無收縮混凝土配合比設(shè)計及施工控制

無收縮混凝土配合比設(shè)計及施工控制——武廣客運(yùn)專線東湖特大橋提籃拱橋陳昌杰李波[摘要]通過客運(yùn)專線東湖特大橋提籃拱鋼管混凝土的配合比設(shè)計及施工，闡述了無收縮混凝土的特點(diǎn)和施工過程的控制要點(diǎn)[關(guān)鍵詞]客運(yùn)專線提籃拱鋼管混凝土配合比設(shè)計無收縮混凝土控制要點(diǎn)1工程概況東湖特大橋位于武漢市洪山區(qū)森林公園內(nèi)，主橋提籃拱梁全長，計算跨長，矢跨比為1:5，拱肋平面內(nèi)矢高，拱肋采用懸鏈線線型。提籃拱橋系梁按整體箱形梁布置，采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，橋面寬，梁高。提籃拱橋鋼管內(nèi)采用無收縮混凝土填充，混凝土彈性模量10MPa。2配合比設(shè)計2.1前言客運(yùn)專線混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限為年，混凝土配合比設(shè)計理念應(yīng)以高性能混凝土的耐久性作為主要指標(biāo)，重點(diǎn)是在原材料的選配上。高性能混凝土是通過對原材料的優(yōu)選和質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化、生產(chǎn)過程的嚴(yán)格控制，使生產(chǎn)的混凝土拌合物具有良好的工作性，對于提籃拱鋼管拱橋的混凝土而言，其自密實性有較高的要求；另外，還要求混凝土和鋼管應(yīng)具有良好的粘接，但還不能因為混凝土的膨脹而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這就要求混凝土要具有合適的補(bǔ)償收縮能力。由于鋼管混凝土拱橋的施工加載順序決定了混凝土應(yīng)具有較高的早期強(qiáng)度和剛度，以確保拱肋的線性符合設(shè)計要求，結(jié)合高性能混凝土的特點(diǎn)，把7～14天的抗壓強(qiáng)度、彈性模量作為試配的前期考核依據(jù)。2.2原材料的選擇2.2.1水泥對于高強(qiáng)度的高性能混凝土，要求選用低水化熱、低堿水泥,試驗選用湖北黃石華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的堡壘牌P.O52.5水泥。表1水泥性能指標(biāo)試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果/kg≥300342C3A含量%87.76

比表面積mSO含量%3.52.78凝結(jié)時間初凝45125（min）終凝600200-CL含量%0.060.02抗壓強(qiáng)度3d23.027.2（Mpa）28d52.559.1總堿含量%0.800.54抗折強(qiáng)度3d4.06.4Na2O+0.658K2O（Mpa）

