不同配合比高強混凝土工作性能驗證分析

曾小聰

（貴港市宏港城鄉建設投資有限責任公司，廣西 貴港 537000）

0 引言

科學設計混凝土的配合比可以保證混凝土的施工、使用中的工作性能[1]，有利于提高工程的經濟性。高強混凝土常用于大型工程及重要工程，對質量要求較高，且其強度受配合比的影響較大，因此，對高強度混凝土配合比應進行嚴格的控制。混凝土設計一般以強度作為首要控制指標，同時還需滿足耐久性及可操作性等要求。關于混凝土的配合比，國家和行業也制定了相應的標準和計算方法，但不同地區、不同項目混凝土配合比的計算不能完全依靠工程經驗及規范公式來確定，需要進行混凝土配合比試驗驗證分析。本文以貴港市蘇灣大橋工程為依托，對高強混凝土進行了“工作性”配合比設計，并通過試驗驗證了混凝土的各項性能指標，為高強混凝土應用于大型橋梁橋面預制件提供經驗參考。

1 工程概況

蘇灣大橋及布線工程位于廣西貴港市，起點為港區大道，終點為江南大道。橋梁為雙塔雙索面斜拉橋，全長680m，主跨徑334m。主梁采用鋼橫梁預應力混凝土邊主梁組合梁結構，橋梁中心線上梁高3.0m，全寬34.0m。橋面板采用C60混凝土，橋面板長9m，寬3m，厚0.25m，根據結構受力和耐久性要求橋面板均采用C60混凝土。貴港蘇灣大橋橋面預制件采用商品混凝土，運距18km，廣西夏季平均氣溫28°，最高氣溫42°。橋面板混凝土施工期間其工作性能難以滿足現場施工的需要，因而通過調整混凝土的配合比，使混凝土的工作性滿足現場施工的需要。

蘇灣大橋橋面預制件A-001至A-009施工期間混凝土現場工作性能的差異主要表現在以下幾個方面：

（1）混凝土坍落度160～220mm，現場流動性特別差；

（2）混凝土損失特別大，設計7.5m3的預制件需要供給8m3的材料；

（3）混凝土振動后的懸浮漿>2cm；

（4）混凝土早期強度較快，澆筑后10min內混凝土不能拉毛。

2 材料選擇

2.1 水泥

水泥作為混凝土中的膠結材料，其成分、細度等方面對混凝土的使用效果影響很大。本次試驗水泥選用華潤水泥（貴港）有限公司“潤豐”牌P·O42.5R早強型普通硅酸鹽水泥，其初始強度較高，有利于施工安排，穩定性較好，華潤水泥的初始強度通過添加緩凝劑的方法解決。

2.2 集料

由于起骨架和填充作用的集料在混凝土中用量占大部分比例，合理的集料比例使混凝土既具有良好的強度、穩定性和耐久性，又能更加經濟環保。試驗細骨料采用冠峰自產混凝土力線砂，細度模數2.8，石粉含量4.1%，泥塊含量0%，MB值0.6。粗骨料為冠峰自產混凝土力線5～25mm連續級配碎石，其中配合比例為5~10mm為30%，10~25mm為70%。壓壞值為9.2%，泥含量為0.2%，泥塊含量為0.1%，針片狀碎石含量為4.7%。

2.3 爐渣粉末

適當添加混合物可以改善混凝土的流動度，降低水化熱，提高混凝土的使用性能。本文配比試驗礦渣粉采用貴港市鴻耀新型建材有限公司生產的S95級礦渣粉。

2.4 添加劑與水

通過將不同的添加劑摻入混凝土中，可以改善其性能。試驗使用廣西港譽環保科技有限公司LC-2緩凝型高性能減水劑。可以改善混凝土和易度，保證混凝土強度的可靠性，節約水泥用量[3]。水就地采用飲用水。

