拱腳、系桿混凝土配合比設(shè)計(jì)

謝云

摘要：結(jié)合江蘇省蘇南運(yùn)河三級(jí)航道整治橋梁工程SQ-QL1標(biāo)望亭橋拱腳及系桿施工情況，就自密實(shí)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)原材料的選擇、坍落擴(kuò)展度的確定進(jìn)行了探討，最終選出滿足適用性、經(jīng)濟(jì)性及耐久性的混凝土配合比，經(jīng)檢驗(yàn)該配合比效果良好。

關(guān)鍵詞：拱腳、系桿，泵送混凝土，配合比，坍落擴(kuò)展度

蘇南運(yùn)河三級(jí)航道整治橋梁工程SQ-QL1標(biāo)望亭橋主橋?yàn)橄禇U拱結(jié)構(gòu)，其拱腳和系桿部位鋼筋與預(yù)應(yīng)力孔道縱橫交錯(cuò)比較密集且有拱肋預(yù)埋鋼筋的影響給施工帶來了很大難度，該部位的混凝土必須具備良好的保水性和較高流動(dòng)性才能滿足施工要求，因此我項(xiàng)目部選擇采用自密實(shí)混凝土澆筑。

一、自密實(shí)混凝土工作性的特點(diǎn)和檢測(cè)方法

自密實(shí)混凝土拌合物不僅要求有較大的流動(dòng)性，而且還要求有較好的粘聚性。自密實(shí)混凝土的膠結(jié)材漿體要能充分包裹與分隔砂石的每一個(gè)顆粒，使砂、石懸浮在膠結(jié)材漿體中。因而自密實(shí)混凝土工作性就要求同時(shí)具備（1）流動(dòng)性（2）抗離析性（3）自填充性，這三種性能又稱自密實(shí)性。

流動(dòng)性可以用檢測(cè)普通高性能混凝土拌合物坍落擴(kuò)展度的方法檢測(cè)。

抗離析性又稱抗離析穩(wěn)定性，日本和歐洲標(biāo)準(zhǔn)均用兩種方法檢測(cè)。一是用一種特殊的V形漏斗，裝滿10 L混凝土拌合物，打開底蓋計(jì)量流出時(shí)間（S）。另一種方法是計(jì)量坍落擴(kuò)展度擴(kuò)展到平均50 cm的時(shí)間（s）。V形漏斗流出時(shí)間歐洲規(guī)定不大于20 S，日本雖也同樣規(guī)定一般自密實(shí)混凝土不大于20 S，而鋼筋凈間距小于60 mm時(shí)，規(guī)定為不大于25 S，意即當(dāng)鋼筋密度大時(shí)，拌合物的粘聚性需要大一些。坍落擴(kuò)展度擴(kuò)展Nsocm的時(shí)間，日本規(guī)定一般自密實(shí)混凝土為3-15 S，鋼筋凈間距小于60 mm時(shí)為5-20 S，見圖1。

圖1 V形漏斗

自填充性又稱間隙通過性，用箱形試驗(yàn)（歐洲稱U形箱），用一個(gè)矩形箱，中間通過隔板分為A、B二室，下端流出19cm高連通口，連通口處垂直放一定間距的鋼筋。將A室裝滿混凝土拌合物，拔開隔板，拌合物即通過鋼筋流人B室。停止流動(dòng)后測(cè)兩側(cè)混凝土高度差。日本規(guī)定高度差小于8 cm為合格，歐洲則規(guī)定愈小愈好，（圖2）。

圖2 箱形實(shí)驗(yàn)儀

（a）歐洲型；（b）13本型

2、自密實(shí)混凝土的原材料的選擇

1）粗細(xì)骨料

粗骨料的粒形、尺寸和級(jí)配對(duì)自密實(shí)混凝土拌和物的工作性，尤其是對(duì)拌和物的間隙通過性影響很大。顆粒越接近圓形，針、片狀含量越少，級(jí)配越好，比表面積就越小，空隙率就越小，混凝土拌和物的流動(dòng)性和抗離析性、自密實(shí)性就好；粗骨料的最大粒徑越大，混凝土拌和物流動(dòng)性和間隙通過性就越差，但如果粒徑過小，混凝土的強(qiáng)度和彈性模量將降低很多。

