高強度混凝土配合比設計與施工質量控制

劉淑艷

（寬城滿族自治縣交通運輸局，河北 寬城067600）

1 工程概況

承秦出海公路輔線，起于承秦出海公路與邦寬線相交的黃崖子，途經九虎嶺、劉家莊、李臺子、大野雞峪、金雞溝，下穿遵小鐵路后，終于三道河子，全長12.457km，二級公路，全線橋梁設計汽車荷載等級采用公路—Ⅰ級，共設大橋1768m/8座，小橋3座，涵洞19道，大橋上部結構全部采用預應力空心板，空心板的標號均為C50。

2 高強度混凝土配合比設計

2.1 原材料的選擇與控制

（1）配制高強度混凝土宜選擇高強度水泥，可采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，所使用的水泥應符合《公路橋涵施工技術規范》（JTJ 041—2000）和《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）的有關規定。立窯生產的水泥須經仔細檢驗其化學成分后方可確定使用與否。

（2）配制高強混凝土所用細集料的質量，除應符合普通混凝土的要求之外，還應滿足如下要求：使用級配良好的中砂，其細度模數應不小于2.6，含泥量應小于2%。

（3）配制高強混凝土所用粗集料的質量，除應符合普通混凝土的要求之外，還應滿足如下要求：使用質地堅硬、級配良好的碎石，骨料的抗壓強度應比所配制的混凝土強度高50%以上，含泥量應小于1%，針片狀顆粒含量應小于5%，骨料的最大粒徑不宜超過25mm。

（4）拌制混凝土所用的水必須滿足《公路橋涵施工技術規范》（JTJ 041—2000）橋規之規定。

（5）配制高強度混凝土必須使用高效減水劑，其性能必須符合《公路橋涵施工技術規范》（JTJ 041—2000）橋規之規定，摻量應根據試驗確定。

（6）指定專人定期檢查、測定各種原材料的資源特性和生產狀態，特別是對原材料的進場、儲存、計量應實行全方位的監控。

（7）對已篩選好的材料，除了有較好的性能指標外，還必須要求質量穩定，在一定時期內材料的資源特性不能有太大的波動。

（8）高強度混凝土要求水灰比小，坍落度要滿足施工要求，這就需要摻入一定量的高性能的減水劑，萘系高效減水劑在該項目建設中得到了廣泛的應用。

2.2 配合比方案的比選

2.2.1 方案1：在保持混凝土流動性和強度不變的情況下，節約水泥

該方案經試拌調整后可得出，在保持混凝土拌和物和易性及強度不變的情況下，可節約水泥8%左右。

2.2.2 方案2：在保持混凝土強度不變的情況下，提高混凝土拌和物的流動性

摻加減水劑后，保持原混凝土配合比不變，經過試拌混凝土拌和物的坍落度大幅度提高，黏聚性及保水性良好，表觀密度與原混凝土接近。

2.2.3 方案3：保持混凝土的流動性不變，提高混凝土的強度

保持混凝土的流動性不變也就是在原混凝土中加入減水劑后，保持原來的坍落度不變，故而要在原配合比的基礎上少加一定量的水；經過試拌后混凝土的強度要比原來提高11%以上。此外加減水劑既可以節約一定量的水泥，又可以提高混凝土的強度。

經過三種方案比對，在S211 線橋梁板預制配合比設計中采用了第三種方案。

2.3 高強度混凝土配合比設計

2.3.1 計算未摻加減水劑基準混凝土的“初步配合比”

（1）計算試配強度fcu，0

式中：σ為混凝土強度標準差（MPa），取值見表1；fcu,0為混凝土配制強度（MPa）；fcu,k為混凝土立方體抗壓強度標準值（MPa）。

表1 混凝土強度標準差σ取值

（2）計算水灰比（W/C）

式中：αa、αb為回歸系數，取值見表2。

表2 回歸系數αa和αb選用表

為了保證混凝土的耐久性，水灰比還不得大于表3中規定的最大水灰比值，如計算所得的水灰比大于規定的最大水灰比值時，應取規定的最大水灰比值。

表3 混凝土的最大水灰比

（3）確定單位用水量（mw0）

①干硬性和塑性混凝土用水量的確定

根據所用骨料的種類、最大粒徑及施工所要求的坍落度值，查表4選取每立方米混凝土的用水量。

表4 塑性混凝土的用水量

②流動性和大流動性混凝土的用水量計算

a）以表4中坍落度90mm的用水量為基礎，按坍落度每增大20mm，用水量增加5kg，計算出未摻外加劑時混凝土的用水量。

b）摻外加劑時的混凝土用水量按下式計算：

式中：mwa為摻外加劑時，每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；mw0為未摻外加劑時，每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；β為外加劑的減水率（%），應經試驗確定。

