高強(qiáng)度混凝土配合比設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量控制

劉淑艷

（寬城滿族自治縣交通運(yùn)輸局，河北 寬城067600）

1 工程概況

承秦出海公路輔線，起于承秦出海公路與邦寬線相交的黃崖子，途經(jīng)九虎嶺、劉家莊、李臺(tái)子、大野雞峪、金雞溝，下穿遵小鐵路后，終于三道河子，全長(zhǎng)12.457km，二級(jí)公路，全線橋梁設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路—Ⅰ級(jí)，共設(shè)大橋1768m/8座，小橋3座，涵洞19道，大橋上部結(jié)構(gòu)全部采用預(yù)應(yīng)力空心板，空心板的標(biāo)號(hào)均為C50。

2 高強(qiáng)度混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料的選擇與控制

（1）配制高強(qiáng)度混凝土宜選擇高強(qiáng)度水泥，可采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，所使用的水泥應(yīng)符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041—2000）和《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）的有關(guān)規(guī)定。立窯生產(chǎn)的水泥須經(jīng)仔細(xì)檢驗(yàn)其化學(xué)成分后方可確定使用與否。

（2）配制高強(qiáng)混凝土所用細(xì)集料的質(zhì)量，除應(yīng)符合普通混凝土的要求之外，還應(yīng)滿足如下要求：使用級(jí)配良好的中砂，其細(xì)度模數(shù)應(yīng)不小于2.6，含泥量應(yīng)小于2%。

（3）配制高強(qiáng)混凝土所用粗集料的質(zhì)量，除應(yīng)符合普通混凝土的要求之外，還應(yīng)滿足如下要求：使用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的碎石，骨料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)比所配制的混凝土強(qiáng)度高50%以上，含泥量應(yīng)小于1%，針片狀顆粒含量應(yīng)小于5%，骨料的最大粒徑不宜超過25mm。

（4）拌制混凝土所用的水必須滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041—2000）橋規(guī)之規(guī)定。

（5）配制高強(qiáng)度混凝土必須使用高效減水劑，其性能必須符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041—2000）橋規(guī)之規(guī)定，摻量應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。

（6）指定專人定期檢查、測(cè)定各種原材料的資源特性和生產(chǎn)狀態(tài)，特別是對(duì)原材料的進(jìn)場(chǎng)、儲(chǔ)存、計(jì)量應(yīng)實(shí)行全方位的監(jiān)控。

（7）對(duì)已篩選好的材料，除了有較好的性能指標(biāo)外，還必須要求質(zhì)量穩(wěn)定，在一定時(shí)期內(nèi)材料的資源特性不能有太大的波動(dòng)。

（8）高強(qiáng)度混凝土要求水灰比小，坍落度要滿足施工要求，這就需要摻入一定量的高性能的減水劑，萘系高效減水劑在該項(xiàng)目建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 配合比方案的比選

2.2.1 方案1：在保持混凝土流動(dòng)性和強(qiáng)度不變的情況下，節(jié)約水泥

該方案經(jīng)試拌調(diào)整后可得出，在保持混凝土拌和物和易性及強(qiáng)度不變的情況下，可節(jié)約水泥8%左右。

2.2.2 方案2：在保持混凝土強(qiáng)度不變的情況下，提高混凝土拌和物的流動(dòng)性

摻加減水劑后，保持原混凝土配合比不變，經(jīng)過試拌混凝土拌和物的坍落度大幅度提高，黏聚性及保水性良好，表觀密度與原混凝土接近。

2.2.3 方案3：保持混凝土的流動(dòng)性不變，提高混凝土的強(qiáng)度

保持混凝土的流動(dòng)性不變也就是在原混凝土中加入減水劑后，保持原來的坍落度不變，故而要在原配合比的基礎(chǔ)上少加一定量的水；經(jīng)過試拌后混凝土的強(qiáng)度要比原來提高11%以上。此外加減水劑既可以節(jié)約一定量的水泥，又可以提高混凝土的強(qiáng)度。

