6跨后張預應力梁組成，梁長35m，梁高1.8m，包括邊梁24片，中梁84片，混凝土強度設計等級為C60。所有預應力梁由北京瑞博公司第三構件廠負責加工制造。該橋梁的特點是：(1)梁長35m，僅比當時北京市內(nèi)最長的西直門立交橋梁短1m（36m）；梁高1.8m，在北京市最高。梁長和梁高決定了不能采用養(yǎng)護池通蒸汽的傳統(tǒng)養(yǎng)護工藝，只能采用現(xiàn)場加工方式。（2）混凝土設計強度高，達到設計強度95%以上才能進行預應力張拉；為了防止張拉拱值過大，需對砼的彈性模量進行檢測。（3）工期短，工程量大，為了提高預制加工速度對混凝土早期強度要求高。（4）冬季施工，大氣溫度低，必須有可靠的防凍和提高早期強度的養(yǎng)護措施。（5）耐久性要求高。以上特點要求我們必須按照高性能混凝土的思路進行配合比設計，并采取一些特殊的工藝措施進行施工。

2 原材料優(yōu)選和配合比設計

高強高性能混凝土是通過降低水灰比、增強水泥石與集料的界面區(qū)、改善水泥水化產(chǎn)物、降低孔隙率、提高密實度來實現(xiàn)高強度和高耐久性。為了滿足施工性能和耐久性能要求，必須使用高效減水劑和活性摻和料。配制技術的關鍵在于原材料的選擇與配合比的設計。高強混凝土的原材料包括水泥、砂石集料、化學外加劑(高效減水劑及其復合劑)以及活性摻和料。

　2.1原材料的選擇

(1)水泥：一般情況下，配制高強混凝土所用的水泥，其C3A含量應盡量低，以有利于與高效減水劑的適應并減少坍落度損失。在選用水泥時還應根據(jù)工程的具體情況，綜合考慮一些因素，如凝結時間、早期強度、變形性和耐久性等特殊要求。通過比選，本工程采用了邯鄲低堿P.O.525#水泥，0.080mm篩篩余為4.8%，當量Na2O含量為0.43%。

(2)集料：集料品質(zhì)對高強混凝土的抗壓強度和彈性模量有重要影響。粗集料的粒徑、形狀和礦物成分對混凝土的強度也有影響。一般宜選用密實堅硬的石灰?guī)r或深層火成巖。最大粒徑不超過20mm。在相同的條件下，用碎石配制的高強混凝土，其強度高于礫石。相對粗集料而言，細集料對混凝土強度的影響較小，但必須選用潔凈的砂子，細度模量以2.7～3.1為宜。

石子采用最大粒徑20mm碎石，針片狀含量小于10%。砂子采用盧溝橋中砂，細度模數(shù)為2.7。(3)高效減水劑：采用FAC-6復合型低堿萘系高效減水劑，粉劑摻量為1.5%，當量Na2O含量為2.2%。(4)活性摻和料的選擇：試驗表明，摻加I級粉煤灰或硅粉，28天強度都能達到設計要求，但粉煤灰混凝土早期強度低，特別在溫度低的條件下，強度發(fā)展更慢，影響拆模時間。加入硅粉的混凝土3天強度可達到28天的67%。我們最后選擇了使用硅粉的配比。硅灰為貴州產(chǎn)，當量Na2O含量為1.4%。

　2.2 配合比設計

高強混凝土的配合比設計，不能沿用普通混凝土的方法，必須通過試配來確定。其原因是:

(1)當W/C<0.4以后，盡管水灰比對混凝土強度仍存在著敏感性，但已不象普通強度混凝土與水灰比之間所具有的直接對應關系。

(2)高強混凝土中增加了一些新的組分材料，不僅是高效減水劑，有時還摻入活性摻和料，而且集料的品質(zhì)和性能又對高強混凝土的強度會產(chǎn)生一定的影響。

(3)根據(jù)北京市建委的規(guī)定，混凝土單方含堿量應小于3kg。經(jīng)過反復試驗，確定的C60混凝土配合比為：水泥：水：砂：石子：硅粉：FAC-6=480：153：608：1129：30：7.65。該配比混凝土單方含堿量為2.65kg<3kg，滿足建委規(guī)定。

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3 質(zhì)量控制與質(zhì)量保證

混凝土攪拌、施工操作因素以及施工環(huán)境對高強高性能混凝土的質(zhì)量十分敏感，因此，必須有嚴格的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證制度。

(1)配料：嚴格按照配合比和指定材料進行配料，不得擅自變更。原材料采用重量計量。采用電子稱計量時，工作前應開機預熱10分鐘，同時檢查、調(diào)整機械靈敏度，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。骨料采用裝載機喂料，不得將泥土或雜物混入料內(nèi)。加粉狀減水劑時可將其與水泥同時加入，但不得混入結硬塊。(2)攪拌：配料計量裝置每月校驗一次精度。砂子含水率每天開盤進行測定，修正施工配合比。校驗與標定結果均用文字形式記載。

