鋼箱梁兩端配重混凝土配合比設(shè)計(jì)與應(yīng)用

高明磊

（江蘇中源工程管理股份有限公司， 江蘇 南京 211500）

0 引言

配重混凝土是基于常見的混凝土材料進(jìn)行功能優(yōu)化和性能改善的一種新型建筑材料，這種材料干表觀密度大于2600kg/m3，通過(guò)合理的應(yīng)用可以防止建筑物部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)浮沉或者配重不均等問(wèn)題。而由于密度和原材料組成不同，因此重混凝土的配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)相比存在很大差異，不能單純只關(guān)注混凝土的強(qiáng)度和和易性。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要加入不同密度級(jí)別的骨料來(lái)調(diào)節(jié)配重混凝土的密度等級(jí)，而針對(duì)鋼箱梁兩端配重混凝土的應(yīng)用特點(diǎn)選取合適的配合比設(shè)計(jì)方法，例如可以采取體積法來(lái)搭配不同密度等級(jí)的重質(zhì)材料，這樣在達(dá)到了密度指標(biāo)要求的同時(shí)又保證了施工經(jīng)濟(jì)性。

1配重混凝土的配合比設(shè)計(jì)

1.1配合比的設(shè)計(jì)思路

施工單位在確定配重混凝土的配合比過(guò)程中，大多是依據(jù)材料的性能以及實(shí)際的施工要求來(lái)確定，因此配合比設(shè)計(jì)思路應(yīng)該緊緊圍繞著現(xiàn)場(chǎng)施工以及施工建設(shè)目的展開。具體內(nèi)容如以下幾點(diǎn)所示：

（1）由于當(dāng)前我國(guó)對(duì)于配重混凝土的設(shè)計(jì)密度尚不明確，所以在實(shí)際的施工過(guò)程中，沿用的是傳統(tǒng)的普通混凝土材料的配合比設(shè)計(jì)方法。同時(shí)很多施工單位針對(duì)混凝土配合比的設(shè)計(jì)公式掌握還不充分，而這也是導(dǎo)致當(dāng)前我國(guó)配重混凝土配合比缺乏科學(xué)性和可靠性的重要原因之一。

（2）骨料是影響很多的材料密度的關(guān)鍵因素之一，也就是說(shuō)在混凝土材料的拌合及配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于骨料類型的選擇以及加量的多少控制效果，決定了最終的配重混凝土密度和質(zhì)量是否達(dá)到建設(shè)要求標(biāo)準(zhǔn)。目前能夠應(yīng)用于現(xiàn)代化建設(shè)施工過(guò)程的骨料類型包括：赤鐵礦、磁鐵礦、鐵砂、配重砂以及鋼段和燒結(jié)球等。但是由于建設(shè)施工項(xiàng)目眾多并且混凝土材料配合比的要求也非常復(fù)雜，所以現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)骨料品種的數(shù)量以及不同密度等級(jí)的質(zhì)量，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)全部建設(shè)工程項(xiàng)目的深度滿足。另外在很多建設(shè)施工項(xiàng)目中，僅僅依靠對(duì)粗骨料和細(xì)骨料進(jìn)行搭配和使用，往往并不能夠達(dá)到施工計(jì)劃所規(guī)定的材料密度和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此施工技術(shù)人員需要通過(guò)有效的方法來(lái)制備密度較大的重混凝土材料，但是由于密度大的材料在存放和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中很容易產(chǎn)生離析或者大面積塌落等不良現(xiàn)象，因此需要進(jìn)一步調(diào)整骨料的搭配方案以及重骨料和普通骨料的摻雜比例。通常工作人員會(huì)根據(jù)建設(shè)施工需求適當(dāng)提高高密度骨料的摻入量，并按照每立方米混凝土作為標(biāo)準(zhǔn)單位進(jìn)行配合比的計(jì)算，確?；炷敛牧险w密度達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。