經(jīng)過三種方案比對(duì)，在S211 線橋梁板預(yù)制配合比設(shè)計(jì)中采用了第三種方案。

2.3 高強(qiáng)度混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.3.1 計(jì)算未摻加減水劑基準(zhǔn)混凝土的“初步配合比”

（1）計(jì)算試配強(qiáng)度fcu，0

式中：σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），取值見表1；fcu,0為混凝土配制強(qiáng)度（MPa）；fcu,k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）。

表1 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ取值

（2）計(jì)算水灰比（W/C）

式中：αa、αb為回歸系數(shù)，取值見表2。

表2 回歸系數(shù)αa和αb選用表

為了保證混凝土的耐久性，水灰比還不得大于表3中規(guī)定的最大水灰比值，如計(jì)算所得的水灰比大于規(guī)定的最大水灰比值時(shí)，應(yīng)取規(guī)定的最大水灰比值。

表3 混凝土的最大水灰比

（3）確定單位用水量（mw0）

①干硬性和塑性混凝土用水量的確定

根據(jù)所用骨料的種類、最大粒徑及施工所要求的坍落度值，查表4選取每立方米混凝土的用水量。

表4 塑性混凝土的用水量

②流動(dòng)性和大流動(dòng)性混凝土的用水量計(jì)算

a）以表4中坍落度90mm的用水量為基礎(chǔ)，按坍落度每增大20mm，用水量增加5kg，計(jì)算出未摻外加劑時(shí)混凝土的用水量。

b）摻外加劑時(shí)的混凝土用水量按下式計(jì)算：

式中：mwa為摻外加劑時(shí)，每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；mw0為未摻外加劑時(shí)，每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；β為外加劑的減水率（%），應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。

（4）計(jì)算單位水泥用量（mc0）

為保證混凝土的耐久性，由上式計(jì)算求得的mc0還應(yīng)滿足表3 規(guī)定的最小水泥用量，如計(jì)算所得的水泥用量小于規(guī)定的最小水泥用量時(shí)，應(yīng)取規(guī)定的最小水泥用量值。

（5）確定砂率（βs）

①查表法

根據(jù)骨料的種類、最大粒徑、水灰比按表5選用。

表5 混凝土的砂率（%）

②計(jì)算法

式中：α為撥開系數(shù)，機(jī)械拌和取1.1～1.2，人工拌和取1.2～1.4。

（6）計(jì)算砂石用量

①體積法

②質(zhì)量法

根據(jù)以上公式可計(jì)算出單位砂、石用量mg0、ms0。

（7）混凝土初步計(jì)算配合比

每立方米混凝土材料用量為：水泥∶砂∶石∶水=1∶x∶y∶z，其中z=W/C。

計(jì)算出“初步配合比”后，采用保持混凝土流動(dòng)性不變，提高混凝土強(qiáng)度的辦法，分4個(gè)步驟來設(shè)計(jì)梁板預(yù)制C50高強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比：①根據(jù)減水劑的實(shí)際減水率計(jì)算摻加減水劑后的單位用水量；②在初步配合比的基礎(chǔ)上，繼續(xù)保持原來的水泥不變；③計(jì)算減水劑的摻量；④按體積法或質(zhì)量法計(jì)算砂石用量。

2.3.2 基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)

按混凝土初步計(jì)算配合比稱取實(shí)際工程中使用的材料進(jìn)行試拌。當(dāng)試拌出的拌和物坍落度或維勃稠度不能滿足要求，或黏聚性和保水性不良時(shí)，應(yīng)在保持水灰比不變的條件下相應(yīng)調(diào)整用水量和砂率，直到符合要求為止，然后提出供檢驗(yàn)強(qiáng)度用的基準(zhǔn)配合比。

