巴坦路機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

俞 斌

（民航機(jī)場建設(shè)工程有限公司， 天津 300456）

0 工程概況

項(xiàng)目位于巴中市巴州區(qū)內(nèi)，路線北接省道 S302 線，南接金碑鄉(xiāng)和平昌縣交界處，是連接巴中至平昌縣的一條重要通道。工程含大橋一座，中橋三座，橋墩均采用圓端形實(shí)體墩，高度8m～28m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為30MPa，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。當(dāng)?shù)亟涤炅砍渥?，夏季多澇，部分墩柱處于水位變動區(qū)域。根據(jù)沿線地表水取樣結(jié)果顯示，其對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

1 原材料技術(shù)要求及選擇

1.1 水泥

當(dāng)?shù)刂饕喙┴洀S家為巴中海螺水泥和四川旺蒼西南水泥。考慮到廠家規(guī)模、供貨能力及產(chǎn)品價(jià)格等因素，根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，本設(shè)計(jì)選取了四川旺蒼西南水泥有限公司生產(chǎn)的西南P.O42.5普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為 42.5MPa。進(jìn)場后對其進(jìn)行了比表面積、膠砂強(qiáng)度、安定性、凝結(jié)時(shí)間等試驗(yàn)，經(jīng)檢測其各項(xiàng)指標(biāo)均符合JTG/T F50-2011施工驗(yàn)收規(guī)范的要求。

表1.1 水泥現(xiàn)場取樣檢測結(jié)果

1.2 集料

巴中市的砂石料（包括山料和破碎卵石）產(chǎn)地主要集中在廣元的旺蒼和巴中的南江，卵石及其機(jī)制砂主要集中在南充嘉陵江沿岸的南部和儀隴。

經(jīng)過比選，采用砂含泥量較低，細(xì)度模數(shù)較好，而且級配良好，顆粒粗細(xì)均勻的南充卵石機(jī)制砂作為細(xì)集料。且其堿活性較低，適宜用于混凝土工程。

表1.2.1 卵石機(jī)制砂現(xiàn)場取樣檢測結(jié)果

表1.2.2 卵石機(jī)制砂顆粒級配曲線圖

根據(jù)篩析結(jié)果，計(jì)算出細(xì)度模數(shù)為3.0，適宜拌合混凝土。

粗集料的選擇主要考慮到兩方面，含泥量及巖石強(qiáng)度。本工程涉及橋梁上部結(jié)構(gòu)T梁預(yù)制，其強(qiáng)度為C50,原石強(qiáng)度應(yīng)為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1.5倍，數(shù)據(jù)不低于75MPa。經(jīng)比選，選擇質(zhì)量更為穩(wěn)定，距離更近的南部破碎卵石。其摻配比例為（16-26.5mm：5-16mm = 7：3）。

表1.2.3 巖石現(xiàn)場取樣檢測結(jié)果

表1.2.4 破碎卵石（5mm-31.5mm）現(xiàn)場取樣檢測結(jié)果

表1.2.5 破碎卵石（5mm-31.5mm）顆粒級配曲線圖

1.3 拌合用水

本設(shè)計(jì)確定選用拌合站接入的自來水。因當(dāng)?shù)毓┧畷r(shí)有中斷，為不影響施工，同時(shí)對自來水及巴中曾口鎮(zhèn)南江江水都進(jìn)行檢測，結(jié)果均符合 JTG/T F50-2011技術(shù)指標(biāo)要求。

表1.3.1 拌合用水現(xiàn)場取樣檢測結(jié)果

1.4 粉煤灰

經(jīng)比選，確定與西南水泥色差較小，質(zhì)量穩(wěn)定的旺蒼新鑫建材有限公司的粉煤灰（F類Ⅱ級），檢測結(jié)果符合JTG/T F50-2011技術(shù)指標(biāo)要求。

表1.4.1 粉煤灰現(xiàn)場取樣檢測結(jié)果

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 混凝土設(shè)計(jì)主要影響因素

墩柱直接受橋梁上部結(jié)構(gòu)豎直向下荷載的作用，以及受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，因而對于混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度、耐久性等有諸多要求。滿足以上的要求，主要取決于三個(gè)方面：所選原材料本身的品質(zhì)，混合料的組成配比以及現(xiàn)場的施工工藝措施。所以在配合比設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)分析影響其強(qiáng)度的因素，從而選擇合理材料，科學(xué)設(shè)計(jì)，合理施工，以滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求。其中原材料的選用固然重要，但能否合理科學(xué)的對墩柱混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，也是影響墩柱混凝土抗壓強(qiáng)度等其他性能的一個(gè)重要因素。本混凝土配合比設(shè)計(jì)合理與否，關(guān)鍵取決于水膠比、砂率、碎石級配及外加劑等四個(gè)參數(shù)對混凝土抗壓強(qiáng)度、工作性、耐久性等的影響。