2）外加劑

自密實(shí)混凝土由于其流動(dòng)性高，粘聚性、保塑性好，水泥漿體豐富，拌制用水量就大，為了降低膠凝材料的用量和保證混凝土具有足夠的強(qiáng)度，就必須摻用高效的混凝土減水劑，來降低用水量和水泥用量，以獲得較低的水灰比，使混凝土結(jié)構(gòu)具有所需要的強(qiáng)度。因此高效的混凝土減水劑是配制自密實(shí)混凝土的一種關(guān)鍵原材料。

3）膠凝材料

根據(jù)自密實(shí)混凝土的性能要求，可以認(rèn)為適于配制自密實(shí)混凝土的膠凝材料應(yīng)具有以下特性：（1）和外加劑相容性好，有較低需水性，能獲得低水灰比下的流動(dòng)性、粘聚性保塑性良好的漿體（2）能提供足夠的強(qiáng)度（3）水化熱低、水化發(fā)熱速度?。?）早期強(qiáng)度發(fā)展?jié)M足需要。由此可見，單一的水泥膠凝材料已無法滿足要求，解決的途徑是將水泥和活性細(xì)摻和料適當(dāng)匹配復(fù)合來滿足自密實(shí)混凝土對(duì)膠凝材料的需要。水泥應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)稠度低、強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5Mpa的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。

三、配合比的設(shè)計(jì)

1）根據(jù)以上材料的要求我們選擇了：

1、水泥—溧陽金峰水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，密度為3100 Kg/M3 2、細(xì)集料—安徽蕪湖長(zhǎng)江砂細(xì)度模數(shù)2.72，表觀密度為2690Kg/M3 3、粗集料—湖州小5-25mm及5-16mm花崗巖碎石按級(jí)配比例調(diào)成5-20mm連續(xù)級(jí)配，表觀密度為2690Kg/M3 4、摻合料—常熟熱電廠II級(jí)以上粉煤灰，密度為2200 Kg/M3 5、外加劑—江蘇中凱建材有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑型號(hào)為JC-701

2）自密實(shí)混凝土必須滿足：根據(jù)自密實(shí)性能等級(jí)定粗集料絕對(duì)體積為0.32～0.35m3，單位用水量范圍155～180kg，水粉體積比范圍0.80～1.15，單位體積粉體量范圍0.16～0.23m3，單位體積漿體量范圍0.32～0.40m3

（1） 確定碎石用量：選取碎石用量的絕對(duì)體積為0.338 g/cm3，單位體積粗集料體積用量為338L，質(zhì)量為909kg。

（2） 確定用水量：選擇單位體積用水量W=165L和水粉比1.00。計(jì)算粉體體積為165L，介于0.16～0.23m3之間的要求范圍。

（3） 確定含氣量：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及使用外加劑的性能設(shè)定混凝土的含氣量為2.0%，既20L.

（4） 計(jì)算單位體積細(xì)集料用量：S=（1000-20-165-165 -338）=312L，質(zhì)量為820kg。

（5） 骨料體積為Vg+s=338+312=0.650 m3。

（6） 每立方水泥和粉煤灰用量根據(jù)粉體體積、各粉體的密度以及滿足強(qiáng)度要求的水膠比確定，確定水膠比為0.34，故膠凝材料總量為490kg，每立方材料為水泥=437kg，粉煤灰=53kg。

（7） 水泥漿體的體積為1-0.020-Vg+s=0.33m3；符合0.32～0.40m3推薦范圍。

（8） 每立方減水劑用量為7.35kg，摻量為1.5%。

3）試配情況一覽表

表一：

自密實(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí) C50

自密實(shí)性能等級(jí) 三級(jí)

水膠比 0.34

水粉比 1.00

含氣量（%） 2.0

粗集料最大粒經(jīng)（mm） 20

單位體積粗骨料絕對(duì)體積（m3） 0.338

單位體積材料用量 體積用量（L） 質(zhì)量用量（kg）

水 165 165

水泥 141 437

粉煤灰 24 53

細(xì)集料 312 820

粗集料 338 909

外加劑 高性能減水劑 1.5% 7.35

其他外加劑 無

坍落擴(kuò)展度（mm） 目標(biāo)值 600±50

實(shí)測(cè)值 640

V漏斗通過時(shí)間（s） 目標(biāo)值 3～20

實(shí)測(cè)值 17″25

T50/S 9″15

抗壓強(qiáng)度（MPa） 3d 42.8

7d 52.6

28d 65.4

2015年1月份望亭橋的系桿和拱腳施工過程中，該配合比生產(chǎn)的混凝土既能滿足施工又能滿足混凝土外觀和強(qiáng)度的要求，經(jīng)過多次檢測(cè)，合格率達(dá)100%。