高艷雙

（中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710119）

1 工程概況

深圳外環(huán)3標C55掛籃位于松崗互通主線橋，跨越107國道和廣深高速，車流量大，距離地面36m，澆筑時需左右同時澆筑。如果使用天泵進行澆筑，則需要2臺天泵同時澆筑，加之位于交通要道，危險性大，天泵不好就位，因此考慮到安全性，本部位使用臥泵澆筑。臥泵需要混凝土具有較高的工作性能，深圳外環(huán)3標所用混凝土為商混，商混站距離施工地點14km，路程較遠，C55混凝土攪拌時間較長，要求配制的混凝土初凝時間及保坍時間應(yīng)滿足施工要求。

2 原材料

2.1 粗集料（Ⅱ類碎石）

粒徑：5～10mm的連續(xù)級配，10～20mm的單粒級配。通過篩分試驗，按（5～10mm）∶（10～20mm）=2∶8的摻配比例合并成5～20mm的連續(xù)級配。

Ⅰ類宜用于強度等級＞C60的混凝土；Ⅱ類宜用于強度等級為C30～C60及有抗凍、抗?jié)B或其他要求的混凝土；Ⅲ類宜用于強度等級＜C30的混凝土。

同時，由于碎石粒徑越大，混凝土強度越低，用水量越少，因此選用5～20mm碎石，減少用水量，降低水灰比，增加強度和耐久性。

2.2 細集料（Ⅱ區(qū)中砂）

Ⅰ區(qū)砂宜配低流動性混凝土；Ⅱ區(qū)砂宜優(yōu)先選用配不同強度等級混凝土；Ⅲ區(qū)砂宜降低砂率以保證混凝土強度。

2.3 水泥

產(chǎn)地：英德海螺；規(guī)格：P.Ⅱ42.5；密度：3.1g/cm3。

2.4 粉煤灰

在微觀狀態(tài)下，粉煤灰顆粒由一顆顆球狀玻璃體組成。球狀玻璃體充塞在水泥顆粒之間，可以起到潤滑作用，使混凝土更加密實，流動性能更佳。粉煤灰顆粒與水泥中的氫氧化鈣發(fā)生火山灰混合效應(yīng)，反應(yīng)生成硅酸鈣，使混凝土后期強度增加的幅度大于純水泥混凝土強度。用粉煤灰取代部分水泥可以降低混凝土成本，減少水化熱，提高密實性，減少裂縫，提高混凝土的耐久性。

2.5 礦粉

在混凝土中摻入礦粉，能有效改善混凝土施工性能，特別是對混凝土的抗氯離子滲透性能，能起到直接的影響作用。摻入礦粉的混凝土改善了混凝土的表面特性和比表面積。表面特性可以使水泥的漿體之間形成光滑的移動面，從而降低混凝土的離析。礦粉疏松多孔，表面積較大，能使水泥顆粒之間形成較好的級配，從而增加混凝土的密實性，改善混凝土的和易性。

2.6 外加劑

采用某建材有限公司聚羧酸高性能減水劑，產(chǎn)品型號URC-3，減水率為28%。

（1）外加劑的凝結(jié)時間和保塌損失要滿足施工要求，如外加劑的凝結(jié)時間小于澆筑時間，會造成掛籃出現(xiàn)冷縫或裂紋；如保坍時間不夠，混凝土的工作性能將滿足不了施工要求。該C55掛籃混凝土澆筑時間在8h左右，運輸時間在1h左右，要求混凝土的初凝在10h左右，保坍時間為2h。

（2）該結(jié)構(gòu)部位的外加劑不能加入任何引氣劑，才能保證混凝土強度與外觀符合要求。

（3）由于該結(jié)構(gòu)施工是臥泵，要求混凝土的保水性、黏聚性、適應(yīng)性良好，才能保證泵送正常進行。

3 配合比設(shè)計

考慮張拉前期強度不能過低，礦物摻合料不能太多，根據(jù)經(jīng)驗初步確定粉煤灰的摻量為10%，礦粉的摻量為15%。

3.1 水膠比

水膠比太大不僅會影響混凝土的強度，還會影響混凝土的耐久性；水膠比過小，用水量少，則會造成混凝土內(nèi)部水分不充足，影響水泥中的氧化鈣與水的反應(yīng)，使水泥不能完全水化，從而影響混凝土的強度。水膠比過小在施工過程中混凝土更不容易搗實，從而影響了混凝土的強度。當水膠比＜0.28時，混凝土非常黏稠，泵送困難。考慮到既要達到混凝土強度及耐久性要求，又滿足施工要求，該結(jié)構(gòu)部位的混凝土擬選取0.32的水膠比。

3.2 用水量

依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55—2011），當坍落度為180mm時不摻外加劑，碎石最大公稱粒徑為20mm時取用水量mwo=215kg[1]。以90mm坍落度的用水量為基礎(chǔ)，按每增加20mm坍落度增加5kg水，求出未摻外加劑時的用水量mmo=215+[（180-90）÷20]×5=237.5kg。

加入減水劑減水率為28%，摻量為1.2%則摻加外加劑后的用水量mwo=237.5×（1-28.0%）=171kg。

根據(jù)經(jīng)驗擬選取用水量mwo=145kg。

3.3 膠凝材料中礦物摻合料及水泥的用量

膠凝材料用量mbo=145÷0.32=453kg；粉煤灰用量mfo=453×10%=45kg；礦渣粉用量mko=453×15%=68kg；水泥用量mco=453-49-74=340kg。