2.1.1 水膠比因素

這是決定墩柱混凝土配合比設(shè)計(jì)混凝土的強(qiáng)度的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，其高低直接影響最終的結(jié)果。水灰比太小，塌落度小，和易性差，施工難以控制，且由于用水量太小，水泥水化過程也難以完成；水灰比太大，塌落度增大，混凝土具有足夠的流動性，方便施工，但混凝土強(qiáng)度有所降低。故在試拌配合比基礎(chǔ)上，水膠比上下浮動0.05，拌合用水量不變，形成三個(gè)不同配合比，并分別進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)和拌合物性能檢測。

2.1.2 砂率因素

砂率過大，導(dǎo)致粗集料的相對減少，使其骨架支撐的作用的不能發(fā)揮完全，影響混凝土強(qiáng)度；砂率過小，粗集料相應(yīng)增多，拌合物中砂漿的量不足以包裹骨料，難以使混凝土體呈密實(shí)狀態(tài)，勢必降低混凝土強(qiáng)度；選擇合理的砂率可以保證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

良好的骨料級配及顆粒形狀利于相互嵌鎖形成密實(shí)的骨架結(jié)構(gòu)，對提高混凝土強(qiáng)度十分有利。泥塊、土、石粉等的軟顆粒使集料與砂漿的界面粘結(jié)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致硬化后的混凝土強(qiáng)度降低。故應(yīng)嚴(yán)格控制級配比例。

2.1.4 外加劑因素

外加劑摻量占比雖小，但能明顯改善混凝土的性能，并改善經(jīng)濟(jì)性。因機(jī)制砂自身特點(diǎn)，棱角角多，保水較差，其配置的混凝土主要依靠外加劑去調(diào)節(jié)混凝土的和易性、凝結(jié)時(shí)間、保水性等。所以外加劑的調(diào)整是本配合比的重中之重。

2.2 配合比設(shè)計(jì)要求

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次墩柱混凝土配合比設(shè)計(jì)28d抗壓強(qiáng)度為30MPa，施工擬采用自卸運(yùn)輸車、吊機(jī)輔助澆筑。

混凝土采用水泥強(qiáng)度等級為P·O 42.5，拌合物坍落度控制在160±20mm，考慮到拌合站與各橋之間距離較遠(yuǎn)，且山路較窄，實(shí)際行車距離較長，故設(shè)定目標(biāo)1h坍落度經(jīng)時(shí)變化量≤60mm，和易性、工作性滿足現(xiàn)場要求。

2.3 計(jì)算初步配合比

為滿足配合比設(shè)計(jì)要求，粗集料采取雙級配，破碎卵石規(guī)格分別為5-16mm：16-26.5mm=3:7，水泥采用P.O42.5，摻加聚羧酸高性能減水劑，在保證強(qiáng)度及工作性的前提下，考慮經(jīng)濟(jì)性，以節(jié)約成本。現(xiàn)簡要概述初步配合比計(jì)算過程如下。

（1）計(jì)算水泥混凝土配制強(qiáng)度：fcu,0≥30+1.645×5.0=38.2Mpa

（2）粉煤灰摻量為 10%，膠凝材料 28d膠砂抗壓強(qiáng)度：fb= 0.85×44.6=37.9MPa

（3）計(jì)算水膠比：W/C=0.53×37.9/(38.2+37.9×0.53×0.20)=0.48

（4）根據(jù)計(jì)算，暫定水灰（膠）比：W/C = 0.48

（5）每方用水量：mw0=233kg

（6）外加劑減水率：25%；推薦外加劑摻量：1.0%；

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

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

（9）每方減水劑用量: mWJ=365×1.0%=3.65 kg

（10）暫定砂率βs=43%

（11）砂石料總重量為 2400-365-175=1860kg；每方機(jī)制砂用量（ms）為744kg，每方碎石用量（mG）為1116kg。

2.4 試拌、調(diào)整配合比

在初步配合比的基礎(chǔ)上，通過工作性驗(yàn)證及調(diào)整，確定基準(zhǔn)配合比。拌合方式采用強(qiáng)制式機(jī)械拌合，初步配合比為水泥：粉煤灰：砂：石：水：減水劑=328：37：744：1116：175：3.65（w/c=0.48）。