（3）合理控制混凝土配合比中的水泥用量，是當(dāng)前很多施工企業(yè)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工所提出的嚴(yán)格要求。水泥量的多少會(huì)影響到混凝土材料性能的發(fā)揮是否穩(wěn)定，而通常建設(shè)施工過(guò)程中所用到的硅酸鹽水泥，其用量應(yīng)保持在300kg/m3以上。而合理控制水泥用量則能夠確保水化熱現(xiàn)象以及混凝土建筑結(jié)構(gòu)收縮問(wèn)題被有效緩解，而這也是解決大部分橋梁與道路建設(shè)工程中表面裂縫不良現(xiàn)象的重要途徑。此外，礦物摻和料也是混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中不可忽視的一個(gè)重要因素，它對(duì)于混凝土材料粘附性和密度的增加，對(duì)于提高施工質(zhì)量起到了至關(guān)重要的影響。

（4）外加劑是針對(duì)具體建設(shè)施工項(xiàng)目的性能要求，對(duì)混凝土材料進(jìn)行定向的性能改變和優(yōu)化的重要材料。而在重混凝土配合比設(shè)計(jì)中，所使用的外加劑應(yīng)盡可能選擇減水率大、保塑性好的高效泵送劑。除此之外，含氣量也是混凝土外加劑選擇與控制的一個(gè)重要指標(biāo)，通常情況下含氣量在1%以內(nèi)的外加劑是符合建設(shè)施工要求的。

（5）在配重混凝土攪拌的過(guò)程中，施工技術(shù)人員要嚴(yán)格控制用水量，用水量過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗壓性能以及抗裂縫性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)重混凝土的密度也會(huì)隨著用水量的增加而相應(yīng)降低，這種情況如不進(jìn)行有效的控制將會(huì)嚴(yán)重影響到材料性能的發(fā)揮以及工程質(zhì)量的保障，因此降低用水量的要求需要工作人員格外重視。

1.2配合比的確定

（1）重混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。在配置重混凝土材料時(shí)，可以按照體積法對(duì)混凝土中的添加材料的類型，進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)以及更加科學(xué)的規(guī)劃。要將體積法計(jì)算公式作為添加各類材料比例的參考標(biāo)準(zhǔn)和操作基礎(chǔ)，并重點(diǎn)把握重骨料的配合比，同時(shí)對(duì)單位體積重混凝土中水泥、骨料、外部添加劑以及水的用量進(jìn)行確定。

（2）重混凝土的試驗(yàn)配合比。結(jié)合工程建設(shè)施工要求和原材料的性能以及價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)等情況，通過(guò)精確的計(jì)算得出了配重混凝土試驗(yàn)配合比的部分比例參數(shù)，例如水膠比、砂率以及外加劑摻量等。而通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算得出水泥、粉煤灰、礦粉以及水的用量之后，借助體積法計(jì)算公式得出初始試驗(yàn)配合比，具體數(shù)據(jù)如表1所示。但是由于混凝土材料中骨料的類型選擇以及摻入量的設(shè)計(jì)，不僅僅影響著混凝土材料的性能與用途，同時(shí)與施工過(guò)程中材料成本的性價(jià)比以及經(jīng)濟(jì)效益有著密不可分的聯(lián)系。因此如果選用單一的粗骨料或者細(xì)骨料配置重混凝土，往往實(shí)際的工程造價(jià)要超過(guò)企業(yè)預(yù)算的范圍，所以在這種情況下可以適當(dāng)選取一些價(jià)格相對(duì)較為低廉的骨料，在不會(huì)對(duì)混凝土整體密度指標(biāo)造成較大影響的情況下適當(dāng)摻入。而新型骨料實(shí)驗(yàn)配合比數(shù)據(jù)則如表2 表3 所示。

2 試驗(yàn)研究

試驗(yàn)研究是以實(shí)際施工過(guò)程中所需要的重混凝土配合比作為研究基礎(chǔ)，通過(guò)按照4 種不同的配合比例進(jìn)行試配，最終根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)比在不同配合比的前提下，探究配重混凝土的和易性和經(jīng)濟(jì)性是否符合建設(shè)施工要求。具體試配試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 試配試驗(yàn)結(jié)果

