特殊混凝土配合比設(shè)計中的若干問題探討

摘　要:配合比設(shè)計須分別從準備工作、選用合適材料、生產(chǎn)配合比調(diào)整及在施工中的控制、保證質(zhì)量前提下注重經(jīng)濟效益等幾個方面進行詳細分析,文章主要對高強混凝土、水下混凝土、摻粉煤灰混凝土和噴射混凝土等幾種特殊混凝土的設(shè)計施工中的若干問題進行了分析探討。

關(guān)鍵詞:高強混凝土;噴射混凝土;配合比

中圖分類號:U414. 18 ; TU528. 31 ; TV544. 92 　　　文獻標識碼:A 　　　文章編號:167325781 (2007) 0120088203

1 　高強混凝土

　　強度等級為C60 及其以上的混凝土被稱為高強混凝土。它是用優(yōu)質(zhì)集料,標號不低于52. 5 級的水泥,較低的水灰比,在強烈振動密實作用下制取的。決定混凝土強度的主要因素有: ①集料具有堅強的抗壓能力,與水泥膠結(jié)性能良好,因此要采用優(yōu)質(zhì)集料和富水泥用量。② 膠結(jié)材料本身活性要高,硬化后形成的水泥石密實堅強,膠空比大,因此要采用高標號水泥,并強烈振搗密實。③ 混凝土混合物的水灰比小,因此要采用干硬性混凝土,同時摻入高效減水劑配合使用,使混凝土在極小的水灰比下能夠澆灌密實。高強混凝土本身的容重可能較大,但用于結(jié)構(gòu)物后,可以顯著地減少斷面尺寸,從而減輕結(jié)構(gòu)自重、節(jié)約各種原材料。所以,單一從結(jié)構(gòu)整體考慮,高強與輕質(zhì)是一致的。高強混凝土配合比核心在于對混凝土的流動性和凝結(jié)時間的把握。

1. 1 　原材料的選擇與應(yīng)用

　　(1) 指定專人定期檢查、測定各種原材料和生產(chǎn)狀態(tài),特別是對原材料的進料、儲存、計量應(yīng)實行全方位監(jiān)控。

　　(2) 配制C60 等級高強混凝土,不需要用特殊的材料,但必須對本地區(qū)所能得到的所有原材料進行優(yōu)選。除有較好的性能指標外,還必須質(zhì)量穩(wěn)定,即在一定時期內(nèi)(至少在施工期內(nèi)) 主要性能沒有太大的波動。

　　(3) 強度等級在C80 或C80 以上的混凝土,在水泥水化時不可避免地會在內(nèi)部形成細微的毛細孔。為確保混凝土強度,必須采取措施將毛細孔填滿,以增加混凝土的密實性。因而,需要在混凝土配合比中,加入微米級徑增密處理的超細活性顆粒。使其在水泥漿微細空隙中水化,減少和填充毛細孔,達到增強和增密作用。

　　(4) 高強混凝土要求低水灰比、高坍落度,這就需要摻入高性能的外加劑。目前,混凝土的外加劑品種較多,但高性能復(fù)合型外加劑國內(nèi)尚不多見,故應(yīng)作對比試驗后確定。

1. 2 　混凝土配合比方案的優(yōu)選

　　(1) 高強混凝土正式生產(chǎn)時應(yīng)進行試配,選定不同的配比和投料順序,施行優(yōu)選方案。

　　(2) 試配必須嚴格模擬實際生產(chǎn)條件,在原材料有變動時應(yīng)再次試配。

　　(3) 攪拌必須均勻,采用強制式攪拌機,較普通混凝土延長50 %攪拌時間。

1. 3 　施工時質(zhì)量控制

　　在試驗室配置符合要求的高強混凝土比較容易,而在整個施工過程中,穩(wěn)定質(zhì)量水平較為困難。一些在普通情況下不太敏感的因素,在低水灰比情況下會變得相當敏感,這就要求在整個施工過程中必須注意各種條件、因素的變化,并且要根據(jù)變化,隨時調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)[1～3 ] 。

　　(1) 嚴格水灰比控制:骨料的含水量應(yīng)在用水量中扣除,每天需測定骨料含水量,每次配料時應(yīng)采用水量自動測定儀連續(xù)測定砂子含水量,在任何情況下都不得添加額外水量。