（4）計算單位水泥用量（mc0）

為保證混凝土的耐久性，由上式計算求得的mc0還應滿足表3 規定的最小水泥用量，如計算所得的水泥用量小于規定的最小水泥用量時，應取規定的最小水泥用量值。

（5）確定砂率（βs）

①查表法

根據骨料的種類、最大粒徑、水灰比按表5選用。

表5 混凝土的砂率（%）

②計算法

式中：α為撥開系數，機械拌和取1.1～1.2，人工拌和取1.2～1.4。

（6）計算砂石用量

①體積法

②質量法

根據以上公式可計算出單位砂、石用量mg0、ms0。

（7）混凝土初步計算配合比

每立方米混凝土材料用量為：水泥∶砂∶石∶水=1∶x∶y∶z，其中z=W/C。

計算出“初步配合比”后，采用保持混凝土流動性不變，提高混凝土強度的辦法，分4個步驟來設計梁板預制C50高強度等級混凝土配合比：①根據減水劑的實際減水率計算摻加減水劑后的單位用水量；②在初步配合比的基礎上，繼續保持原來的水泥不變；③計算減水劑的摻量；④按體積法或質量法計算砂石用量。

2.3.2 基準配合比設計

按混凝土初步計算配合比稱取實際工程中使用的材料進行試拌。當試拌出的拌和物坍落度或維勃稠度不能滿足要求，或黏聚性和保水性不良時，應在保持水灰比不變的條件下相應調整用水量和砂率，直到符合要求為止，然后提出供檢驗強度用的基準配合比。

（1）混凝土拌和物和易性調整方法

若坍落度不滿足要求，S過小時應保持W/C不變，增加水泥漿量；S過大時應保持砂率不變，增加骨料用量。

若黏聚性、保水性不滿足要求時，應保持骨料總量不變，調整砂率。

調整時間不超過20min，直到符合要求。根據調整后的材料用量計算混凝土拌和物的基準配合比。

（2）強度復核

采用3個水灰比不同的配合比：①基準配合比的水灰比；②基準配合比的水灰比+0.05；③基準配合比的水灰比-0.05。

用水量與基準配合比相同，砂率可作適當調整（增、減1%）。每個配合比做1組試件，進行標準養護28d，測出混凝土的抗壓強度。

（3）試驗室配合比確定

根據強度檢驗結果、濕表觀密度進一步修正配合比，可得到試驗室配合比設計值。

①確定用水量（mw）

取基準配合比中的用水量（mw），并根據制作強度檢驗試件時測得的坍落度（或維勃稠度）值加以適當調整。

②確定水泥用量（mc）

取用水量乘以由“強度-水灰比”關系定出的，為達到配制強度fcu,0所必須的水灰比。 確定粗、細骨料用量（msb、mGb）。

③確定配合比

取基準配合比中砂、石用量，并按定出的水灰比做適當調整。

根據實測拌和物濕表觀密度修正配合比：

a）根據強度檢驗結果修正后定出的混凝土配合比，計算出混凝土的“計算濕表觀密度”

b）將混凝土的實測表觀密度ρcp除以計算濕表觀密度得出校正系數δ：

在農民科技教育中心管理工作中，有效的資金投入是必不可少的，因此在管理過程中，有關部門應該加大資金的投入力度，一方面保證農民科技教育中心的教育經費充足，能夠不斷探索新的教育課程；另一方面可以不斷健全和完善農民科技教育中心的教育培訓體系，完善基礎教育設施建設，改善辦學條件，加大田間學校和農民教育實訓基地的建設力度，幫助農民能夠通過教育培訓，提升自己的農業生產和管理水平。

c）將混凝土配合比中各項材料用量乘以校正系數δ，得到最終確定的試驗室配合比設計值。

2.3.3 基準配合比調整施工配合比

設計配合比是以干燥狀態骨料為基準，而工地存放的砂、石都含有一定的水分。所以，現場材料的實際稱量應按工地砂石的含水情況進行修正，修正后的配合比為施工配合比。根據砂、石的實際含水率，將試驗室配合比換算為施工配合比。

