橋隧施工水泥砼全覆蓋配合比設(shè)計(jì)研究

歐代軍

摘 要：橋隧施工水泥砼可施工性、質(zhì)量、原材料的變化、施工配合比的經(jīng)濟(jì)性，已是每個(gè)橋隧項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。評(píng)價(jià)施工配合比的好壞首先是可施工、質(zhì)量符合要求，其次是經(jīng)濟(jì)性和外觀質(zhì)量。本文特提出全覆蓋、經(jīng)濟(jì)配合比設(shè)計(jì)、施工理念。

關(guān)鍵詞：橋隧施工;全覆蓋配合比;設(shè)計(jì)研究

中圖分類號(hào)：U445? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）11-0152-03

1前言

橋隧施工水泥混凝土一般是具有高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性的綜合性能優(yōu)良的高性能混凝土。

其特點(diǎn)是：

（1）拌合料呈高塑或流態(tài)、可泵送、不離析，便于澆筑密實(shí)。

（2）在凝結(jié)硬化過(guò)程中和硬化后的體積穩(wěn)定，水化熱低，不產(chǎn)生微細(xì)裂縫，徐變小。

（3）有很高的抗?jié)B性。其中高工作性是高性能混凝土必須具備的首要條件，即高流動(dòng)性、高抗離析性、高間隙通過(guò)性、高填充性、高密實(shí)性、高穩(wěn)定性;并同時(shí)具備低成本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。

在一般的項(xiàng)目中砼的標(biāo)號(hào)跨度在C25-C50之間，砼的水膠比在0.3-0.5之間，每方砼膠凝材料用量在300-500之間，砂率在32-42%之間。

目前橋隧項(xiàng)目的砼施工和易性的現(xiàn)狀：坍落度基本在180-240mm、擴(kuò)展度在400-700mm，才能符合現(xiàn)在工人對(duì)施工的要求?；臼┕l件為集中攪拌，砼運(yùn)輸車送到施工現(xiàn)場(chǎng)，砼從輸送車中倒出需120mm以上坍落度，運(yùn)輸過(guò)程砼需保坍，如果1h小于20mm，則初始坍落度至少在180mm以上。受這些條件的限制，砼初始坍落度設(shè)計(jì)一般在180-240mm。

2全覆蓋配合比設(shè)計(jì)的定義

原材料變化引起的變量，及時(shí)調(diào)整施工配合比是施工過(guò)程質(zhì)量控制的關(guān)鍵：砂子細(xì)度模數(shù)、含泥量、級(jí)配的變化，石子級(jí)配、含泥量、形狀變化。水泥一般來(lái)說(shuō)相對(duì)是穩(wěn)定的材料，但有些水泥使用時(shí)溫度仍很高也會(huì)引起一些變化，粉煤灰的細(xì)度需水量比的變化，礦粉的比表面積、需水量比的變化，外加劑對(duì)不同材料、環(huán)境變化引起的適應(yīng)性調(diào)整。全覆蓋配合比設(shè)計(jì)理念就是找出工地上的一些常變量，通過(guò)預(yù)先系統(tǒng)的配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，得到項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中需要實(shí)時(shí)調(diào)整的相關(guān)參數(shù)，確保工程質(zhì)量及比例的經(jīng)濟(jì)性，這樣才能解決當(dāng)前項(xiàng)目部材料變異性大，地方性材料有時(shí)吃“百家飯”現(xiàn)象。充分做好相關(guān)預(yù)變?cè)O(shè)計(jì)，既能解決一些不穩(wěn)定因素引起的工程質(zhì)量問(wèn)題，又能保證工程施工的連續(xù)性，且對(duì)經(jīng)濟(jì)配合比的充分利用提供技術(shù)支撐。

3全覆蓋配合比設(shè)計(jì)的基本思路

設(shè)計(jì)基本思路包括強(qiáng)度全覆蓋思路，預(yù)設(shè)材料變化全覆蓋思路，經(jīng)濟(jì)性全覆蓋思路，施工適應(yīng)性全覆蓋思路。

