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第 1 页 共 6 页屈产河特大桥高性能混凝土配合比设计思路曹志强(中铁十七局集团第四工程有限公司 重庆 401121)摘要 本文以预应力箱梁高性能混凝土配合比为基础,针对耐久混凝土问题,掌握各种原材料的 选用,提出制备出具有良好工作性能,满足箱梁要求的 C55 高性能混凝土的思路。经实践检验该配合比达到预期效果;取得利于施工、节约 成本的效益。具有推广价值。关键词 高性能混凝土;配合比;思路。0 引言以耐久性为主要设计指标的高性能混凝土。首先它是一种环境适应型混凝土;铁路露天服役环境,决定了在高性能混凝土应用中,要具有合适的强度与耐久性;要考虑施工的需要,具备良好的工作性能;要考虑投资控制的需要,混凝土要有良好的经济性;同时能够满足一些结构复杂、环境条件恶劣的要求。因此在桥梁建设中得到关注和应用。高性能混凝土的水胶比在 0.25-0.35 之间,胶凝材料最大用量为 500kg/m3,细骨料细度模数要求在 2.7-3.0 之间,高性能减水剂要与选用的水泥匹配适宜。1.高性能混凝土配合比配制1.1 高性能混凝土的特点①、由传统的水泥、砂、石、水四组分改变为必须添加化学外加剂和矿物掺合料后的六组分,水泥用量减少,用水量降低。②、流动性大,早期强度高。用高性能减水剂配制的高性能混凝土能同时具有坍落度大和早强的性能,施工过程中可以早期拆模,加速模板的周转,缩短施工周期,提高施工速度。③、耐久性好。高性能混凝土比普通混凝土有更高的密实性,所以,它具有抵抗外部侵蚀能力强、长期使用性能好的特点。1.2 配合比设计原则混凝土的组分较为复杂,必须考虑减水剂的作用以及减水剂与胶凝材料的相容性问题,所以采用普通混凝土的配合比设计方法,仅根据强度与水灰比的关系进行设计是不合适的。主要通过不同用水量以及选取不同品种和掺量的矿物掺合料进行调节。关键是合理选择原材料,并合理确定各种材料之间的比例关系,通过工艺方法使混凝土达到最高的密实强度,以及水泥石的结构与截面结构改善。1.3 原材料选用配合比设计之前必须对混凝土用原材料进行检验,以了解原材料的各项性能。因为原材料的各项性能指标的好坏直接影响混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能等。①、水泥的选用。水泥是影响凝土强度的主要因素;根据工程实际情况及所处地理位置,经过参评论文:屈产河特大桥高性能混凝土配合比设计思路第 2 页 共 6 页几家水泥生产厂家的性能比较;选用山西省文水县吉港水泥有限公司 P·O 52.5 级水泥。其主要性能指标见表 1。表 1 水泥主要性能指标凝结时间(min)抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa)品质指标比表面积(m 2/kg) 初凝 终凝 3d 28d 3d 28dSO3含量(%)CL-含量(%)碱含量(%)技术要求 300~350 ≥45 ≤600 ≥4.0 ≥7.0 ≥23.0 ≥52.5 ≤3.5 ≤0.06 ≤0.80检测结果 339 140 170 5.7 8.4 27.4 55.2 2.21 0.027 0.52②、砂的选用。混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆填充的,为达到节约水泥和提高强度的目的,尽量减少砂粒间的空隙。选取级配合理的中砂(Ⅱ区) ,细度模数为 2.7-3.0,这样的砂理想,不仅水泥浆用量少,而且还可以提高混凝土的密实性与强度;经过试验确定选用山西省石楼县转角砂。其主要质量指标见表 2。表 2 砂主要质量指标品质指标 细度模数 表观密度(kg/m 3) 含泥量 (%) 泥块含量 (%) CL-含量(%)碱活性(%)技术要求 2.3~3.0 -- ≤2.0 ≤0.5 ≤0.02 <0.10检测结果 2.7 2630 1.0 0.1 0.001 0.06③、碎石的选用。粗骨料在混凝土的组织结构中起主要骨架作用;其各项性能与混凝土性质密切相关;骨料的强度、孔结构、颗粒形状和尺寸、母材抗压强度等都直接影响混凝土的相关性质。具有良好级配的骨料,能够最大限度地减少孔隙率,降低水泥浆的用量,从而节约水泥;而水泥用量的降低又可以减小混凝土的干缩,降低水化热的产生。