巴坦路机制砂混凝土配合比设计

2021-02-03 06:27俞斌

四川水泥 2021年2期

俞斌

（民航机场建设工程有限公司，天津 300456）

0 工程概况

项目位于巴中市巴州区内，路线北接省道 S302 线，南接金碑乡和平昌县交界处，是连接巴中至平昌县的一条重要通道。工程含大桥一座，中桥三座，桥墩均采用圆端形实体墩，高度8m～28m，设计强度为30MPa，上部结构为预应力混凝土T梁。当地降雨量充足，夏季多涝，部分墩柱处于水位变动区域。根据沿线地表水取样结果显示，其对混凝土结构及钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性。

1 原材料技术要求及选择

1.1 水泥

当地主要水泥供货厂家为巴中海螺水泥和四川旺苍西南水泥。考虑到厂家规模、供货能力及产品价格等因素，根据设计及规范要求，本设计选取了四川旺苍西南水泥有限公司生产的西南P.O42.5普通硅酸盐水泥，强度等级为 42.5MPa。进场后对其进行了比表面积、胶砂强度、安定性、凝结时间等试验，经检测其各项指标均符合JTG/T F50-2011施工验收规范的要求。

表1.1 水泥现场取样检测结果

1.2 集料

巴中市的砂石料（包括山料和破碎卵石）产地主要集中在广元的旺苍和巴中的南江，卵石及其机制砂主要集中在南充嘉陵江沿岸的南部和仪陇。

经过比选，采用砂含泥量较低，细度模数较好，而且级配良好，颗粒粗细均匀的南充卵石机制砂作为细集料。且其碱活性较低，适宜用于混凝土工程。

表1.2.1 卵石机制砂现场取样检测结果

表1.2.2 卵石机制砂颗粒级配曲线图

根据筛析结果，计算出细度模数为3.0，适宜拌合混凝土。

粗集料的选择主要考虑到两方面，含泥量及岩石强度。本工程涉及桥梁上部结构T梁预制，其强度为C50,原石强度应为混凝土设计强度的1.5倍，数据不低于75MPa。经比选，选择质量更为稳定，距离更近的南部破碎卵石。其摻配比例为（16-26.5mm：5-16mm = 7：3）。

表1.2.3 岩石现场取样检测结果

表1.2.4 破碎卵石（5mm-31.5mm）现场取样检测结果

表1.2.5 破碎卵石（5mm-31.5mm）颗粒级配曲线图

1.3 拌合用水

本设计确定选用拌合站接入的自来水。因当地供水时有中断，为不影响施工，同时对自来水及巴中曾口镇南江江水都进行检测，结果均符合 JTG/T F50-2011技术指标要求。

表1.3.1 拌合用水现场取样检测结果

1.4 粉煤灰

经比选，确定与西南水泥色差较小，质量稳定的旺苍新鑫建材有限公司的粉煤灰（F类Ⅱ级），检测结果符合JTG/T F50-2011技术指标要求。

表1.4.1 粉煤灰现场取样检测结果

2 混凝土配合比设计

2.1 混凝土设计主要影响因素

墩柱直接受桥梁上部结构竖直向下荷载的作用，以及受温度、湿度等环境因素的影响，因而对于混凝土的工作性、抗压强度、耐久性等有诸多要求。满足以上的要求，主要取决于三个方面：所选原材料本身的品质，混合料的组成配比以及现场的施工工艺措施。所以在配合比设计过程中，应分析影响其强度的因素，从而选择合理材料，科学设计，合理施工，以满足各项技术指标要求。其中原材料的选用固然重要，但能否合理科学的对墩柱混凝土配合比进行设计，也是影响墩柱混凝土抗压强度等其他性能的一个重要因素。本混凝土配合比设计合理与否，关键取决于水胶比、砂率、碎石级配及外加剂等四个参数对混凝土抗压强度、工作性、耐久性等的影响。

2.1.1 水胶比因素

这是决定墩柱混凝土配合比设计混凝土的强度的一个关键参数，其高低直接影响最终的结果。水灰比太小，塌落度小，和易性差，施工难以控制，且由于用水量太小，水泥水化过程也难以完成；水灰比太大，塌落度增大，混凝土具有足够的流动性，方便施工，但混凝土强度有所降低。故在试拌配合比基础上，水胶比上下浮动0.05，拌合用水量不变，形成三个不同配合比，并分别进行混凝土强度试验和拌合物性能检测。