28d7.09.12.2.2砂高性能混凝土要使用中粗砂，砂子以偏粗為好，另外，要嚴(yán)格控制砂中的細(xì)顆粒含量和有害物質(zhì)含量，選用非堿活性骨料，試驗選用湖北巴河河砂。表2砂性能指標(biāo)試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果堅固性%83.46輕物質(zhì)含量%0.50.30硫酸鹽及硫化物含量%0.50.24云母含量%0.50.23-CL含量%0.020.01有機(jī)物含量顏色應(yīng)不深于標(biāo)準(zhǔn)色比標(biāo)準(zhǔn)色淺吸水率%20.73細(xì)度模數(shù)/2.8含泥量%2.00.6泥塊含量%0.2502.2.3碎石粗骨料應(yīng)選用球形粒形、吸水率低、空隙率小、級配合理、質(zhì)地均勻堅固的潔凈碎石，并嚴(yán)格控制針、片狀含量、含泥量、泥塊含量，選用非堿活性粗骨料。試驗選用湖北武穴郭沖石場5-20mm連續(xù)級配碎石，按二級摻配。表3碎石性能指標(biāo)試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果3/2710堅固性%53.14表觀密度kg/m3SO含量%0.50.26緊密密度kg/m/1670CL-含量%0.020.046緊密空隙率%4038吸水率%20.2針、片狀含量%53.5含泥量%0.50.2壓碎指標(biāo)值%107.1泥塊含量%0.250巖石抗壓強(qiáng)度MPa/106堿活性試驗采用巖相法，沒有發(fā)現(xiàn)骨料含有堿活性的礦物存在2..2.4粉煤灰混凝土中加入粉煤灰，可改善混凝土的工作性能，降低干縮變形和水化熱，減小水泥用量，提高混凝土的耐久性。粉煤灰要選產(chǎn)量穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的電收塵原狀灰。試驗選用湖北科能環(huán)保有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級原狀粉煤灰。表4粉煤灰性能指標(biāo)試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果細(xì)度%124.8堿含量%/1.07SO含量%3.00.87游離CaO含量%1.00.26-CL含量%0.020.01CaO含量%103.84燒失量%3.02.8含水率%1.00.30需水量比%10090天抗壓強(qiáng)度比%70932.2.5膨脹劑膨脹劑應(yīng)作為細(xì)摻料等量取代部分水泥，在高性能混凝土中摻入適量膨脹劑，可在約束條件下有膨脹而產(chǎn)生一定的自應(yīng)力，以補(bǔ)償水泥的干縮和由于低水膠比造成的“自生收縮”，并在限制條件下增長強(qiáng)度。試驗選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-C低堿型混凝土膨脹劑。表5膨脹劑性能指標(biāo)試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果細(xì)度126.7MgO含量%5.02.4初凝45140凝結(jié)時間3含量%3.52.78(min)終凝600216CL-含量%0.050.05抗壓強(qiáng)度(Mpa)7d2031.328d4044.6總堿含量%NaO+0.658KO0.750.67抗折強(qiáng)度(Mpa)7d3.56.228d5.58.7限制膨脹率(水中)7d0.0250.03028d0.100.07空氣中21d-0.020-0.0102.2.6外加劑外加劑應(yīng)選用與水泥相容性好,減水率高、高增強(qiáng)、低收縮，坍落度損失小，適量引氣，能提高混凝土的自密性，能明顯改善或提高混凝土耐久性并且性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。試驗選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-PCA緩凝高效減水劑。表6外加劑性能指標(biāo)試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果試驗項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗結(jié)果減水率≥2025.7含氣量%3.03.230min180185坍落度保留值Na2含量%100.73(mm)60min150165-CL含量%0.200.023d130142抗壓強(qiáng)度比%7d125155總堿含量%NaO+0.658KO101.6428d120133對鋼筋銹蝕應(yīng)說明對鋼筋無銹蝕無銹蝕相對耐久性指標(biāo)%（200次）8092表7華新水泥與江蘇博特JM-PCA緩凝高效減水劑的相容性試驗結(jié)果JM-PCA摻量%水泥凈漿流動度/mm初始靜置30min30min流動度損失靜置60min60min流動度損失0.72602537243170.82692645256130.9288283527991.0304305-129861.13062988287191.23052881728025由表試驗結(jié)果可知,該減水劑與水泥相容性良好,摻量在以上時水泥凈漿的流動性能已趨于穩(wěn)定,摻量1.0%時流動度損失最小,為最佳摻量。2.2.6水試驗采用飲用水。2.3配合比優(yōu)化2.3.1混凝土的拌合物性能按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50080-2002）進(jìn)行，混凝土的力學(xué)性能按《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）進(jìn)行，混凝土耐久性按《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》鐵建設(shè)[2005]160號進(jìn)行。其力學(xué)性能和耐久性試驗均采用標(biāo)準(zhǔn)試件。混凝土試拌所用原材料在使用前24h放入成型室內(nèi)，室內(nèi)溫度控制在（202）℃,相對濕度控制在?？紤]混凝土施工是采取泵送頂升工藝，拌合物坍落度設(shè)計為～，混凝土的配制強(qiáng)度為。2.3.2配合比試配采用L9(3)正交試驗進(jìn)行，即三水平四因素正交試驗，選定水膠比W/C（A），砂率Sp(B)，粉煤灰摻量(C)，膨脹劑摻量(D)作為四個考察因素，每因素取3個試驗水平。表8試驗按三水平因素正交試驗安排試驗組號水膠比W/CA砂率SpB粉煤灰%C膨脹劑%D水泥kg砂kg碎石kg粉煤灰kg膨脹劑kg水kg外加劑kg1#0.2838158413659107580431505.362#0.284020103756901035107541505.363#0.28422512338721995134641505.364#0.303820123406681090100601505.005#0.30402583357001051125401505.006#0.30421510375741102375501505.007#0.323825103056771105117471504.698#0.32401512343718107670561504.699#0.3242208337750103594381504.69表9新拌混凝土拌合物作性能測試結(jié)果試驗組號密度Kg/m3含氣量%初始坍落度mm初凝終凝30min60min90min120min2h損失h:minh:min1#24203.4200195185180180204014302#24153.3210205195190180305013503#24053.1220210200195180405514304#24103.5210200195185170402013505#24033.4215210205200195203014506#24173.4200195185175170303513307#24063.3205195185180170355014008#24123.2210200190180165450014409#24083.321020520019018525201430試驗條件：溫度（20）℃,濕度＞90%。從表可以看出，新拌混凝土拌合物的坍落度損失與膨脹劑的摻量有關(guān)系，摻量越大，坍落度損失越大。而混凝土的凝結(jié)時間受粉煤灰、膨脹劑的摻量的影響不大，都能滿足施工的要求。表10正交試驗混凝土的學(xué)性能和耐久性指標(biāo)試驗MPa）電通量/C抗壓強(qiáng)度MPa彈性模量（×10組號3d7d14d28d56d3d7d14d28d7d56d1#45.453.157.662.068.43.343.583.824.2718615172#42.150.455.860.965.63.313.463.744.1716394823#41.848.653.157.762.33.273.323.704.1519824134#40.747.752.959.263.13.513.693.914.3515694245#43.150.856.360.465.73.503.703.944.4220593966#41.549.253.358.864.63.423.543.824.3616384207#40.446.849.752.259.83.283.353.684.1621303938#38.943.447.150.956.43.113.243.514.1114944679#39.344.148.852.358.13.243.333.594.1316724402.3.3試驗結(jié)果分析水膠比是影響高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素。高性能混凝土的彈性模量與膠凝材料用量、粗骨料用量有一定關(guān)系，影響因素大的是粗骨料的用量。在相同水膠比條件下，粗骨料用量大，彈性模量相對較高；在強(qiáng)度相差不大條件下，膠凝材料用量大，彈性模量稍低。粉煤灰的摻量對混凝土前期強(qiáng)度影響較小，對后期強(qiáng)度影響較為明顯，這是因為優(yōu)質(zhì)粉煤灰后期與水泥水化反應(yīng)析出的Ca(OH)2緩慢發(fā)生火山灰反應(yīng)，利于后期強(qiáng)度的增加。高性能混凝土耐久性指標(biāo)——電通量主要受粉煤灰的摻量影響較大，早齡期粉煤灰僅起填充作用，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠致密，有大量的微孔和裂隙存在，電通量值偏大；在后期，由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，降低了混凝土的內(nèi)部空隙率，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土強(qiáng)度和密實性，使得電通量值很小，大大提高了耐久性能。通過對強(qiáng)度和彈性模量采用正交分析是A0.28BC15和A0.30BC15均能滿足設(shè)計要求，但從試驗效果、經(jīng)濟(jì)效益以及對膠凝材料總用量來考慮，選取ABC是最好的組合：即W/C=0.30,砂率Sp=38%,粉煤灰摻量15%。改變膨脹劑摻量（8%、、12%）進(jìn)行試驗。表11改變膨劑摻量試驗結(jié)果序號水泥砂碎石粉煤灰膨脹劑水外加劑坍落度mm抗壓強(qiáng)度MPa7d28d56d1385660107775401505.0021051.860.165.92375660107775501505.0021549.758.263.13365660107775601505.0021047.555.461.3表12自由膨率試驗結(jié)果序號坍落度mm初凝h:min自由膨脹率(10-4)-4)水中養(yǎng)護(hù)空氣中養(yǎng)護(hù)13714286037142860121011:151.462.042.452.482.502.071.982.122.342.201.40

