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        某高速公路預(yù)制T 梁混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2022-05-11 08:56:58趙寶生李文和李英男李朝康邱成奇朱黑沙
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年13期
        關(guān)鍵詞:試配水膠膠凝

        沙 鷗 趙寶生 趙 勇 李文和 李英男 李朝康 李 敏 邱成奇 朱黑沙

        (1、云南建投第二水利水電建設(shè)有限公司,云南 昆明 650221 2、云南省建筑科學(xué)研究院有限公司,云南 昆明 650223)

        預(yù)制混凝土T 梁因其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于高速公路建設(shè)中。目前現(xiàn)有的混凝土配合比,主要以混凝土強(qiáng)度等級(jí)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算出試配強(qiáng)度、水膠凝比,再依據(jù)混凝土的設(shè)計(jì)坍落度、粗骨料的種類及最大公稱粒徑確定用水量;計(jì)算出膠凝材料用量;根據(jù)水膠比、設(shè)計(jì)坍落度、粗骨料的種類及最大公稱粒徑,選擇砂率;結(jié)合擬定的混凝土試配單方質(zhì)量,計(jì)算出單方混凝土粗、細(xì)集料的質(zhì)量,后期再結(jié)合試配情況進(jìn)行微調(diào)。

        現(xiàn)有混凝土配合比的設(shè)計(jì),為半計(jì)算、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)的形式,計(jì)算得到的混凝土配合比,由于水膠比相對(duì)較大,膠凝材料用量相對(duì)偏小,混凝土工作性能相對(duì)較差,混凝土強(qiáng)度及彈性模量增長(zhǎng)較慢。本文以某高速公路預(yù)制混凝土T 梁為背景,開展相關(guān)研究,提出了配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。

        1 現(xiàn)狀混凝土配合比設(shè)計(jì)流程[3]

        按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度、混凝土種類、設(shè)計(jì)坍落度、是否有抗?jié)B抗凍等耐久性要求等,參照J(rèn)GJ55-2011 相關(guān)規(guī)定,現(xiàn)就質(zhì)量法為基礎(chǔ),以某高速公路預(yù)制混凝土T 梁C50 混凝土配合比為例進(jìn)行說明;設(shè)計(jì)步驟如下:

        1.1 確定混凝土試配強(qiáng)度

        根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算試配強(qiáng)度fcu,0,其中σ 為標(biāo)準(zhǔn)差,可根據(jù)統(tǒng)計(jì)確定,也可根據(jù)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行取值fcu,k為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度;

        1.2 水膠比

        根據(jù)混凝土所用膠凝材料的28d 齡期抗壓強(qiáng)度fb,根據(jù)擬用粗骨料品種選擇回歸系數(shù)ɑa、ɑb,根據(jù)公式得到水膠比W/B;

        1.3 用水量和外加劑用量

        按照干硬性和塑性的分類,結(jié)合粗集料的最大公稱粒徑及拌合物稠度指標(biāo)(維勃稠度和坍落度)選擇用水量(不加外加劑的);再根據(jù)所加外加劑的減水率計(jì)算使用摻加外加劑的用水量;外加劑用量應(yīng)經(jīng)混凝土試驗(yàn)確定,實(shí)際中一般按照出廠時(shí)廠家推薦用量使用。

        1.4 膠凝材料用量

        根據(jù)水膠比及用水量,得出膠凝材料用量。

        1.5 砂率

        參考既有歷史資料;無可參考時(shí),可按照下列規(guī)定確定:(1)坍落度小于10mm,開展相關(guān)試驗(yàn);

        (2)坍落度10mm 以上的,據(jù)坍落度設(shè)計(jì)要求、根據(jù)粗骨料品種、最大公稱粒徑及水膠比選取砂率。

        1.6 粗、細(xì)集料用量

        根據(jù)假定的單方膠凝材料重量(也可用體積),之前得到的水、膠凝材料、砂率等數(shù)據(jù),得出粗、細(xì)集料用量。

        設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50,坍落度為(180±20)mm 時(shí),使用減水率為25%的聚羧酸高性能減水劑,摻量為膠凝材料用量的1%,設(shè)計(jì)彈性模量為34500MPa。

        得到初算配合比1#:

        對(duì)于初算配合比設(shè)計(jì)混凝土,進(jìn)行拌合物性能及力學(xué)性能試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該混凝土拌合物性能較差,施工難度大;抗壓強(qiáng)度及彈性模量增長(zhǎng)速度較慢,后續(xù)工序間隔時(shí)間長(zhǎng)且富余系數(shù)較小,質(zhì)量難以控制,見表1。

        表1 混凝土初算配合比

        2 配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)[4]

        2.1 全計(jì)算法混凝土配合比設(shè)計(jì)