因為高強混凝土的水膠比較普通混凝土低得多，應嚴格控制水的計量。混凝土每臺班開始攪拌前，應先開動攪拌機進行空車試運轉，待正常后加入清水空轉2-3min，使攪拌筒內(nèi)壁潤濕，然后排凈水再上料；攪拌第一罐混凝土時應按配合比減少10%的石子量。投料順序:石子---水泥---砂子。嚴格控制攪拌時間，不得任意縮短，混凝土應拌制均勻，色澤一致，和易性良好，已拌好的混凝土不得中途加水?；炷猎跀嚢璧攸c測坍落度，每臺班每配合比不得少于一次并做好記錄；同時，還應觀察混凝土的粘聚性和保水性，并做記錄。

(3)澆筑與成型：混凝土從攪拌機中卸出到澆注完畢的延續(xù)時間不宜超過90min，混凝土使用吊斗入模時，吊斗高度距模板不超過60cm，下料時必須均勻，嚴禁一次集中下料，應分層澆注，每層混凝土虛鋪高度不得超過30cm。

附著式振搗器使用前應檢查與模板連接是否牢固，每澆注一層混凝土須振搗一次，振搗時間不宜過長。振搗棒應快插慢拔，使各部受力均勻，不得碰觸預埋件、波紋管，并應避免碰撞模板、鋼筋；也不得將振搗棒放在模板支撐、拉桿及鋼筋骨架上。振搗時各振點要均勻排列，按順序進行，不得漏振，插搗應插入到前一層混凝土不小于5cm深處，以保證澆注層接茬處密實。振搗完畢，用木抹子將混凝土上表面找平。(4)養(yǎng)護：高強混凝土通常不會出現(xiàn)較多的泌水，澆灌后如果不及時采取措施防止混凝土表面濕度的失去，則可能使暴露在大氣中的混凝土表面上產(chǎn)生塑性收縮裂縫，因此，高強混凝土在表面抹光后應立即進行養(yǎng)護。本工程采用日本進口熱風槍加熱養(yǎng)護工藝，首先，在構件澆注成型后，在模板長度方向，兩端各安裝一臺熱風槍，并通上花管，盤在模板四周，然后用苫布覆蓋。加溫養(yǎng)護時間為24小時，升溫(4小時10℃/小時)，恒溫(16小時，40℃)，降溫(4小時，10℃/小時)，在升降溫期間，每小時測溫一次;恒溫期間，每2小時測溫1次。

(5)檢驗：試塊制作設專人負責，每塊試塊必須標明成型時間、混凝土強度等級、試塊編號，并填寫在試驗報告單上，試塊與試塊報告單的填寫內(nèi)容必須一致。

混凝土取樣應在澆注地點，攪拌后第三盤至結束前30min之間隨機取樣。三塊為一組，制作6組，試塊必須振搗密實，不得有超過規(guī)定的蜂窩、麻面等缺陷，以及直徑和深度超過3mm的氣孔，外表整齊方正，不得缺棱掉角，外形幾何尺寸偏差不得超過±1mm，角度偏差不得超過±2o。

4 工程應用效果及分析

預應力梁加工過程中，采用實際施工用混凝土成型立方體抗壓強度試件，分別測定標養(yǎng)28天抗壓強度以及1天、3天、7天同條件養(yǎng)護抗壓強度。工程竣工后對全部C60混凝土抗壓強度進行了統(tǒng)計分析，結果見表1。

由表1中結果可以看出，所使用的高強高性能混凝土28天標養(yǎng)強度平均值為74.1Mpa，達到設計強度的123.5%，28天變異系數(shù)較?。?.24），說明質(zhì)量控制水平很好。采用日本熱風槍加熱同條件養(yǎng)護的混凝土試件1天強度即可達到28天強度的55.5%，已經(jīng)超過混凝土受凍臨界強度。1天強度變異系數(shù)也較?。?.75），再次證明混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性較好。由于加熱養(yǎng)護1天混凝土強度已經(jīng)較高，1天以后的預應力梁雖然僅采取簡單覆蓋保溫養(yǎng)護方法，但是混凝土強度仍然穩(wěn)定發(fā)展，3天同條件養(yǎng)護強度達63.9%，7天強度可達94.2%。同條件養(yǎng)護7天即可達到預應力梁張拉強度。3天和7天強度變異系數(shù)較大是由于養(yǎng)護1天后梁實體和試件受大氣溫度影響太大造成的。

另外，為了考查混凝土彈性模量隨強度的發(fā)展情況，在張拉時測定了所有預應力梁的彈性起拱值。35m梁的彈性拱平均值為31mm(梁的設計拱值為L/100=35mm)，說明混凝土彈性模量隨強度發(fā)展較好。

　參考文獻

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