黃國(guó)福

(重慶渝浦交通工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，重慶 404020)

1 引 言

2019年9月中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，明確從2021年到本世紀(jì)中葉，我國(guó)將分階段推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)。到2035年，基本全面建成人民滿意、保證有力、世界前列的交通強(qiáng)國(guó)，形成“三張交通網(wǎng)”、“兩個(gè)交通圈”。高速鐵路城市群一體化交通網(wǎng)是交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要組成部分，五縱六橫七連線的高速鐵路網(wǎng)的建設(shè)任重而道遠(yuǎn)。

高速鐵路橋梁施工作為高速鐵路建設(shè)的重要組成部分，配合比設(shè)計(jì)是施工前期準(zhǔn)備的關(guān)鍵工作尤為重要，本文結(jié)合目高速鐵路C50預(yù)應(yīng)力混凝土的配合比實(shí)例，詳細(xì)的介紹了配合比設(shè)計(jì)的方法和步驟，并對(duì)混凝土質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了闡述。

2 C50配合比設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 設(shè)計(jì)原理及思路

根據(jù)《鐵路混凝土》第7條配合比章節(jié)的規(guī)定，采用最小漿骨體積比設(shè)計(jì)的原則，內(nèi)摻法摻加15%的粉煤灰，保證膠凝材料總量不變的情況下降低水泥用量，降低了混凝土早期水化熱，改善混凝土的工作性，使混凝土易于泵送、澆筑成型，保證了早期強(qiáng)度的同時(shí)提高后期強(qiáng)度和耐久性，外摻法摻加1.0%的聚羧酸系高性能緩凝型減水劑，減少了用水量和膠凝材料的用量，降低了混凝土早期水化熱，提高混凝土工作性的同時(shí)避免混凝土早期開裂。

2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)及技術(shù)要求

(1)設(shè)計(jì)規(guī)范

①《鐵路混凝土》TB/T 3275-2009；②《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011；③《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2019；④《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10005-2010；⑤《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10752-2010；⑥《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2019；⑦《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》GB/T50080-2002；⑧《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GB/T 50082-2009；⑨設(shè)計(jì)文件。

(2)技術(shù)要求

①設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)：C50；②工作性能要求：180～220 mm，凝結(jié)時(shí)間：大于8 h，入模含氣量3.0%，1 h坍落度損失不超過(guò)30 mm；③使用環(huán)境及要求：T1、T2環(huán)境，設(shè)計(jì)使用年限100年；④耐久性能要求：電通量<1 000C、抗?jié)B等級(jí)不小于P12；⑤膠凝材料及水膠比要求：最大膠凝材料用量不宜超過(guò)480 kg/m3，最小膠凝材料用量不應(yīng)小于330 kg/m3，最大水膠比不應(yīng)超過(guò)0.35；⑥使用部位：預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆梁。

2.3 試驗(yàn)用原材料

水泥：葛洲壩松滋水泥有限公司P·O52.5;細(xì)集料：岳陽(yáng)洞庭湖砂/中砂；粗集料：重慶涪陵區(qū)烏江路5～20 mm碎石(二級(jí)配5～10 mm20%，10～20 mm80%)；粉煤灰：重慶華珞F類C50及以上粉煤灰；外加劑：湖北撫州工業(yè)聚羧酸系高性能緩凝型減水劑。

2.4 配合比計(jì)算過(guò)程

(1)計(jì)算配置強(qiáng)度

采用fcu，o=fcu，k+1.645σ計(jì)算配制強(qiáng)度，根據(jù)施工水平，確定標(biāo)準(zhǔn)差為6.0，配制強(qiáng)度計(jì)算如下

fcu，o=50+1.645×6.0=59.9 MPa

(2)配合比計(jì)算

①水膠比

水膠比采用下式確定：W/B=αafb/(fcu，0+αaαbfb)

式中：W/B—混凝土水膠比；αa、αb—回歸系數(shù)，根據(jù)本工程所用的粗集料為碎石，按規(guī)程第5.1.2條分別取值為αa=0.53、αb=0.20；fb—膠凝材料28 d膠砂抗壓強(qiáng)度為0.85×1.00×1.10×52.5=49.1 MPa。

帶入已知相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算水膠比為：

W/B=0.53×49.1/(59.9+0.53×0.20×49.1)=0.39

根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路混凝土》的規(guī)定，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)并考慮施工諸多因素及混凝土耐久性，確定水膠比為0.32。