外加劑選用山西方興，其初步配比為每t外加劑減水成分：保坍成分：緩凝劑=300：100：20。減水和保坍母液為方興自產(chǎn)，緩凝劑采用葡萄糖酸鈉。經(jīng)試拌后，調(diào)整砂率為46%，出機(jī)坍落度為175mm，滿足要求。因機(jī)制砂棱角分明，保水性差，細(xì)度模數(shù)偏大，混凝土出現(xiàn)不可消除的有害氣泡，且坍落度損失較快，僅30min損失超過90mm，不能滿足現(xiàn)場運(yùn)輸及施工要求。在試驗(yàn)過程中，還出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。初步判斷為緩凝劑不能與水泥很好適應(yīng)，保坍成分不足導(dǎo)致。

外加劑的緩凝成分更改為與現(xiàn)場水泥適應(yīng)性更好的檸檬酸鈉，且檸檬酸鈉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減水效果，按比例減少減水成分，加入消泡劑減少因骨料間隙產(chǎn)生的較大有害氣泡。加入引氣劑引入均勻分布的微小封閉氣泡，減少有害氣泡，并改善混凝土拌合物的和易性。最后加入一定量的調(diào)節(jié)劑，在不減少混凝土拌合物的坍落度的前提下，增加部分粘聚性，改善混凝土流變性，增加混凝土工作性能。選取引氣劑為德國科萊恩公司的α烯烴硫酸鈉(AOS)，因其適應(yīng)性強(qiáng)，起泡性好，穩(wěn)定性好；消泡劑為聚醚系列消泡劑，可有效減少混凝土表面的氣孔和蜂窩、麻面等缺陷，市面上應(yīng)用較廣；調(diào)節(jié)劑為纖維素，小摻量時(shí)有較好的增粘效果。確定外加劑的成分比例為每t 減水成分：保坍成分：緩凝劑：消泡劑：引氣劑：調(diào)節(jié)劑=260：150：20：0.2：0.3：0.5。

經(jīng)檢驗(yàn)，外加劑固含量為25%，其含水量對水膠比影響小于0.01，故無需調(diào)整配合比中拌合用水量。

按配合比為水泥：粉煤灰：砂：石：水：減水劑=328：37：856：1004：175：3.65（w/c=0.48）進(jìn)行試拌。

表2.4.1配合比試拌1h坍落度經(jīng)時(shí)變化量

2.5 確定試驗(yàn)室配合比；

保持用水量不變，水灰比分別采用0.43和0.53，砂率分別為45%和47%。

檢驗(yàn)強(qiáng)度，確定試驗(yàn)室配合比：采用水灰比為 0.53、0.48、0.43分別制作混凝土試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至7d、28d進(jìn)行試壓，其各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果如下：

表2.5.1 三種水膠比的配合比試拌數(shù)據(jù)

根據(jù)28d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度結(jié)果，暫選定編號B配合比進(jìn)行耐久性評估。

2.6 堿含量評估

根據(jù)編號B配合比各原材料的堿含量綜合計(jì)算混凝土總堿含量。

表2.6.1 總堿含量計(jì)算

2.7 氯離子評估

根據(jù)編號B配合比各原材料的氯離子含量綜合計(jì)算混凝土氯離子含量。

表2.7.1 氯離子含量計(jì)算

2.8 混凝土電通量試驗(yàn)

因環(huán)境中微腐蝕性，本設(shè)計(jì)用電通量法表征結(jié)構(gòu)的抗氯離子性能。

表2.8.1 電通量試驗(yàn)數(shù)據(jù)及整理

2.8 確定最終配合比

根據(jù)混凝土配合比工作性、試件強(qiáng)度等情況，綜合經(jīng)濟(jì)性，選用B組（水灰比0.48）作為試驗(yàn)室配合比即：水泥：粉煤灰：砂：石：水：減水劑=328：37：856：1004：175：3.65（w/c=0.48）

在施工階段，因根據(jù)天氣、實(shí)際運(yùn)輸情況等實(shí)際情況，結(jié)合料倉中粗、細(xì)集料含水率，在水膠比應(yīng)確保不變的前提下，調(diào)整混凝土拌合用水量、實(shí)際砂率和外加劑摻量。

通過巴坦路施工實(shí)踐證明，此配合比在工作性能、強(qiáng)度、耐久性等方面都滿足了實(shí)際要求，確保了現(xiàn)場施工的持續(xù)性和成品質(zhì)量。

3 結(jié)束語

本文通過對機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)過程論述，闡明機(jī)制砂完全可以配制出強(qiáng)度和工作性能滿足川北地區(qū)橋梁墩柱技術(shù)性能要求及實(shí)際需求的混凝土。綜合考慮到機(jī)制砂特性及現(xiàn)場的施工條件，擇優(yōu)選擇最佳配比，并在施工過程加強(qiáng)數(shù)據(jù)收集以及技術(shù)總結(jié)，可為施工條件相似的地區(qū)提供有效的技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)。