2.1 和易性對(duì)比研究

在4 種型號(hào)的配合比類型中，2 號(hào)和3 號(hào)配合比發(fā)生了不同程度的離析現(xiàn)象，同時(shí)2 號(hào)的性能改變也相對(duì)更為嚴(yán)重，由于骨料的配合比設(shè)計(jì)存在不合理之處，因此導(dǎo)致混合料的黏聚性和密度均有不同程度的下降。而1 號(hào)和4 號(hào)在配合比和易性方面已經(jīng)滿足了建設(shè)施工要求，而通過(guò)這一試驗(yàn)結(jié)果的深入分析，我們可以

發(fā)現(xiàn)在配合過(guò)程中只有嚴(yán)格的控制用水量才能達(dá)到更好的性能要求。

2.2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比研究

經(jīng)濟(jì)性指的是施工單位通過(guò)對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使配重混凝土的密度與各方面性能均達(dá)到建設(shè)施工要求標(biāo)準(zhǔn)范圍，同時(shí)又不會(huì)超出太高的密度從而維持了施工的經(jīng)濟(jì)要求。而通過(guò)和易性對(duì)比之后所選出的1 號(hào)和4 號(hào)配合比方案，其中經(jīng)濟(jì)性也存在著較大差異。1 號(hào)配合比的實(shí)際密度要比設(shè)計(jì)方案中高出很多，因此經(jīng)濟(jì)性較差，在實(shí)際施工過(guò)程中不能選擇。而在4 號(hào)配合比設(shè)計(jì)方案中由于調(diào)整了鐵砂的用量，因此使得整個(gè)重混凝土的配合比成本相對(duì)降低，所以在建設(shè)施工過(guò)程中選擇4 號(hào)配合比方案更為合適。

3 實(shí)際施工應(yīng)用

3.1 施工生產(chǎn)質(zhì)量控制的應(yīng)用

在工程施工過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用科學(xué)的重混凝土配合比設(shè)計(jì)方案，對(duì)工程項(xiàng)目中準(zhǔn)備階段的混凝土配比、攪拌以及生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督與控制。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員要根據(jù)建設(shè)需求以及進(jìn)度的變化，適當(dāng)向工程設(shè)計(jì)人員反饋配重混凝土配合比的實(shí)際應(yīng)用效果，以便工作人員對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整來(lái)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 運(yùn)輸澆筑環(huán)節(jié)的應(yīng)用

配重混凝土由于密度較大因此導(dǎo)致單位體積內(nèi)的質(zhì)量較高，而建設(shè)施工過(guò)程中往往需要進(jìn)行大量的材料運(yùn)輸，因此這便給運(yùn)輸和澆筑環(huán)節(jié)工作帶來(lái)了很大的不便。而通過(guò)對(duì)科學(xué)的重混凝土配合比設(shè)計(jì)方案應(yīng)用，可以通過(guò)調(diào)整罐車的運(yùn)輸路線和運(yùn)輸方式，通過(guò)加強(qiáng)運(yùn)輸過(guò)程中質(zhì)量檢查和材料性能維護(hù)來(lái)保障配重混凝土的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，配重混凝土的配合比設(shè)計(jì)方案重在保障混凝土材料的密度和質(zhì)量達(dá)到建設(shè)要求標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在此基礎(chǔ)上盡可能通過(guò)調(diào)整內(nèi)部原材料的成分和用量，使施工企業(yè)能夠在保障質(zhì)量和工程效果的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。而相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極加強(qiáng)對(duì)于配重混凝土配合比原理和要求的了解，通過(guò)大量的實(shí)踐和探究，提高重混凝土配合比設(shè)計(jì)在實(shí)際施工過(guò)程中的應(yīng)用效果。