（1）混凝土拌和物和易性調(diào)整方法

若坍落度不滿足要求，S過小時(shí)應(yīng)保持W/C不變，增加水泥漿量；S過大時(shí)應(yīng)保持砂率不變，增加骨料用量。

若黏聚性、保水性不滿足要求時(shí)，應(yīng)保持骨料總量不變，調(diào)整砂率。

調(diào)整時(shí)間不超過20min，直到符合要求。根據(jù)調(diào)整后的材料用量計(jì)算混凝土拌和物的基準(zhǔn)配合比。

（2）強(qiáng)度復(fù)核

采用3個(gè)水灰比不同的配合比：①基準(zhǔn)配合比的水灰比；②基準(zhǔn)配合比的水灰比+0.05；③基準(zhǔn)配合比的水灰比-0.05。

用水量與基準(zhǔn)配合比相同，砂率可作適當(dāng)調(diào)整（增、減1%）。每個(gè)配合比做1組試件，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，測(cè)出混凝土的抗壓強(qiáng)度。

（3）試驗(yàn)室配合比確定

根據(jù)強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果、濕表觀密度進(jìn)一步修正配合比，可得到試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)值。

①確定用水量（mw）

取基準(zhǔn)配合比中的用水量（mw），并根據(jù)制作強(qiáng)度檢驗(yàn)試件時(shí)測(cè)得的坍落度（或維勃稠度）值加以適當(dāng)調(diào)整。

②確定水泥用量（mc）

取用水量乘以由“強(qiáng)度-水灰比”關(guān)系定出的，為達(dá)到配制強(qiáng)度fcu,0所必須的水灰比。 確定粗、細(xì)骨料用量（msb、mGb）。

③確定配合比

取基準(zhǔn)配合比中砂、石用量，并按定出的水灰比做適當(dāng)調(diào)整。

根據(jù)實(shí)測(cè)拌和物濕表觀密度修正配合比：

a）根據(jù)強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果修正后定出的混凝土配合比，計(jì)算出混凝土的“計(jì)算濕表觀密度”

b）將混凝土的實(shí)測(cè)表觀密度ρcp除以計(jì)算濕表觀密度得出校正系數(shù)δ：

在農(nóng)民科技教育中心管理工作中，有效的資金投入是必不可少的，因此在管理過程中，有關(guān)部門應(yīng)該加大資金的投入力度，一方面保證農(nóng)民科技教育中心的教育經(jīng)費(fèi)充足，能夠不斷探索新的教育課程；另一方面可以不斷健全和完善農(nóng)民科技教育中心的教育培訓(xùn)體系，完善基礎(chǔ)教育設(shè)施建設(shè)，改善辦學(xué)條件，加大田間學(xué)校和農(nóng)民教育實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)力度，幫助農(nóng)民能夠通過教育培訓(xùn)，提升自己的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理水平。

c）將混凝土配合比中各項(xiàng)材料用量乘以校正系數(shù)δ，得到最終確定的試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)值。

2.3.3 基準(zhǔn)配合比調(diào)整施工配合比

設(shè)計(jì)配合比是以干燥狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)，而工地存放的砂、石都含有一定的水分。所以，現(xiàn)場(chǎng)材料的實(shí)際稱量應(yīng)按工地砂石的含水情況進(jìn)行修正，修正后的配合比為施工配合比。根據(jù)砂、石的實(shí)際含水率，將試驗(yàn)室配合比換算為施工配合比。

3 高強(qiáng)度混凝土的施工質(zhì)量控制

在試驗(yàn)室配制符合要求的高強(qiáng)度混凝土比較容易，而在整個(gè)施工過程中，混凝土的質(zhì)量卻不太穩(wěn)定。這是因?yàn)榛炷翉?qiáng)度在整個(gè)施工過程中受各種條件、因素的變化而變化，施工時(shí)根據(jù)變化會(huì)隨時(shí)調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。

3.1 原材料更換時(shí)

在混凝土施工過程中，如更換水泥、外加劑及礦料時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

3.2 施工環(huán)境及施工工藝變化時(shí)

