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（1、云南建投第二水利水电建设有限公司，云南 昆明 650221 2、云南省建筑科学研究院有限公司，云南 昆明 650223）

预制混凝土T 梁因其结构的特点，广泛应用于高速公路建设中。目前现有的混凝土配合比，主要以混凝土强度等级结合经验公式，计算出试配强度、水胶凝比，再依据混凝土的设计坍落度、粗骨料的种类及最大公称粒径确定用水量；计算出胶凝材料用量；根据水胶比、设计坍落度、粗骨料的种类及最大公称粒径，选择砂率；结合拟定的混凝土试配单方质量，计算出单方混凝土粗、细集料的质量，后期再结合试配情况进行微调。

现有混凝土配合比的设计，为半计算、结合经验的形式，计算得到的混凝土配合比，由于水胶比相对较大，胶凝材料用量相对偏小，混凝土工作性能相对较差，混凝土强度及弹性模量增长较慢。本文以某高速公路预制混凝土T 梁为背景，开展相关研究，提出了配合比优化设计的方法。

1 现状混凝土配合比设计流程[3]

按照设计强度、混凝土种类、设计坍落度、是否有抗渗抗冻等耐久性要求等，参照JGJ55-2011 相关规定，现就质量法为基础，以某高速公路预制混凝土T 梁C50 混凝土配合比为例进行说明；设计步骤如下：

1.1 确定混凝土试配强度

根据经验公式计算试配强度fcu,0，其中σ 为标准差，可根据统计确定，也可根据混凝土强度标准值进行取值fcu,k为混凝土设计强度；

1.2 水胶比

根据混凝土所用胶凝材料的28d 龄期抗压强度fb，根据拟用粗骨料品种选择回归系数ɑa、ɑb，根据公式得到水胶比W/B；

1.3 用水量和外加剂用量

按照干硬性和塑性的分类，结合粗集料的最大公称粒径及拌合物稠度指标（维勃稠度和坍落度）选择用水量（不加外加剂的）；再根据所加外加剂的减水率计算使用掺加外加剂的用水量；外加剂用量应经混凝土试验确定，实际中一般按照出厂时厂家推荐用量使用。

1.4 胶凝材料用量

根据水胶比及用水量，得出胶凝材料用量。

1.5 砂率

参考既有历史资料；无可参考时，可按照下列规定确定：（1）坍落度小于10mm，开展相关试验；

（2）坍落度10mm 以上的，据坍落度设计要求、根据粗骨料品种、最大公称粒径及水胶比选取砂率。

1.6 粗、细集料用量

根据假定的单方胶凝材料重量（也可用体积），之前得到的水、胶凝材料、砂率等数据，得出粗、细集料用量。

设计强度为C50，坍落度为（180±20）mm 时，使用减水率为25%的聚羧酸高性能减水剂，掺量为胶凝材料用量的1%，设计弹性模量为34500MPa。

得到初算配合比1#：

对于初算配合比设计混凝土，进行拌合物性能及力学性能试验，发现该混凝土拌合物性能较差，施工难度大；抗压强度及弹性模量增长速度较慢，后续工序间隔时间长且富余系数较小，质量难以控制，见表1。

表1 混凝土初算配合比

2 配合比设计优化设计[4]

2.1 全计算法混凝土配合比设计

从上述流程可以看出，目前所采用的规范的混凝土配合比为半计算式、经验性的，主观影响较大，按照此流程计算所得混凝土配合比水胶比较大，用水量不变的情形下，胶凝材料用量较少，工作性较差，混凝土强度增长较慢，实际使用过程中问题较多。采用全计算法进行混凝土配合比设计。

设计强度，σ 取6.0Mpa，拟定浆体与骨料的体积百分比固定为35:65，浆体体积Ve 取350，浆体中的空气体积Va 取20,则混凝土试配强度为：胶凝材料的用量：

由表2 可知，混凝土的抗压强度远大于试配强度，但坍落度稍低于设计坍落度中值，通过掺加S75 级矿粉（10%）优化坍落度；考虑后续工序衔接，为提高弹性模量，进行进一步优化。

表2 全计算法配合比

2.2 考虑级配下的混凝土配合比设计

现状配合比只考虑骨料最大粒径，下面讨论考虑颗粒级配情况下混凝土配合比。拟按照富勒理想级配曲线公式进行颗粒级配分析；现在以最大骨料粒径31.5mm、26.5mm、19.0mm、16.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、60mm、0.30mm、0.15mm、筛底，进行说明。

拟采用二级配碎石，结合天然砂进行分析；将碎石一、碎石二、天然砂分别进行筛分试验后，碎石一中26.5mm累计筛余达60.8%，，在粗粒中起主要作用；据表3 所示，基准级配曲线在26.5mm 孔径下累计筛余为8.3%，碎石一26.5mm 孔径累计筛余为60.8%，则碎石一占骨料总量百分比为：8.3÷60.8≈14%，碎石一各孔径颗粒占混合料的百分比，可由表中数量乘以13%得到表3 中序号4 对应行数据；碎石二中9.5mm 筛孔孔径累计筛余量达68.4%，起主要作用；基准级配曲线在9.5mm 孔径下累计筛余为45.1%，结合碎石一9.5mm 孔径对应的用量为13.9%，则碎石二占混合料用量百分比为：（45.1-13.9）÷68.4≈46%，碎石二各孔径颗粒占混合料的百分比，可由表中数量乘以46%得到表3 中序号5 对应行数据；则砂占混合料总量百分比为：100-14-46=40%，表中序号3 列数值乘以40%，得到砂用量表1 中序号6 对应行数据，骨料级配曲线如图1 所示，颗粒级配配合比如表4 所示。

表4 考虑颗粒级配配合比

图1 骨料级配曲线

表3 骨料合成计算

在聚羧酸高性能减水剂的作用下，矿物掺合料的填充、置换效应，可改善拌合物的和易性；使用富勒理论得到的级配骨料拌制的混凝土，其抗压强度、弹性模量均有提高；在较短龄期（7d）弹性模量即可满足设计要求，砼抗压强度达到试配强度，远大于设计强度，对于保证工期，及时开展后续工序，是有益的。

3 工程实际应用分析

某高速公路项目预制混凝土T 梁为C50 混凝土，按本文试验进行试配，留置抗压强度试件400 组，弹性模量试件80 组，7d 抗压强度最小值61.4MPa，弹性模量最小值37800MPa，方差较小，施工过程顺利。

4 结论

4.1 运用全计算法，减少人为主观因素的影响，进行配合比优化，改善了预制T 梁混凝土胶凝材料用量较少，工作性较差，混凝土强度增长较慢的缺点。

4.2 掺加矿粉后，C50 混凝土配合比的工作性进一步优化。

4.3 考虑富勒理想级配曲线下的骨料级配，对现有配合比设计进行了优化设计，获得了较好的弹性模量，表明提高混凝土的密实度可以提高混凝土的弹性模量。