機(jī)制砂C50高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

黨慧媛

摘要：高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。針對不同用途要求，對耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性提出更高的要求。本文以貴州安紫高速公路40米預(yù)制T梁為例介紹機(jī)制砂配置C50混凝土的材料選取、配合比設(shè)計(jì)及使用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；高性能；混凝土；配合比；設(shè)計(jì)

1.引言

高性能混凝土是針對具體應(yīng)用發(fā)展而來的，高性能混凝土的性能比普通混凝土性能的要求更高、更多、更廣泛。我們通過提高原材品質(zhì)、降低水膠比，調(diào)整外加劑摻量、合理控制施工時(shí)間，使混凝土具有高的流動(dòng)性、自密實(shí)性、粘聚性、體積穩(wěn)定性、耐久性。在滿足強(qiáng)度的前提下提高外觀質(zhì)量，對經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化。安紫高速5標(biāo)段共有橋梁16座。共有1069片預(yù)制T梁，其中20米T梁175片；30米T梁548片；40米T梁346片，貴州地區(qū)河砂匱乏，從省外運(yùn)入建設(shè)成本大大提高且建設(shè)速度會(huì)受到嚴(yán)重制約，使用機(jī)制砂替代河砂，因地制宜已經(jīng)成為一條切合我國國情的道路。

2.配合比設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思路

用機(jī)制砂配制混凝土比普通天然砂配置的混凝土需水量多，所以要通過降低水膠比來達(dá)到高的混凝土強(qiáng)度。機(jī)制砂中石粉含量較天然砂中含泥量易控制，和水泥更容易水化反應(yīng)成結(jié)晶物，雖然不具備活性，但是增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)性，提高混凝土的抗?jié)B性。水泥是混凝土強(qiáng)度保證的主要材料，一定要性能穩(wěn)定，水化熱低，堿含量低的水泥才能配制高性能混凝土。

另外選用級(jí)配良好的碎石能提高混凝土流動(dòng)性，還能降低水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙，對提高混凝土強(qiáng)度及耐久性都有較好的效果。從而使混凝土達(dá)到既能滿足施工現(xiàn)場又能節(jié)約成本的目的。

2.2原材選取

2.2.1水泥

水泥是決定混凝土質(zhì)量高低的最重要材料，要選取穩(wěn)定性好、水化熱低、需水量小的水泥。其細(xì)度、堿含量、游離氧化鈣、氯離子含量會(huì)影響混凝土需水量、凝結(jié)時(shí)間和耐久性性能。水泥加水形成水泥漿可以填充混凝土縫隙，攪拌后和砂、碎石充分混合后膠結(jié)成形，是混凝土由不定形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌惺芤欢Φ亩ㄐ凸虘B(tài)的決定性材料。

本工程選用貴州紫云西南P.O42.5水泥經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)符合要求

2.2.2 機(jī)制砂

天然砂顆粒圓潤，表面光滑，對混凝土工作性十分有利。機(jī)制砂適應(yīng)缺乏天然砂的地區(qū)，可以通過人為的破碎篩選出粒徑、級(jí)配合理的機(jī)制砂，且機(jī)制砂顆粒尖銳更容易和水泥粘結(jié)，但是其需水量較高，所以要控制水膠比來控制混凝土強(qiáng)度。機(jī)制砂顆粒形狀和級(jí)配不合理會(huì)導(dǎo)致拌合物流動(dòng)性下降。使用機(jī)制砂配制C50混凝土要嚴(yán)格控制機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)控制為粗砂為宜，機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)影響著混凝土的砂率及用水量，砂率高用水量大，坍落度損失快。砂率低時(shí)容易產(chǎn)生泌水和離析且混凝土流動(dòng)性低。同時(shí)機(jī)制砂的石粉含量對混凝土水泥用量及和易性有很大影響，石粉含量高需水量增加降低混凝土強(qiáng)度，石粉含量過低會(huì)增加水泥用量骨料包裹不好，以5%-7%效果最好。

本工程機(jī)制砂檢測指標(biāo)如下：

2.2.3碎石

碎石的最大粒徑和級(jí)配影響著混凝土的砂率、用水量和工作性。在粒徑允許范圍內(nèi)盡量選擇大粒徑碎石可以提高混凝土強(qiáng)度并降低砂率和用水量因而降低混凝土成本。配置高性能混凝土應(yīng)選用材質(zhì)好的碎石（無風(fēng)化巖和軟質(zhì)巖），選用兩級(jí)級(jí)配碎石摻配成最大粒徑為19mm的級(jí)配碎石。嚴(yán)格控制碎石的針片狀含量，提高混凝土工作性。

本工程選用碎石檢測指標(biāo)如下：

2.2.4拌合用水

拌合用水要嚴(yán)格控制堿含量和氯離子含量。水中的堿會(huì)和骨料引起堿骨料反應(yīng)，所以要嚴(yán)格控制水的堿含量。氯離子含量超標(biāo)將會(huì)腐蝕鋼筋降低混凝土構(gòu)件的耐久性。

本工程用水檢測指標(biāo)如下：

2.2.5外加劑

選用外加劑應(yīng)同時(shí)滿足以下原則：對應(yīng)性，根據(jù)混凝土功能選用相符的外加劑種類；適應(yīng)性，根據(jù)砂石料、水泥的種類及配合比強(qiáng)度等級(jí)確定外加劑的摻量及減水率；經(jīng)濟(jì)性，選擇的外加劑盡量的在滿足混凝土需求的前提下降低成本已達(dá)到創(chuàng)造效益的目的。