施工環(huán)境及施工工藝發(fā)生變化時(shí)針對(duì)由于季節(jié)引起環(huán)境溫度的變化，或施工工藝變化，單純依靠采取其他措施不能滿足要求的情況，必須對(duì)混凝土配合比進(jìn)行調(diào)整。在施工過程中更換配合比是一種不可取的方法，因?yàn)橥瓿梢粋€(gè)混凝土配合比設(shè)計(jì)所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)影響工期。因此，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，送樣人應(yīng)該對(duì)高強(qiáng)度混凝土所使用的材料要做出充分的估計(jì)和判斷。

3.3 高強(qiáng)混凝土的攪拌

3.3.1 攪拌設(shè)備的要求

攪拌機(jī)應(yīng)采用臥軸式或行星式的強(qiáng)制式攪拌機(jī)，原材料的配料系統(tǒng)要由計(jì)量準(zhǔn)確的電子控制裝置，計(jì)量一律采用重量法控制，不得采用自落式或人工配料機(jī)械攪拌。原材料的投放量應(yīng)按如下要求準(zhǔn)確控制：水泥及水泥摻合料：±1%；外加劑：±1%；粗細(xì)集料：±2%；拌和用水：±1%。

3.3.2 投料順序及攪拌時(shí)間

攪拌時(shí)，宜先投入細(xì)集料，再投入水泥和外加劑，然后加水，開始攪拌，攪拌時(shí)間控制在30～40s 之間，攪拌均勻后最后投入粗集料，繼續(xù)攪拌，攪拌時(shí)間控制在3min左右。

3.4 混凝土的運(yùn)輸

高強(qiáng)度混凝土最好用混凝土罐車運(yùn)輸。用農(nóng)用三輪車運(yùn)輸容易造成混凝土泌水、離析，還容易造成車皮底部混凝土坍落度急劇損失。用罐車運(yùn)輸可以避免以上問題，還可以進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸。但是罐車運(yùn)輸?shù)幕炷猎谌牍耷氨仨氁凶銐虼蟮奶涠龋駝t在長(zhǎng)距離運(yùn)輸過程中不容易卸罐；有的施工隊(duì)伍出現(xiàn)混凝土不容易卸罐時(shí)，就在罐車?yán)镞M(jìn)行二次加水，這樣就會(huì)導(dǎo)致混凝土水灰比過大，造成混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求的現(xiàn)象。

3.5 混凝土澆筑

混凝土入模前，應(yīng)測(cè)定首盤混凝土的溫度，保證混凝土入模時(shí)的溫度控制在5～30℃范圍內(nèi)；混凝土坍落度嚴(yán)格控制在監(jiān)理工程師批示坍落度的±20mm 范圍內(nèi)；澆筑時(shí)應(yīng)制作規(guī)范規(guī)定數(shù)目的抗壓試塊來評(píng)定梁板質(zhì)量。

3.6 混凝土的振搗

振搗可以采用插入式振搗棒、附著式平板振動(dòng)器；振搗不宜碰撞模板和鋼筋預(yù)埋件。應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)的操作工來進(jìn)行混凝土振搗，及時(shí)將入模的混凝土并振搗密實(shí)，不得過振和漏振，振搗時(shí)間一般不宜超過30s，振搗密實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是混凝土表面開始泛漿，不再有大的氣泡上浮。

3.7 混凝土的養(yǎng)生

混凝土澆筑、振搗完畢后，應(yīng)對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行覆蓋，盡量減少在空氣中的暴露時(shí)間，以防混凝土表面水分損失過快，在混凝土表面留下干縮裂縫?；炷敛鹉：髴?yīng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件及時(shí)灑水，采用飽水覆蓋材料進(jìn)行覆蓋，并定時(shí)補(bǔ)水，構(gòu)件側(cè)面也可以用塑料防水布裹覆養(yǎng)生。

[1] JGJ 55—2011，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[2] GB 50119—2013，混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 張應(yīng)立.現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4] 陜西省建筑設(shè)計(jì)研究院.建筑材料手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[5] GB 50666—2011，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].