3.1強(qiáng)度全覆蓋基本思路

固定一個(gè)用水量，改變不同的水泥用量， 通過(guò)外加劑調(diào)整保持基本相同的坍落度， 適當(dāng)調(diào)整砂率保證砼和易性，以表1為例：

這樣可以得出在基本施工性能不變的情況下，不同的水泥基水灰比強(qiáng)度發(fā)展的全況，基本能了解C25-C55的強(qiáng)度全圖，如果數(shù)據(jù)異常可加密復(fù)合，如果兩端還不能覆蓋可增加點(diǎn)。繪制膠凝材料用量、水膠比的強(qiáng)度關(guān)系曲線圖。

3.2經(jīng)濟(jì)性全覆蓋基本思路

其經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在膠凝材料總用量，粗集料級(jí)配及形狀，外加劑用量，膠凝材料比例，用水量，天然砂、機(jī)制砂及級(jí)配，以表2為例：

經(jīng)濟(jì)配合比，就是在滿足施工性、力學(xué)、耐久性及施工圖、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下，通過(guò)不同的材料組合找出最佳組合，使材料得到充分利用下，經(jīng)濟(jì)效益最大化，滿足材料變化引起的施工性能、力學(xué)性能、耐久性等變化。通過(guò)前期配合比試驗(yàn)預(yù)設(shè)相關(guān)易變性材料及變化的程度對(duì)上述性能的影響，調(diào)整相關(guān)參數(shù)使其達(dá)到原理想配合比的要求，保證施工過(guò)程不受材料變化而影響其可施工性、經(jīng)濟(jì)性及其他相關(guān)性能。

3.3建立不同粉煤灰摻量配合比數(shù)據(jù)庫(kù)

粉煤灰摻量數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)槟z凝材料中粉煤灰價(jià)格最低且能有效改善砼和易性。

定用水量，定坍落度下，相同粉煤灰摻量，不同水膠比與強(qiáng)度的關(guān)系。

定用水量，定坍落度下，相同水膠比不同粉煤灰摻量與強(qiáng)度的關(guān)系及與水化溫升的關(guān)系。

上述二者的集合匯總分析，定用水量，定坍落度，不同的粉煤灰摻量及不同的水膠比，強(qiáng)度的關(guān)系，以上詳見(jiàn)表3，圖1為例。

3.4建立同等級(jí)、同等施工要求情況下，配合比數(shù)據(jù)庫(kù)

同等級(jí)、同等施工工藝要求下不同摻合料摻量數(shù)據(jù)庫(kù)，用以選擇最優(yōu)方案。

定用水量，定水膠比，定坍落度下，不同摻合料摻量同齡期下的強(qiáng)度關(guān)系-配合比優(yōu)選的主要參考值。

定用水量，定水膠比，定坍落度下，不同摻合料摻量，不同養(yǎng)護(hù)溫度下同齡期的強(qiáng)度關(guān)系，以真實(shí)反映砼構(gòu)件的強(qiáng)度發(fā)展情況，用以指導(dǎo)施工-采用溫度同溫匹配養(yǎng)護(hù)技術(shù)獲得真實(shí)的構(gòu)件砼強(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

定用水量，定水膠比，定坍落度下，相同水膠比，不同摻合料摻量與標(biāo)準(zhǔn)溫濕度下，養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系-采用標(biāo)準(zhǔn)溫濕度養(yǎng)護(hù)下，獲得試件評(píng)定強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，以上詳見(jiàn)表4，圖2為例。

3.5全覆蓋配合比的試驗(yàn)及分析

相同施工性能要求，不同水膠比下的力學(xué)性能的匯總分析，找出強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系。

相同施工性能要求，相同水膠比，不同摻合料摻量比例下，強(qiáng)度與齡期的關(guān)系、強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)溫度的關(guān)系，找出最佳經(jīng)濟(jì)配合比，及溫升與摻合料的關(guān)系，對(duì)指導(dǎo)有溫升要求砼配合比設(shè)計(jì)及施工提供參考依據(jù)。

