巴坦路機制砂混凝土配合比設計

2021-02-03 06:27:40俞斌

四川水泥 2021年2期

俞斌

（民航機場建設工程有限公司，天津 300456）

0 工程概況

項目位于巴中市巴州區內，路線北接省道 S302 線，南接金碑鄉和平昌縣交界處，是連接巴中至平昌縣的一條重要通道。工程含大橋一座，中橋三座，橋墩均采用圓端形實體墩，高度8m～28m，設計強度為30MPa，上部結構為預應力混凝土T梁。當地降雨量充足，夏季多澇，部分墩柱處于水位變動區域。根據沿線地表水取樣結果顯示，其對混凝土結構及鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

1 原材料技術要求及選擇

1.1 水泥

當地主要水泥供貨廠家為巴中海螺水泥和四川旺蒼西南水泥。考慮到廠家規模、供貨能力及產品價格等因素，根據設計及規范要求，本設計選取了四川旺蒼西南水泥有限公司生產的西南P.O42.5普通硅酸鹽水泥，強度等級為 42.5MPa。進場后對其進行了比表面積、膠砂強度、安定性、凝結時間等試驗，經檢測其各項指標均符合JTG/T F50-2011施工驗收規范的要求。

表1.1 水泥現場取樣檢測結果

1.2 集料

巴中市的砂石料（包括山料和破碎卵石）產地主要集中在廣元的旺蒼和巴中的南江，卵石及其機制砂主要集中在南充嘉陵江沿岸的南部和儀隴。

經過比選，采用砂含泥量較低，細度模數較好，而且級配良好，顆粒粗細均勻的南充卵石機制砂作為細集料。且其堿活性較低，適宜用于混凝土工程。

表1.2.1 卵石機制砂現場取樣檢測結果

表1.2.2 卵石機制砂顆粒級配曲線圖

根據篩析結果，計算出細度模數為3.0，適宜拌合混凝土。

粗集料的選擇主要考慮到兩方面，含泥量及巖石強度。本工程涉及橋梁上部結構T梁預制，其強度為C50,原石強度應為混凝土設計強度的1.5倍，數據不低于75MPa。經比選，選擇質量更為穩定，距離更近的南部破碎卵石。其摻配比例為（16-26.5mm：5-16mm = 7：3）。

表1.2.3 巖石現場取樣檢測結果

表1.2.4 破碎卵石（5mm-31.5mm）現場取樣檢測結果

表1.2.5 破碎卵石（5mm-31.5mm）顆粒級配曲線圖

1.3 拌合用水

本設計確定選用拌合站接入的自來水。因當地供水時有中斷，為不影響施工，同時對自來水及巴中曾口鎮南江江水都進行檢測，結果均符合 JTG/T F50-2011技術指標要求。

表1.3.1 拌合用水現場取樣檢測結果

1.4 粉煤灰

經比選，確定與西南水泥色差較小，質量穩定的旺蒼新鑫建材有限公司的粉煤灰（F類Ⅱ級），檢測結果符合JTG/T F50-2011技術指標要求。

表1.4.1 粉煤灰現場取樣檢測結果

2 混凝土配合比設計

2.1 混凝土設計主要影響因素

墩柱直接受橋梁上部結構豎直向下荷載的作用，以及受溫度、濕度等環境因素的影響，因而對于混凝土的工作性、抗壓強度、耐久性等有諸多要求。滿足以上的要求，主要取決于三個方面：所選原材料本身的品質，混合料的組成配比以及現場的施工工藝措施。所以在配合比設計過程中，應分析影響其強度的因素，從而選擇合理材料，科學設計，合理施工，以滿足各項技術指標要求。其中原材料的選用固然重要，但能否合理科學的對墩柱混凝土配合比進行設計，也是影響墩柱混凝土抗壓強度等其他性能的一個重要因素。本混凝土配合比設計合理與否，關鍵取決于水膠比、砂率、碎石級配及外加劑等四個參數對混凝土抗壓強度、工作性、耐久性等的影響。

2.1.1 水膠比因素

這是決定墩柱混凝土配合比設計混凝土的強度的一個關鍵參數，其高低直接影響最終的結果。水灰比太小，塌落度小，和易性差，施工難以控制，且由于用水量太小，水泥水化過程也難以完成；水灰比太大，塌落度增大，混凝土具有足夠的流動性，方便施工，但混凝土強度有所降低。故在試拌配合比基礎上，水膠比上下浮動0.05，拌合用水量不變，形成三個不同配合比，并分別進行混凝土強度試驗和拌合物性能檢測。

2.1.2 砂率因素

砂率過大，導致粗集料的相對減少，使其骨架支撐的作用的不能發揮完全，影響混凝土強度；砂率過小，粗集料相應增多，拌合物中砂漿的量不足以包裹骨料，難以使混凝土體呈密實狀態，勢必降低混凝土強度；選擇合理的砂率可以保證拌合料的粘聚性和保水性，提高混凝土的工作性。