3 高強度混凝土的施工質量控制

在試驗室配制符合要求的高強度混凝土比較容易，而在整個施工過程中，混凝土的質量卻不太穩定。這是因為混凝土強度在整個施工過程中受各種條件、因素的變化而變化，施工時根據變化會隨時調整配合比和各種工藝參數。

3.1 原材料更換時

在混凝土施工過程中，如更換水泥、外加劑及礦料時，應重新進行配合比設計。

3.2 施工環境及施工工藝變化時

施工環境及施工工藝發生變化時針對由于季節引起環境溫度的變化，或施工工藝變化，單純依靠采取其他措施不能滿足要求的情況，必須對混凝土配合比進行調整。在施工過程中更換配合比是一種不可取的方法，因為完成一個混凝土配合比設計所需要的時間較長，會影響工期。因此，在配合比設計時，送樣人應該對高強度混凝土所使用的材料要做出充分的估計和判斷。

3.3 高強混凝土的攪拌

3.3.1 攪拌設備的要求

攪拌機應采用臥軸式或行星式的強制式攪拌機，原材料的配料系統要由計量準確的電子控制裝置，計量一律采用重量法控制，不得采用自落式或人工配料機械攪拌。原材料的投放量應按如下要求準確控制：水泥及水泥摻合料：±1%；外加劑：±1%；粗細集料：±2%；拌和用水：±1%。

3.3.2 投料順序及攪拌時間

攪拌時，宜先投入細集料，再投入水泥和外加劑，然后加水，開始攪拌，攪拌時間控制在30～40s 之間，攪拌均勻后最后投入粗集料，繼續攪拌，攪拌時間控制在3min左右。

3.4 混凝土的運輸

高強度混凝土最好用混凝土罐車運輸。用農用三輪車運輸容易造成混凝土泌水、離析，還容易造成車皮底部混凝土坍落度急劇損失。用罐車運輸可以避免以上問題，還可以進行長距離運輸。但是罐車運輸的混凝土在入罐前必須要有足夠大的坍落度，否則在長距離運輸過程中不容易卸罐；有的施工隊伍出現混凝土不容易卸罐時，就在罐車里進行二次加水，這樣就會導致混凝土水灰比過大，造成混凝土強度達不到要求的現象。

3.5 混凝土澆筑

混凝土入模前，應測定首盤混凝土的溫度，保證混凝土入模時的溫度控制在5～30℃范圍內；混凝土坍落度嚴格控制在監理工程師批示坍落度的±20mm 范圍內；澆筑時應制作規范規定數目的抗壓試塊來評定梁板質量。

3.6 混凝土的振搗

振搗可以采用插入式振搗棒、附著式平板振動器；振搗不宜碰撞模板和鋼筋預埋件。應選擇有經驗的操作工來進行混凝土振搗，及時將入模的混凝土并振搗密實，不得過振和漏振，振搗時間一般不宜超過30s，振搗密實的標準是混凝土表面開始泛漿，不再有大的氣泡上浮。

3.7 混凝土的養生

混凝土澆筑、振搗完畢后，應對混凝土構件進行覆蓋，盡量減少在空氣中的暴露時間，以防混凝土表面水分損失過快，在混凝土表面留下干縮裂縫。混凝土拆模后應對預制構件及時灑水，采用飽水覆蓋材料進行覆蓋，并定時補水，構件側面也可以用塑料防水布裹覆養生。

[1] JGJ 55—2011，普通混凝土配合比設計規程[S].

[2] GB 50119—2013，混凝土外加劑應用技術規范[S].

[3] 張應立.現代混凝土配合比設計手冊[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4] 陜西省建筑設計研究院.建筑材料手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[5] GB 50666—2011，混凝土結構工程施工規范[S].