221510:401.732.262.893.082.922.482.062.202.392.301.54

321011:302.122.733.203.523.342.762.092.282.432.561.68從表11、12可知，隨膨脹劑摻量增加，膨脹率增加，而強(qiáng)度有所降低。膨脹大部分發(fā)生在以前，以后只有微小的膨脹，28天趨于穩(wěn)定。水中養(yǎng)護(hù)膨脹較空氣中養(yǎng)護(hù)的大。終上試配可以得出，東湖特大橋提籃拱C55無收縮混凝土采用了序號1的配合比，即：水泥:砂:碎石:粉煤灰:膨脹劑:水:外加劑=385:660:1077:75:40:150:5.003(＜0.06%=0.30kg/m3);總堿含量為：

每m混凝土氯離子含量為：0.228kg/m2.565kg/m3(＜3kg/m3)均符合高性能混凝土要求。3混凝土施工控制原材料準(zhǔn)備：各種原材料要準(zhǔn)備充分。東湖特大橋提籃拱無收縮混凝土設(shè)計方量是606m,實際準(zhǔn)備按3準(zhǔn)備原材料。原材料經(jīng)試驗檢測，質(zhì)量情況都在配合比設(shè)計要求的可控制范圍以內(nèi)。拌合采用2臺HZS120L攪拌機(jī)，混凝土生產(chǎn)量80m3/h,拌合站各種衡器都已檢定合格，每次使用前進(jìn)行零點(diǎn)校核，并進(jìn)行首盤復(fù)核，控制每盤稱量偏差。混凝土拌制前，對砂、碎石、粉煤灰含水量測試，并據(jù)測試結(jié)果出具施工配合比。拌合的投料順序為：砂+碎石+水泥+摻合料攪拌30s，加水，再加外加劑攪拌120s，卸料。檢查試拌混凝土：工作性能良210mm,含氣量19-23℃，濕度大于70%，這與設(shè)計試配配合比的環(huán)境條件基本一致，因此到達(dá)現(xiàn)場的坍落度能滿足施工的要求。在混凝土的拌制及澆注過程中，在拌合站和施工現(xiàn)場分別安排