        從上述流程可以看出,目前所采用的規(guī)范的混凝土配合比為半計(jì)算式、經(jīng)驗(yàn)性的,主觀影響較大,按照此流程計(jì)算所得混凝土配合比水膠比較大,用水量不變的情形下,膠凝材料用量較少,工作性較差,混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢,實(shí)際使用過程中問題較多。采用全計(jì)算法進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。

        設(shè)計(jì)強(qiáng)度,σ 取6.0Mpa,擬定漿體與骨料的體積百分比固定為35:65,漿體體積Ve 取350,漿體中的空氣體積Va 取20,則混凝土試配強(qiáng)度為:膠凝材料的用量:

        由表2 可知,混凝土的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于試配強(qiáng)度,但坍落度稍低于設(shè)計(jì)坍落度中值,通過摻加S75 級(jí)礦粉(10%)優(yōu)化坍落度;考慮后續(xù)工序銜接,為提高彈性模量,進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

        表2 全計(jì)算法配合比

        2.2 考慮級(jí)配下的混凝土配合比設(shè)計(jì)

        現(xiàn)狀配合比只考慮骨料最大粒徑,下面討論考慮顆粒級(jí)配情況下混凝土配合比。擬按照富勒理想級(jí)配曲線公式進(jìn)行顆粒級(jí)配分析;現(xiàn)在以最大骨料粒徑31.5mm、26.5mm、19.0mm、16.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、60mm、0.30mm、0.15mm、篩底,進(jìn)行說明。

        擬采用二級(jí)配碎石,結(jié)合天然砂進(jìn)行分析;將碎石一、碎石二、天然砂分別進(jìn)行篩分試驗(yàn)后,碎石一中26.5mm累計(jì)篩余達(dá)60.8%,,在粗粒中起主要作用;據(jù)表3 所示,基準(zhǔn)級(jí)配曲線在26.5mm 孔徑下累計(jì)篩余為8.3%,碎石一26.5mm 孔徑累計(jì)篩余為60.8%,則碎石一占骨料總量百分比為:8.3÷60.8≈14%,碎石一各孔徑顆粒占混合料的百分比,可由表中數(shù)量乘以13%得到表3 中序號(hào)4 對(duì)應(yīng)行數(shù)據(jù);碎石二中9.5mm 篩孔孔徑累計(jì)篩余量達(dá)68.4%,起主要作用;基準(zhǔn)級(jí)配曲線在9.5mm 孔徑下累計(jì)篩余為45.1%,結(jié)合碎石一9.5mm 孔徑對(duì)應(yīng)的用量為13.9%,則碎石二占混合料用量百分比為:(45.1-13.9)÷68.4≈46%,碎石二各孔徑顆粒占混合料的百分比,可由表中數(shù)量乘以46%得到表3 中序號(hào)5 對(duì)應(yīng)行數(shù)據(jù);則砂占混合料總量百分比為:100-14-46=40%,表中序號(hào)3 列數(shù)值乘以40%,得到砂用量表1 中序號(hào)6 對(duì)應(yīng)行數(shù)據(jù),骨料級(jí)配曲線如圖1 所示,顆粒級(jí)配配合比如表4 所示。

        表4 考慮顆粒級(jí)配配合比

        圖1 骨料級(jí)配曲線

        表3 骨料合成計(jì)算

        在聚羧酸高性能減水劑的作用下,礦物摻合料的填充、置換效應(yīng),可改善拌合物的和易性;使用富勒理論得到的級(jí)配骨料拌制的混凝土,其抗壓強(qiáng)度、彈性模量均有提高;在較短齡期(7d)彈性模量即可滿足設(shè)計(jì)要求,砼抗壓強(qiáng)度達(dá)到試配強(qiáng)度,遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,對(duì)于保證工期,及時(shí)開展后續(xù)工序,是有益的。

        3 工程實(shí)際應(yīng)用分析

        某高速公路項(xiàng)目預(yù)制混凝土T 梁為C50 混凝土,按本文試驗(yàn)進(jìn)行試配,留置抗壓強(qiáng)度試件400 組,彈性模量試件80 組,7d 抗壓強(qiáng)度最小值61.4MPa,彈性模量最小值37800MPa,方差較小,施工過程順利。

        4 結(jié)論

        4.1 運(yùn)用全計(jì)算法,減少人為主觀因素的影響,進(jìn)行配合比優(yōu)化,改善了預(yù)制T 梁混凝土膠凝材料用量較少,工作性較差,混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢的缺點(diǎn)。

        4.2 摻加礦粉后,C50 混凝土配合比的工作性進(jìn)一步優(yōu)化。

        4.3 考慮富勒理想級(jí)配曲線下的骨料級(jí)配,對(duì)現(xiàn)有配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得了較好的彈性模量,表明提高混凝土的密實(shí)度可以提高混凝土的彈性模量。

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