本工程采用的是山西黃河新型化工有限公司的HJSX-A聚羧酸高性能減水劑（緩凝型），產(chǎn)品檢測指標(biāo)如下：

2.3配合比設(shè)計(jì)要求

強(qiáng)度要求C50、彈性模量Ec=3.45*104、坍落度140-180mm、和易性良好、總堿含量小于3.0Kg/m?、總氯離子含量小于0.06%。

2.4配合比設(shè)計(jì)步驟

2.4.1混凝土配置強(qiáng)度的確定

fcu，0=fcu，k+1.645×σ=50+1.645×6.0=59.9Mpa

2.4.2計(jì)算水膠比

W/B=αa×fb/（fcu，0+αa×αb×fb）

=0.53×42.5×1.16/（59.9+0.53×0.2×42.5×1.16）=0.4

根據(jù)JTG/T F50-2011要求，取W/B=0.30。

2.4.3確定用水量

根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程查表計(jì)算用水量，取外加劑減水率為31.0%，則摻加外加劑后每立方米混凝土的用水量根據(jù)計(jì)算得出用水量為149Kg/m?。

2.4.4計(jì)算每方混凝土水泥用量

mb0 =149÷0.30=497㎏/m3，水泥用量為497kg/m3.

2.4.5確定每方砂石用量

選用基準(zhǔn)砂率為43%，假定混凝土容重為2450Kg/m?

mso+mgo=2450-497-149=1804

mso/（ mso+mgo）=0.43

得 mso=776㎏

mgo=1028㎏

2.4.6得出初步配比?如下：

2.4.7保持用水量不變水膠比減少（增加）0.05，砂率增加（減小）1%得出另外兩個(gè)試拌配比?、?：

2.4.8經(jīng)試驗(yàn)得出三個(gè)配合比的新拌混凝土性能及7天、28天強(qiáng)度：

考慮到現(xiàn)場施工和綜合成本選用配合比?。

2.4.9計(jì)算堿含量及氯離子含量

各材料中堿含量：水泥0.49%；外加劑2.15%；水144.2mg/L

配合比總堿含量=497×0.49%+7.44×2.15%+149÷1000×0.1442=2.616Kg/m3<3.0Kg/m3，符合要求。

各材料中氯離子含量：水120.46mg/L；外加劑0.022%；水泥0.016mg/L

配合比氯離子含量=[（149÷1000×0.12046+7.44×0.022%+497×0.016%）/497]×100=0.02 %<0.06%，符合要求。

3機(jī)制砂混凝土使用過程中應(yīng)注意的問題

機(jī)制砂在混凝土結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用還處于研究階段，因地制宜的推廣機(jī)制砂在混凝土特別是橋梁工程中的應(yīng)用。要注意以下幾個(gè)方面：

1、機(jī)制砂的顆粒級(jí)配。選用合適的生產(chǎn)設(shè)備和制砂工藝，安紫高速選用31.5mm碎石破碎機(jī)制砂同時(shí)輔以超徑顆粒循環(huán)系統(tǒng)生產(chǎn)的機(jī)制砂，確保了級(jí)配的穩(wěn)定性。

2、控制機(jī)制砂中石粉含量，使其達(dá)到合理的范圍不僅可以改善混凝土的和易性還可以提高混凝土強(qiáng)度。

3、加強(qiáng)機(jī)制砂配比的研究，全方位的研究機(jī)制砂混凝土的各項(xiàng)性能。

4、機(jī)制砂混凝土攪拌過程也要注意。不易采用小型攪拌設(shè)備，需用大型強(qiáng)制攪拌機(jī)才能滿足混凝土的各項(xiàng)性能尤其是混凝土外觀質(zhì)量。

外加劑成分也是機(jī)制砂混凝土的重要影響因素。外加劑應(yīng)與其他原材相適應(yīng)，隨天氣、運(yùn)輸距離和使用時(shí)間及時(shí)調(diào)整摻量避免混凝土坍落度損失過大影響施工，同時(shí)對拌合站和現(xiàn)場混凝土做坍落度試驗(yàn)掌握實(shí)時(shí)情況及時(shí)對原材各組分做出微調(diào)保障現(xiàn)場施工順利，對成型構(gòu)件做外觀和強(qiáng)度跟蹤記錄發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。

4應(yīng)用總結(jié)

高性能混凝土是通過使用低水灰比高質(zhì)量砂石料來使用P.O42.5水泥配制生產(chǎn)C50混凝土，原材選用必須嚴(yán)謹(jǐn)否則造成以增加水泥用量來彌補(bǔ)砂石料質(zhì)量缺陷的現(xiàn)象就失去了高性能混凝土的意義，安紫高速2#預(yù)制梁場已使用此配合比生產(chǎn)T梁121片，拆模后顏色均勻一致、無開裂，回彈強(qiáng)度7天達(dá)到45.7MPa，28天強(qiáng)度評(píng)定大于50MPa，獲得業(yè)主的肯定被選為亮點(diǎn)工程。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國建設(shè)部 《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程 JGJ55-2011》 北京，中國建筑出版社 2011

[2]中華人民共和國交通運(yùn)輸部 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 JTG/T F50-2011》 北京 人民交通出版社 2011

[3]交通部公路科學(xué)研究院 《公路工程水泥混凝凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南 》人民交通出版社 2006

（作者單位：中鐵十五局集團(tuán)有限公司計(jì)量測試中心）