②單位用水量和減水劑用量

根據(jù)坍落度要求，結(jié)合JGJ55-2011中5.2條的規(guī)定及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，擬定不摻減水劑是的單位用水量為215 kg，聚羧酸減水劑的減水率為28%，則摻外加劑時(shí)，單位用水量mwo=215×(1-28%)=155 kg/m3，最終用量以試拌調(diào)整后調(diào)整的為準(zhǔn)。

③膠凝材料用量及減水劑用量

粉煤灰摻量為膠凝材料15%，減水劑按照推薦摻量1.2%

膠凝材料用量計(jì)算：

mb0=155/0.32=484 kg/m3

粉煤灰用量計(jì)算：mf=484×15%=73 kg/m3

水泥用量計(jì)算：mc=484-73=411 kg/m3

外加劑用量計(jì)算：ma=484×1.2%=5.81 kg/m3

④砂率選擇

根據(jù)《鐵路混凝土》中7.2.5條的規(guī)定，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)并考慮施工工藝及集料的實(shí)際情況，砂率βs取38%。

⑤粗、細(xì)集料用量

Va，g=1-[(mw/ρw+mc/ρc+mf/ρf+mg/ρg+ms/ρs+ma/ρa(bǔ))+α]

(1)

ms=Va，g×βs×ρs

(2)

mg=Va，g×(1-βs)×ρg

(3)

采用體積法，按照式(1)式(2)式(3)，帶入水泥的密度ρc=3 100 kg/m3，粉煤灰的密度ρf=2 690 kg/m3，細(xì)集的料密度ρg=2 690 kg/m3，粗集料的密度ρs= 2 710 kg/m3，減水劑的密度ρa(bǔ)=1 070 kg/m3，水的密度ρw=1 000 kg/m3，βs=38%，混凝土含氣量α=1%，求得mg=675 kg/m3，ms=1 073 kg/m3。

2.5 計(jì)算初步配合比

水泥∶粉煤灰∶細(xì)骨料∶粗骨料∶水∶減水劑=411∶73∶675∶1 110∶155∶5.810(kg/m3)

2.6 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)項(xiàng)目檢測(cè)

(1)基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)

首先核算計(jì)算配合比的總堿含量、氯離子含量、三氧化硫含量和漿體比，堿含量=1.90 kg/m3≤3.0 kg/m3，氯離子含量占膠凝材料總量=0.012%≤0.10%，三氧化硫含量占膠凝材料總量=2.58%≤4.0%，漿體比=0.32≤0.35，結(jié)果均滿足《鐵路混凝土》中7.1條，表39的規(guī)定。

按初步配合比試拌0.025 m3的混凝土，拌合用量見表1。

表1 拌合用量

將混凝土拌合均勻后，檢測(cè)混凝土的坍落度、泌水率、凝結(jié)時(shí)間、含氣量，如拌合物性能不滿足設(shè)計(jì)要求，調(diào)整砂率、減水劑摻量和同水灰比的水泥漿對(duì)計(jì)算配合比進(jìn)行修正，如調(diào)整不滿足要求，需要從新計(jì)算初步配合比。拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 拌和物性能試驗(yàn)

(2)試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)

以基準(zhǔn)配合比分別增減水灰比0.02，砂率保持不變，計(jì)算的2個(gè)混凝土配合比，詳見表3。

表3 混凝土配合比

首先核算22個(gè)配合比的總堿含量、氯離子含量、三氧化硫含量和漿體比，詳見表4。

表4 核算配合比

根據(jù)每個(gè)配合比分別拌制混凝土，拌合均勻后，檢測(cè)其的坍落度、泌水率、凝結(jié)時(shí)間、含氣量，如果拌合物性能不滿足要求，調(diào)整砂率、減水劑摻量和同水灰比的水泥漿對(duì)每個(gè)配合比進(jìn)行修正。拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果見表5。

根據(jù)每個(gè)配合比分別拌制混凝，制作試件，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，達(dá)到規(guī)定齡期后進(jìn)行力學(xué)性能及電通量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表5 拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果

表6 力學(xué)性能及電通量試驗(yàn)結(jié)果

(3)設(shè)計(jì)配合比的調(diào)整和確定

根據(jù)力學(xué)性能和耐久性結(jié)果，在滿足設(shè)計(jì)和施工要求的條件下，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，確定C50-1號(hào)配合比為理論配合比，根據(jù)實(shí)測(cè)拌合物表觀密度、確定的理論配合比的計(jì)算表觀密度計(jì)算校正系數(shù)，通過(guò)校正系數(shù)的修正最終確定每方混凝土材料用量如下