3 配合比設計

3.1 混凝土配制強度

混凝土設計強度為60MPa，采用公式計算：

式中：fcu,0——混凝土配制強度，MPa；

fcu,k——混凝土立方體抗壓強度標準值，MPa；

σ——混凝土強度標準差，MPa。

無歷史統計資料，由規范查得強度標準差σ取6MPa。經計算fcu,0=69.9MPa。

3.2 水膠比確定

水膠比計算公式為：

αa、αb——回歸系數；

fb——膠凝材料28d膠砂抗壓強度，MPa；

γf、γs、γc——粉煤灰影響系數、粒化高爐礦渣粉影響系數和水泥強度等級值的富余系數；

fce,g——水泥強度等級值，MPa。

由于不具備試驗統計資料及粗集料采用碎石，由規范表查得強度回歸系數αa值取0.53，αb值取0.20，γf取0.90，γs取1.00，水泥富余系數γc取1.10。經計算，為了使C60混凝土有良好的和易性，并保證強度，取水膠比W/B=0.30。

3.3 用水量和外加劑

根據規范選用單位用水量為220kg/m3。每立方米膠凝材料使用2.0%的緩凝高性能減水劑。減水率為25%，可得混凝土加入減水劑后單位用水量為mw0=165kg/m3，再由水膠比0.3計算出膠凝材料用量為mb0=mw0(W B)=550kg/m3，外 加 劑 用 量 為mb0×2.0%=11.0kg/m3。

3.4 摻合料和水泥用量

礦渣粉摻量為15%，則礦渣粉用量為mf0=550×15%=83kg/m3，水泥用量mc0=mb0-mf0=550-83=467kg/m3。

3.5 集料用量

通過規范及經驗選定砂率βs為40%，由計算公式：

計算得出細集料用量ms0=694kg/m3，粗集料用量mg0=1041kg/m3，碎石為二級摻配，因此5～10mm為312kg/m3，10～25mm為729kg/m3。可得到基準配合比見表1。

表1 基準配合比（單位：kg/m3）

4 試驗結果

將上節計算的水泥混凝土的基準配合比（W/B=0.30）編號為GFP-2；W/B=0.28、用水量和砂率不變的配合比編號為GFP-1；W/B=0.32、用水量和砂率不變的配合比編號為GFP-3。分別對3組配合比的混凝土進行試驗攪拌，并測定試驗混合混凝土的坍塌度、表觀密度及7d的抗壓強度，材料用量見表2，測定結果見表3。

表2 拌合數量50L時各材料用量

表3 試驗結果

根據試驗攪拌結果，GFP-1組坍落度為190mm，GEP-2組坍落度為200mm，GFP-3組坍落度為200mm，均在規范要求范圍內，和易性和保水性滿足規范要求。GFP-1組的表觀密度實測值為2450kg/m3，GEP-2組的表觀密度實測值為2450kg/m3，GFP-3組的表觀密度實測值為2440kg/m3，與計算值的差均小于表觀密度值的2%，因此各組配比的材料用量不作調整。GFP-1組的7d抗壓強度實測值為64.1MPa，GEP-2組的7d抗壓強度實測值為63.0MPa，GFP-3組的7d抗壓強度實測值分別為61.5MPa，7d抗壓強度均符合設計要求，但隨著水膠比的增大，7d抗壓強度有逐漸降低的趨勢。比較上述3組配合比試驗混合混凝土的測定結果，在保證混凝土抗壓強度的前提下，兼顧經濟性，采用編號GFP-2、水膠比W/B=0.3的配合比。

5 結束語

本文通過計算得到貴港蘇灣大橋高強混凝土的基準配合比，以水膠比為變量，對水膠比分別減少0.02和增加0.02進行試驗，并測定試驗混凝土的坍塌度、表觀密度和7d抗壓強度。試驗結果表明，3組配合比的試驗混凝土和易性、保水性和7d抗壓強度均滿足要求，隨著水膠比的增加，7d抗壓強度逐漸降低，綜合考慮，選擇水膠比為W/B=0.3的配合比，以滿足現場混凝土工作性能的要求。