2.1.3 粗集料因素

良好的骨料級配及顆粒形狀利于相互嵌鎖形成密實的骨架結構，對提高混凝土強度十分有利。泥塊、土、石粉等的軟顆粒使集料與砂漿的界面粘結強度降低，導致硬化后的混凝土強度降低。故應嚴格控制級配比例。

2.1.4 外加劑因素

外加劑摻量占比雖小，但能明顯改善混凝土的性能，并改善經濟性。因機制砂自身特點，棱角角多，保水較差，其配置的混凝土主要依靠外加劑去調節混凝土的和易性、凝結時間、保水性等。所以外加劑的調整是本配合比的重中之重。

2.2 配合比設計要求

根據設計要求，本次墩柱混凝土配合比設計28d抗壓強度為30MPa，施工擬采用自卸運輸車、吊機輔助澆筑。

混凝土采用水泥強度等級為P·O 42.5，拌合物坍落度控制在160±20mm，考慮到拌合站與各橋之間距離較遠，且山路較窄，實際行車距離較長，故設定目標1h坍落度經時變化量≤60mm，和易性、工作性滿足現場要求。

2.3 計算初步配合比

為滿足配合比設計要求，粗集料采取雙級配，破碎卵石規格分別為5-16mm：16-26.5mm=3:7，水泥采用P.O42.5，摻加聚羧酸高性能減水劑，在保證強度及工作性的前提下，考慮經濟性，以節約成本。現簡要概述初步配合比計算過程如下。

（1）計算水泥混凝土配制強度：fcu,0≥30+1.645×5.0=38.2Mpa

（2）粉煤灰摻量為 10%，膠凝材料 28d膠砂抗壓強度：fb= 0.85×44.6=37.9MPa

（3）計算水膠比：W/C=0.53×37.9/(38.2+37.9×0.53×0.20)=0.48

（4）根據計算，暫定水灰（膠）比：W/C = 0.48

（5）每方用水量：mw0=233kg

（6）外加劑減水率：25%；推薦外加劑摻量：1.0%；

（7）摻外加劑后每方用水量：mw0’=233×（1-25%）=175 kg/m3；

（8）每方混凝土所用膠凝材料用量：mco=175/0.48=365kg/m3；

（9）每方減水劑用量: mWJ=365×1.0%=3.65 kg

（10）暫定砂率βs=43%

（11）砂石料總重量為 2400-365-175=1860kg；每方機制砂用量（ms）為744kg，每方碎石用量（mG）為1116kg。

2.4 試拌、調整配合比

在初步配合比的基礎上，通過工作性驗證及調整，確定基準配合比。拌合方式采用強制式機械拌合，初步配合比為水泥：粉煤灰：砂：石：水：減水劑=328：37：744：1116：175：3.65（w/c=0.48）。

外加劑選用山西方興，其初步配比為每t外加劑減水成分：保坍成分：緩凝劑=300：100：20。減水和保坍母液為方興自產，緩凝劑采用葡萄糖酸鈉。經試拌后，調整砂率為46%，出機坍落度為175mm，滿足要求。因機制砂棱角分明，保水性差，細度模數偏大，混凝土出現不可消除的有害氣泡，且坍落度損失較快，僅30min損失超過90mm，不能滿足現場運輸及施工要求。在試驗過程中，還出現泌水現象。初步判斷為緩凝劑不能與水泥很好適應，保坍成分不足導致。

外加劑的緩凝成分更改為與現場水泥適應性更好的檸檬酸鈉，且檸檬酸鈉具有提升混凝土耐久性的功能，并增加保坍成分比例。因保水成分具有一定減水效果，按比例減少減水成分，加入消泡劑減少因骨料間隙產生的較大有害氣泡。加入引氣劑引入均勻分布的微小封閉氣泡，減少有害氣泡，并改善混凝土拌合物的和易性。最后加入一定量的調節劑，在不減少混凝土拌合物的坍落度的前提下，增加部分粘聚性，改善混凝土流變性，增加混凝土工作性能。選取引氣劑為德國科萊恩公司的α烯烴硫酸鈉(AOS)，因其適應性強，起泡性好，穩定性好；消泡劑為聚醚系列消泡劑，可有效減少混凝土表面的氣孔和蜂窩、麻面等缺陷，市面上應用較廣；調節劑為纖維素，小摻量時有較好的增粘效果。確定外加劑的成分比例為每t 減水成分：保坍成分：緩凝劑：消泡劑：引氣劑：調節劑=260：150：20：0.2：0.3：0.5。

經檢驗，外加劑固含量為25%，其含水量對水膠比影響小于0.01，故無需調整配合比中拌合用水量。

按配合比為水泥：粉煤灰：砂：石：水：減水劑=328：37：856：1004：175：3.65（w/c=0.48）進行試拌。