由于当地地材的局限性,压碎指标值接近标准要求的上限值,经过大量的试验检测筛选出石楼介板沟采石场生产的碎石;采用5-20mm连续级配,其中5-10mm 粒径占30%,10-20mm粒径占70%,最大公称粒径为20mm;其主要质量指标见表3。表 3 碎石主要质量指标品质指标 表观密度(kg/m 3)压碎指标值(%)针片状颗粒总含量(%)岩石抗压强度(MPa)含泥量(%)泥块含量(%)CL-含量(%)碱活性(%)技术要求 >2500 ≤10 ≤5 ≥82.5 ≤0.5 ≤0.2 ≤0.02 <0.10检测结果 2640 9 3 97 0.4 0.1 0.008 0.05④、掺和料的选用。配制高性能混凝土,仅依靠高强度等级水泥和提高水泥用量是不够的;而且水泥用量大,对混凝土的耐久性并不有利;因此,必须选择掺和料,以改善混凝土的工作性;提高抗腐蚀能力,改善混凝土内部的化学组成。掺合料加入混凝土中,填充了水泥颗粒间及水第 3 页 共 6 页泥与骨料的间隙,可降低水泥用量,改善混凝土拌和物的和易性,减少泌水和离析现象;改善其黏聚性、稳定性,可降低坍落度损失;有利于输送、浇筑和振实。粉煤灰具有良好的保水性,粉煤灰的球形玻璃体在混凝土中能起到“滚珠轴承”作用,减少颗粒之间的摩擦,并有一定的减水效果;粉煤灰的密度小于水泥,以同等质量取代水泥时相当于增加了浆体体积,有利于流动性的增加,使混凝土的工作性能增强。粉煤灰选用的是山西省柳林县柳电粉煤灰有限责任公司生产的F类(Ⅰ级) ,其主要指标见表4。表4 粉煤灰主要质量指标品质指标 细度(%) 需水量比 (%) 烧失量 (%) CaO含量(%) 含水量 (%) SO3含量(%) CL-含量(%)碱含量(%)技术要求 ≤12.0 ≤95 ≤5.0 ≤10 ≤1.0 ≤3.0 ≤0.02 -检测结果 3.8 94 3.1 3.14 0.5 0.38 0.005 0.02磨细矿渣粉由于粉体颗粒被充分细化,显著增加其表面物化作用,使混凝土强度和耐久性得以改善;对流动度的影响主要依赖于粉体的表面吸水性,矿粉能强烈吸附高效减水剂,对混凝土具有分散效应,可以显著增大浆体的流动性,并降低其屈服应力和黏度值,适用于配制低水胶比、大流动度的混凝土。选用的是山西省曲沃县旭东建材有限公司生产的S95级磨细矿渣粉,其主要指标见表5。表5 磨细矿渣粉主要质量指标活性指数(%)品质指标 密度(g/cm 3) 比表面积(m 2/kg) 烧失量 (%)7d 28dCL-含量(%)碱含量(%)SO3含量(%)技术要求 ≥2.8 350~500 ≤3.0 ≥75 ≥95 ≤0.06 - ≤4.0检测结果 2.86 440 0.7 92 101 0.019 0.09 1.76⑤、减水剂的选用对于混凝土工作性能的影响至关重要,要实现高性能混凝土的高强度和耐久性,必须保证低水胶比和低用水量。聚羧酸高性能减水剂作为一种表面活性物质,可以改善混凝土的和易性,降低混凝土的拌和用水量,从而提高混凝土的强度和耐久性,改善混凝土的其它物理力学性能,降低水泥用量。采用山西康特尔建材有限公司生产的KTPCA聚羧酸高性能减水剂,其主要指标见表6。表6 聚羧酸高性能减水剂主要质量指标抗压强度比(%)品质指标 减水率 (%) 含气量 (%)1d 3d 7d 28dCL-含量(%)碱含量(%)技术要求 ≥25 ≤3.0 ≥170 ≥160 ≥150 ≥140 ≤0.6 ≤10检测结果 26 2.6 181 169 159 150 0.043 2.45⑥、水。用水量对高性能混凝土的耐久性具有直接影响。较低的用水量、较低的水泥用量、掺屈产河特大桥高性能混凝土配合比设计思路第 4 页 共 6 页入外掺料等矿物质,均可使高性能混凝土的密实性提高,从而提高高性能混凝土的耐久性。本配合比选用的是山西省石楼县当地井水,水质良好。1.4 配合比试验根据设计图纸和施工要求,试验室利用选用的原材料进行了配合比试验;经过多次试配,具体配合比数据见表7。表7 三组试验的配合比材料用量(kg/m 3)编号 砂率(%) W/C水泥 粉煤灰 矿粉 砂 石 减水剂 水C55-1 35 0.27 417 39 34 657 1221 7.35 132C55-2 35 0.29 417 39 34 654 1214 7.35 142C55-3 35 0.31 417 39 34 650 1208 7.35 152三组配合比的试验检测数据见表8。