水泥∶粉煤灰∶細(xì)骨料∶粗骨料∶水∶減水劑=411∶73∶675∶1 110∶155∶5.810(kg/m3)。

3 新拌混凝土的質(zhì)量控制

3.1 原材料控制

水泥要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，水泥進(jìn)場(chǎng)后及時(shí)取樣，進(jìn)行比表面積、凝結(jié)時(shí)間、安定性和抗折抗壓強(qiáng)度檢測(cè)、打入儲(chǔ)存罐之前要進(jìn)行溫度測(cè)試，在儲(chǔ)存使用過(guò)程中要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，并采取降低水泥溫度或者防止水泥升溫的必要措施，在澆筑拌制前應(yīng)避免水泥溫度偏高混凝土出現(xiàn)假凝現(xiàn)象。

粉煤灰進(jìn)場(chǎng)首先要觀察顏色，跟留樣的粉煤灰進(jìn)行比對(duì)，其次用150倍以上顯微鏡進(jìn)行微觀觀察，呈圓珠相的為原灰，呈類似石子的多棱柱狀的為假粉煤灰。做好燒失量、流動(dòng)度比以及活性指標(biāo)的檢測(cè)。

細(xì)骨料中泥粉中一方面要考慮蒙脫土有遇水膨脹分層的有害性，另一方面小于0.075 mm的顆粒是光滑的巖石顆粒，要檢測(cè)細(xì)骨料的吸水率。

減水劑的選擇要充分考慮我國(guó)的泥粉分布情況，從西北向東南由堿性的過(guò)渡，且呈電泳效應(yīng)。進(jìn)場(chǎng)時(shí)要驗(yàn)證與水泥的適應(yīng)性，在常規(guī)檢測(cè)中做好減水率、含固量、含氣量、抗壓強(qiáng)度比的檢測(cè)工作，保證減水劑的質(zhì)量。

3.2 施工配合比控制

冬季和夏季應(yīng)對(duì)粉煤灰摻量、減水劑成份摻量進(jìn)行、粗細(xì)集料比例和砂率調(diào)整，并選用不同的配合比以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工。在施工前根據(jù)氣溫變化、原材料質(zhì)量變化情況，確定配合比調(diào)整作業(yè)指導(dǎo)書。

混凝土拌制之前，根據(jù)粗細(xì)集料的實(shí)際含水量與設(shè)計(jì)配合比的差值調(diào)整用水量，確定混凝土的施工配合比。

3.3 新拌混凝土拌合物性能檢測(cè)

(1)開盤鑒定

在混凝土結(jié)構(gòu)部位澆筑之前進(jìn)行混凝土的試拌制，首先對(duì)施工配合比和攪拌機(jī)適應(yīng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)。其次檢測(cè)施工配合比的工作性能。當(dāng)不符合施工要求時(shí)，配合比要根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行調(diào)整。

(2)出站檢測(cè)

每車混凝土出站之前，試驗(yàn)人員應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定對(duì)混凝土拌和物性能進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)與攪拌司機(jī)進(jìn)行溝通。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果不滿足施工要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書調(diào)整混凝土配合比，確保混凝土出站工作性能滿足施工需要。

(3)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

在混凝土澆筑之時(shí)，罐車卸料之前，必須快速轉(zhuǎn)動(dòng)罐車一分鐘以上，避免粗細(xì)骨料分離的現(xiàn)象。試驗(yàn)人員對(duì)每車混凝土工作性能進(jìn)行檢測(cè)，工作性能合格的混凝土應(yīng)予以澆筑。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)《鐵路混凝土》的規(guī)定，高速鐵路混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)采用最小漿骨體積比的原則，配合比參數(shù)要根據(jù)原材料情況、設(shè)計(jì)使用年限、環(huán)境條件和強(qiáng)度等級(jí)確定。

(2)預(yù)應(yīng)力混凝土配合比設(shè)計(jì)中，要選用優(yōu)質(zhì)的摻和料和外加劑，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量減少用水量和水泥的用量，降低混凝土水化熱，以免造成混凝土早期開裂。

(3)新拌混凝土質(zhì)量管理人員應(yīng)做好原材料控制、施工配合比控制和拌合物性能檢測(cè)等幾個(gè)方面工作，才能充分保證混凝土的質(zhì)量。