3.4 選取砂率

在一定的范圍內(nèi)，混凝土拌合物的流動性會隨著砂率提高所產(chǎn)生的潤滑作用的增強而加大。但在水泥漿數(shù)量固定的情況下，隨著砂率的增大，集料的總表面積也隨之增大，使水泥漿的數(shù)量相對減少，當砂率超過一定的限度，就會削弱由水泥漿所產(chǎn)生的潤滑作用，從而導致混凝土拌合物流動性降低。因此，在水泥漿數(shù)量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大的流動性而且保持良好粘聚性和保水性的砂率，即為混凝土的最佳砂率。

由于該掛籃的結(jié)構(gòu)部位所處位置路況交通復(fù)雜，只能使用臥泵施工，加之臥泵只能在一個安全位置就位，臥泵的輸送管道就會變長，因此要保證混凝土砂率不能過小。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》的要求，擬選取本配合比設(shè)計砂率βs=39%。

3.5 砂、石用量

體積法根據(jù)組成材料的實際密度進行計算，所計算的砂、石用量比較精確，故本配合比設(shè)計采用體積法，見式（1）、式（2）：

式中：mco、mfo、mko、mso、mgo、mwo分別為混凝土中單位水泥、粉煤灰、礦粉、細集料、粗集料、水的用量，kg/m3；ρc、ρf、ρk、ρw分別為水泥、粉煤灰、礦粉、水的密度，kg/m3；ρs、ρg分別為細集料和粗集料的表觀密度，kg/m3；a為混凝土的含氣量，%，在不使用引氣型外加劑時，a=1。

砂用量：mso=715kg；碎石用量：mgo=1118kg。

計算配合比為mco∶mfo∶mko∶mso∶mgo∶mwo=340∶45∶68∶715∶1118∶145。

3.6 混凝土配合比的試配

在計算配合比的基礎(chǔ)上進行試拌，測得混凝土拌合物的坍落度為150mm，混凝土的粘聚性和保水性較好?；炷涟韬衔锏奶涠炔粷M足設(shè)計及施工要求，此時在保持原有水膠比不變的情況下，調(diào)整水和水泥的用量，增加2%的水泥漿，保持砂石用量不變。增加2%的水泥漿后拌合物的坍落度為180mm，滿足設(shè)計和施工要求，混凝土的粘聚性和保水性較好，修正計算配合比。

試拌配合比為mco∶mfo∶mko∶mso∶mgo∶mwo∶mjo=347∶46∶69∶715∶1118∶148∶5.54。

在試拌配合比的基礎(chǔ)上進行混凝土強度試驗，采用3個不同的配合比，其中1個為試拌配合比，另外2個配合比的水膠比較試拌配合比分別增加和減少0.02，用水量與試拌配合比相同，砂率可分別增加和減少1%。

3個配合比的強度結(jié)果如表1所示。

表1 配合比強度結(jié)果

由表1可得，1#配合比的彈性模量是4.72×104MPa；2#配合比的彈性模量是4.61×104MPa；3#配合比的彈性模量是4.49×104MPa。

通過強度檢驗，根據(jù)經(jīng)濟性、耐久性、工作性等方面綜合考慮，選取水泥用量為370kg/m3、水膠比為0.30的配合比。該配合比的表觀密度計算值為2440kg/m3，混凝土拌合物表觀密度實測值為2450kg/m3，實測值與計算值之差的絕對值小于計算值的2%，該配合比不需校正。

確定試驗室配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶砂∶碎石∶水∶外加劑=370∶49∶74∶686∶1109∶148∶5.92。

膠材用量不變，采用純水泥時的配合比強度及工作性能如表2所示。

表2 配合比強度及工作性能

拌合物的坍落度為160mm。該混凝土的初凝時間為8h12min、終凝時間為10h14min，2h以后坍落度為150mm，雙摻配合比較純水泥的配合比28d強度高，流動性好，保塌損性能好，初凝時間長。

4 配合比在工程中的實際應(yīng)用情況

2018年12月20號進行了掛籃的第一次澆筑，澆筑方量267m3，混凝土入模的實測溫度為16℃，混凝土出機坍落度為180mm，入模坍落度為180mm，混凝土流動性、粘聚性、保水性良好，澆筑時間為8h20min。

在施工現(xiàn)場制取7組150mm×150mm×150mm試件，其中2組同條件養(yǎng)成試件，1組7d抗壓強度試件，4組28d抗壓強度試件，3組150mm×150mm×300mm抗壓彈性模量試件。2組同條件試件放置在施工現(xiàn)場的掛籃內(nèi)倉，與掛籃一起養(yǎng)護，7d與28d的抗壓強度試件和抗壓彈性模量試件拿回到試驗室的標養(yǎng)室養(yǎng)護。

根據(jù)張拉時間及不同的期齡進行相關(guān)性能試驗，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 試驗結(jié)果

5 結(jié)束語

實踐表明，該掛籃混凝土的配合比不僅節(jié)約了成本，還在施工現(xiàn)場得到了很好的應(yīng)用，其強度及工作性能都滿足設(shè)計、規(guī)范及施工要求。