　　(2) 探測混凝土拌和物溫度,必要時測定混凝土水化熱,控制溫升,延長和保證工作時間。

　　(3) 合理安排工藝和工序,計算各階段所需時間,合理縮短混凝土從攪拌到澆搗完畢的時間。

　　(4) 所有參與操作人員進行技術(shù)交底,完善各項記錄文件。

2 　水下混凝土

　　水下混凝土是直接澆筑于水下結(jié)構(gòu)部位并就地成型硬化的混凝土。在橋梁工程樁基混凝土施工時,有時由于水位的原因地下水滲量大,大量抽水又會影響地基質(zhì)量時,通常采用水下混凝土。水下混凝土要受到環(huán)繞水的浸漬、擾動和稀釋,受到施工方法的影響,為了減少和避免這些不利因素,不僅要求采用特殊的施工方法,而且還要對水下混凝土拌和物的性質(zhì)、混凝土凝結(jié)硬化后的強度有一定要求。對水下混凝土拌和物要求具有較好的施工和易性;具有一定的濕灘體積,具有足夠混凝土與鋼筋的粘結(jié)強度。由于水下施工和質(zhì)量檢查的困難,以及水下環(huán)境的不利影響,設(shè)計高標號的水下混凝土是不明智的,設(shè)計強度應(yīng)在C25 以內(nèi)。確定混凝土配合比設(shè)計時,應(yīng)符合節(jié)約水泥的原則。在施工條件許可范圍內(nèi),盡可能降低用水量。

2. 1 　原材料的選擇

　　(1) 可采用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥,使用礦渣水泥時應(yīng)采取防離析措施。水泥的初凝時間不宜少于2. 5 h ,水泥的強度等級不宜低于42. 5 級。

　　(2) 粗集料宜選用卵石,如采用碎石宜適當增加混凝土配合比的含砂率。集料的最大粒徑不應(yīng)大于導管內(nèi)徑的1/ 6～1/ 8 和鋼筋最小凈距的1/ 4 ,同時不應(yīng)大于40 mm。并嚴格控制扁平碎石的含量。

　　(3) 細集料宜采用級配良好的中砂。

　　(4) 混凝土拌和物中宜摻用外加劑、粉煤灰等。

2. 2 　混凝土配合比方案的設(shè)計

　　(1) 混凝土配合比的含砂率宜采用40 %～50 % ,水灰比宜采用0. 5～0. 6 。有試驗依據(jù)時含砂率和水灰比可酌情增大或減小。

　　(2) 灌注時應(yīng)保持足夠的流動性,其塌落度宜為190～220 mm。

　　(3) 每立方米水下混凝土的水泥用量不宜少于350 kg ,當摻有適宜數(shù)量的減水緩凝劑或粉煤灰時,可不少于300 kg。另外混凝土拌和物應(yīng)有良好的和易性,在灌注過程中應(yīng)無顯著離析、泌水現(xiàn)象。

3 　摻粉煤灰混凝土

　　粉煤灰混凝土施工技術(shù),與普通混凝土無多大差別,但從其材料組成、配制和性能方面考察,與普通混凝土有明顯不同之處,因此工程中把它視為特種混凝土之一。過去較長時間內(nèi)粉煤灰混凝土推廣不甚理想,大都是混合料配合比組成設(shè)計不適當?shù)木壒?。近年?粉煤灰混凝土配合比設(shè)計中有一個共同特點,就是要求粉煤灰混凝土與基準混凝土的和易性等同,要求28 d 齡期強度相當,即所配制等強度和等稠度的粉煤灰混凝土。這是因為只有粉煤灰混凝土性能不低于基準混凝土,才能引起工程技術(shù)人員的廣泛接納。在混凝土中摻粉煤灰,可以減少水泥用量,改善和易性,降低造價[ 4 ,5 ] 。

3. 1 　粉煤灰的選用原則

　　粉煤灰混凝土配合比設(shè)計的主要目的是確定一個經(jīng)濟的混合材料最佳組合。與基準混凝土配合比設(shè)計方法相比,由于粉煤灰混凝土組分中多了一種粉煤灰材料,因此選材和配料要相對復(fù)雜一些。粉煤灰按其品質(zhì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級。粉煤灰混凝土中有時還要加入外加劑組分,其復(fù)雜性還要有所增加。

　　在普通鋼筋混凝土中,粉煤灰摻量不宜超過基準混凝土水泥用量的35 % , 且粉煤灰取代水泥率不宜超過20 %。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中,粉煤灰最大摻量不宜超過20 % ,粉煤灰取代水泥率,采用普通硅酸鹽水泥時不宜大于15 % , 采用礦渣硅酸鹽水泥時不宜大于10 %。輕集料鋼筋混凝土中,粉煤灰摻量不宜超過基準混凝土水泥用量的30 % , 其粉煤灰取代水泥率不宜超過15 %。無筋干硬性混凝土中, 粉煤灰可適當增加,其粉煤灰取代水泥率不宜超過40 %。粉煤灰宜與外加劑復(fù)合使用以改善混凝土拌和物的和易性,提高混凝土的耐久性。外加劑的合理摻量可通過試驗加以確定。復(fù)合使用時,外加劑宜采用后摻法。