2.1.2 砂率因素

砂率过大，导致粗集料的相对减少，使其骨架支撑的作用的不能发挥完全，影响混凝土强度；砂率过小，粗集料相应增多，拌合物中砂浆的量不足以包裹骨料，难以使混凝土体呈密实状态，势必降低混凝土强度；选择合理的砂率可以保证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

良好的骨料级配及颗粒形状利于相互嵌锁形成密实的骨架结构，对提高混凝土强度十分有利。泥块、土、石粉等的软颗粒使集料与砂浆的界面粘结强度降低，导致硬化后的混凝土强度降低。故应严格控制级配比例。

2.1.4 外加剂因素

外加剂掺量占比虽小，但能明显改善混凝土的性能，并改善经济性。因机制砂自身特点，棱角角多，保水较差，其配置的混凝土主要依靠外加剂去调节混凝土的和易性、凝结时间、保水性等。所以外加剂的调整是本配合比的重中之重。

2.2 配合比设计要求

根据设计要求，本次墩柱混凝土配合比设计28d抗压强度为30MPa，施工拟采用自卸运输车、吊机辅助浇筑。

混凝土采用水泥强度等级为P·O 42.5，拌合物坍落度控制在160±20mm，考虑到拌合站与各桥之间距离较远，且山路较窄，实际行车距离较长，故设定目标1h坍落度经时变化量≤60mm，和易性、工作性满足现场要求。

2.3 计算初步配合比

为满足配合比设计要求，粗集料采取双级配，破碎卵石规格分别为5-16mm：16-26.5mm=3:7，水泥采用P.O42.5，掺加聚羧酸高性能减水剂，在保证强度及工作性的前提下，考虑经济性，以节约成本。现简要概述初步配合比计算过程如下。

（1）计算水泥混凝土配制强度：fcu,0≥30+1.645×5.0=38.2Mpa

（2）粉煤灰掺量为 10%，胶凝材料 28d胶砂抗压强度：fb= 0.85×44.6=37.9MPa

（3）计算水胶比：W/C=0.53×37.9/(38.2+37.9×0.53×0.20)=0.48

（4）根据计算，暂定水灰（胶）比：W/C = 0.48

（5）每方用水量：mw0=233kg

（6）外加剂减水率：25%；推荐外加剂掺量：1.0%；

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

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

（9）每方减水剂用量: mWJ=365×1.0%=3.65 kg

（10）暂定砂率βs=43%

（11）砂石料总重量为 2400-365-175=1860kg；每方机制砂用量（ms）为744kg，每方碎石用量（mG）为1116kg。

2.4 试拌、调整配合比

在初步配合比的基础上，通过工作性验证及调整，确定基准配合比。拌合方式采用强制式机械拌合，初步配合比为水泥：粉煤灰：砂：石：水：减水剂=328：37：744：1116：175：3.65（w/c=0.48）。

外加剂选用山西方兴，其初步配比为每t外加剂减水成分：保坍成分：缓凝剂=300：100：20。减水和保坍母液为方兴自产，缓凝剂采用葡萄糖酸钠。经试拌后，调整砂率为46%，出机坍落度为175mm，满足要求。因机制砂棱角分明，保水性差，细度模数偏大，混凝土出现不可消除的有害气泡，且坍落度损失较快，仅30min损失超过90mm，不能满足现场运输及施工要求。在试验过程中，还出现泌水现象。初步判断为缓凝剂不能与水泥很好适应，保坍成分不足导致。

外加剂的缓凝成分更改为与现场水泥适应性更好的柠檬酸钠，且柠檬酸钠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减水效果，按比例减少减水成分，加入消泡剂减少因骨料间隙产生的较大有害气泡。加入引气剂引入均匀分布的微小封闭气泡，减少有害气泡，并改善混凝土拌合物的和易性。最后加入一定量的调节剂，在不减少混凝土拌合物的坍落度的前提下，增加部分粘聚性，改善混凝土流变性，增加混凝土工作性能。选取引气剂为德国科莱恩公司的α烯烃硫酸钠(AOS)，因其适应性强，起泡性好，稳定性好；消泡剂为聚醚系列消泡剂，可有效减少混凝土表面的气孔和蜂窝、麻面等缺陷，市面上应用较广；调节剂为纤维素，小掺量时有较好的增粘效果。确定外加剂的成分比例为每t 减水成分：保坍成分：缓凝剂：消泡剂：引气剂：调节剂=260：150：20：0.2：0.3：0.5。

经检验，外加剂固含量为25%，其含水量对水胶比影响小于0.01，故无需调整配合比中拌合用水量。

按配合比为水泥：粉煤灰：砂：石：水：减水剂=328：37：856：1004：175：3.65（w/c=0.48）进行试拌。