表8 三组配合比的试验检测结果抗压强度(MPa) 弹性模量(MPa)编号 坍落度(mm) 容重(kg/m 3) 含气量 (%)3d 5d 7d 28d 7d 28d电通量(C)C55-1 210 2490 2.1 53.3 55.7 58.5 71.8 3.86×104 4.20×104 359C55-2 220 2490 2.7 50.0 54.8 57.4 69.2 3.84×104 4.18×104 317C55-3 220 2480 3.2 46.1 48.9 53.5 64.1 3.81×104 4.22×104 435三组配合比试验检测结果分析见图1。3 5 7 2853.3 55.7 58.5 71.83 5 7 2850 54.8 57.4 69.23 5 7 2846.1 48.9 53.5 64.1020406080强度MPa3 5 7 28龄 期 d龄 期 与 强 度 关 系 图C55-1C55-2C55-3图1 三组试配后的混凝土检测结果分析(龄期与强度关系)第 5 页 共 6 页通过以上数据,结合设计及工程特点,考虑混凝土的现场可施工性,合理分析后采取C55-2配合比;每立方混凝土用量为(kg/m 3):水泥417;粉煤灰 39;矿粉34;砂654;石1214;减水剂7.35;水142。工作状态:流动性好,不泌水,骨架饱满。凝结时间:初凝4h15min ;终凝6h35min。混凝土碱含量2.389 kg/m 3 ,氯离子含量0.05%,三氧化硫含量 2.059%。各项指标符合设计及规范要求;早期强度能满足现场施工。2.高性能混凝土的现场应用屈产河特大桥位于山西省石楼县,桥梁全长 1307.3m,桥型布置为:2-24m 预应力砼简支 T梁+13-32 m 预应力砼简支 T 梁 +2-(80+80)m T 构+1-(70+120+120+120+70)m 连续箱梁;高72.5m,跨越河流、道路等,高墩、大跨悬灌现浇梁技术含量高,对生产要素的投入和工期的影响大,专业性强;采用 C55 高性能混凝土;工期紧,悬灌周期短,施工复杂,为本工程的重点。混凝土优异的性能是实现混凝土高强度、高耐久性的关键。屈产河特大桥现场施工时,根据试验室确定的配合比进行现场混凝土的施工,施工过程顺利;混凝土工作性能良好,不泌水、不离析,利于泵送,能够保证混凝土浇筑质量。而且在浇筑后未发生裂缝,灌注密实,混凝土强度满足设计和规范要求,能确保按时张拉,混凝土坍落度、含气量、凝结时间、强度、弹性模量也达到设计要求。施工控制中混凝土试验数据见表9。表9 施工控制中的混凝土试验结果抗压强度(MPa) 弹性模量(MPa)编号 坍落度(mm) 容重(kg/m 3) 含气量 (%)3d 5d 7d 28d 7d 28d电通量(C)1 210 2490 2.8 50.8 52.6 56.4 67.1 3.82×104 4.21×104 3502 220 2480 3.0 47.0 50.4 58.9 69.9 3.86×104 4.20×104 3643 210 2480 3.1 49.6 51.1 55.6 63.5 3.80×104 4.15×104 331从上述数据看出,屈产河特大桥高性能混凝土抗压强度(同条件养护试件)等各项指标均达到设计要求,并能保证早期的张拉,利于现场施工。3.结语通过掺入聚羧酸高性能减水剂,大大减少了混凝土单位用水量和降低了W/C,不仅有效的减少了水泥用量、有效控制了混凝土中氯离子含量、碱含量;而且还可以提高混凝土抗压强度及抗渗等级;通过调整粗、细骨料的级配可以较大程度地减少混凝土泌水,保证混凝土具有良好的状态,利于泵送施工;采用矿物掺合料(粉煤灰、磨细矿渣粉)可以提高混凝土的抗压强度、抗渗性能(抗水渗透、抗氯离子渗透) ;所配制的高性能混凝土效果在施工中得到了应用,节约了成本,混凝土浇筑效果良好,完全满足现场施工。第 6 页 共 6 页参考文献1. 赵国堂,李化建编著.高速铁路高性能混凝土应用管理技术.北京 中国铁道出版社,2009年.2.温国梁,姚学健,白梅荣.混凝土外加剂与水泥适应性分析.混凝土 10-2010:82-83.3. 莫志凡,林春姣,欧伟,等.拉会大桥箱梁高性能混凝土配合比试验. 混凝土 12-2011:131-1324. 陈友治,曹晓梅,孙涛.C50微膨胀钢管混凝土的配合比设计优化. 混凝土 12-2011:123-126
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