預(yù)設(shè)材料變化時(shí)（特別是粗細(xì)骨料），用相同的施工性能要求，不同水膠比下，對(duì)砼施工性能、力學(xué)性能的影響，找出需要調(diào)整的因子，如水泥、粉煤灰、礦粉、外加劑，使其施工性與力學(xué)性能滿足項(xiàng)目要求。

4 單個(gè)配合比的優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)項(xiàng)目的施工要求，如果采用不同粒徑的粗骨料或不同的膠凝材，也可根據(jù)具體的設(shè)計(jì)，上下做五個(gè)水膠比了解這一級(jí)別的強(qiáng)度，新拌砼性能，減少以全項(xiàng)目強(qiáng)度覆蓋為目的試驗(yàn)次數(shù)，但比現(xiàn)有規(guī)范多了二個(gè)水膠比，這樣可減少工作量，又能了解強(qiáng)度與材料關(guān)系的寬度。

某項(xiàng)目C50基準(zhǔn)海工砼配合比，其詳見(jiàn)表5，表6，表7。

表中C30指水泥保留總量的30%，S10指的是礦粉取代總量的10%，F(xiàn)70指粉煤灰取代總量的70%，其他以此類推。

在水膠比為0.32的情況下，比較方案1#、2#、3#、4#可以得到，在保證水泥30%不變的前提下，隨著礦粉取代比例的提高，混凝土強(qiáng)度逐漸上升。到礦粉取代至20%至30%時(shí)，強(qiáng)度不再提高。同樣在比較方案5#、6#、7#、8#可以得到，保證水泥20%不變的前提下，隨著礦粉取代比例的提高，混凝土強(qiáng)度同樣逐漸上升。產(chǎn)生這種狀況的主要原因在于礦粉受到水泥激發(fā)后，在28天的活性可達(dá)到115%，超過(guò)了水泥和粉煤灰，詳見(jiàn)圖3。

各方案中水膠比為0.32情況下，僅方案4#、7#、8#的28天強(qiáng)度超過(guò)了50MPa，但考慮到施工因素，混凝土配制強(qiáng)度強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到60MPa，所有的8個(gè)方案均無(wú)法滿足要求，需要增加水泥比例。在確定水泥50%，粉煤灰取代率30%，礦粉取代率20%的基礎(chǔ)上針對(duì)不同水膠比進(jìn)行試驗(yàn)，所得結(jié)果如下表8。

比較上述方案，其強(qiáng)度均滿足需求，但水膠比0.34狀況下坍落度較大，和易性差，易離析?？紤]成本因素，水膠比為0.32的最為適合。因此，采用水膠比0.32，水泥50%，粉煤灰取代率30%，礦粉取代率20%的方案。

優(yōu)化后與原始配合比相同，說(shuō)明原始配合比已經(jīng)是最優(yōu)方案，詳見(jiàn)表9，表10。

5 結(jié)語(yǔ)

高性能混凝土外觀質(zhì)量通病種類多，造成的原因也不盡相同。因此，在解決這類問(wèn)題時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況做具體分析，進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，找出其中的主要因素，采取相應(yīng)的措施，才能收到最佳防治效果?；炷潦┕すこ淌且豁?xiàng)多部門、多工種聯(lián)合作業(yè)的施工過(guò)程，各部門各工種之間的聯(lián)合協(xié)作對(duì)施工管理提出了很高的要求，建議采用全員質(zhì)量管理的管理模式，一種自上而下的全員質(zhì)量管理模式。各所屬部門和人員進(jìn)行多層次，多梯隊(duì)的層層把關(guān)制度。領(lǐng)導(dǎo)必須重視和關(guān)注，提出明確的質(zhì)量管理目標(biāo)并安排落實(shí)，跟蹤檢查，明確獎(jiǎng)懲，達(dá)到質(zhì)量管理的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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