3. 2 　混凝土配合比方案的設(shè)計

　　粉煤灰普通混凝土的配合比設(shè)計以基準配合比為基礎(chǔ),按等稠度、等強度等級為原則,用超量取代法進行調(diào)整。超量取代法是粉煤灰占配合比設(shè)計的一種方法,即為達到粉煤灰混凝土與基準混凝土等強度的目的,粉煤灰的摻入量超過其取代的水泥量,其摻放量等于取代水泥質(zhì)量乘以粉煤灰超量系數(shù)。粉煤灰取代水泥百分率的選取和粉煤灰的超量系數(shù)值可參考表1 和表2 。

　　具體步驟如下: ①確定試配強度Ryp :根據(jù)混凝土設(shè)計強度Ry ,按Ryp = Ry + 1. 645σ計算試配強度;其中σ為混凝土強度標準差。②按表1 選擇粉煤灰取代水泥百分率βc 值;按βc 計算每立方米粉煤灰普通混凝土水泥用量: C = CO ·(1 - βc ) ,其中CO 是基準混凝土的水泥用量。③按表2 選取粉煤灰超量系數(shù)δc ;按δc 計算每立方米混凝土的粉煤灰摻量F =δc ·( CO - C) 。④計算每立方米粉煤灰普通混凝土中水泥、粉煤灰和細集料的絕對體積,求出粉煤灰超出水泥的體積。⑤按粉煤灰超出的體積,扣除同體積的細集料用量。⑥ 粉煤灰混凝土的用水量,按基準配合比的用水量選取。⑦根據(jù)計算的粉煤灰混凝土配合比,通過試配,在保證設(shè)計所需和易性的基礎(chǔ)上,進行配合比的調(diào)整。⑧根據(jù)調(diào)整后的配合比,提出現(xiàn)場施工用的粉煤灰混凝土配合比。

4 　噴射混凝土

　　噴射混凝土是一種強度高、粘結(jié)力強和抗?jié)B性好的材料,其施工工藝,可以不用模板,又能把混凝土的輸送、澆灌、搗固等工序結(jié)合在一起。由于噴射混凝土與周圍巖土緊密結(jié)合并共同工作,把圍巖從荷載變?yōu)槌休d,提高了承載能力。

4. 1 　原材料選擇

　　噴射混凝土所選用的粗集料最大粒徑不得大于噴射系統(tǒng)輸料管道最小斷面直徑的1/ 3～2/ 5 ;亦不宜超過一次噴射厚度的1/ 3 。目前,國內(nèi)外大多數(shù)國家都趨向于15 mm 粒徑作為噴射混凝土粗集料的最大粒徑。噴射混凝土的粗集料,一般來說卵石、碎石均可,但可以選用卵石為優(yōu)。在選擇細集料方面,應(yīng)該結(jié)合配合比確定砂率。砂粒粗時,砂率可以偏大;砂粒細時,砂率應(yīng)當偏低。水泥一般選用32. 5 級和42. 5 級普通硅酸鹽水泥。由于噴射混凝土所必需的工作特性,外加劑方面一般選擇摻加速凝劑。

4. 2 　配合比設(shè)計

　　(1) 確定砂率。砂率為Sp = 140. 63Dmax- 0. 344 7其中,Dmax為粗集料最大粒徑。

　　(2) 選擇水泥用量。水泥用量為CO = 782. 4Dmax- 0. 237 7 ·B其中,B 為調(diào)整系數(shù), 當用42. 5 級水泥時, B = 1 ; 當用32. 5 級水泥時, B = 1. 12 。

　　(3) 選擇速凝劑用量。速凝劑用量一般為水泥用量的2 %～4 %。噴邊墻可摻水泥重量的2 %～3 % ,噴拱頂可摻水泥重量的3 %～4 %。速凝劑用量為QO = Δg ·CO其中,Δg 為速凝劑占水泥用量的百分比% , CO 為水泥用量。

　　(4) 確定水灰比及其用量。水灰比為W/ C = 0. 45 Sp + 0. 247 5

　　(5) 按體積法計算出砂石用量。

5 　結(jié)束語

　　由于各工程的特殊性,需要混凝土具有不同的使用性能,因而特種混凝土被廣泛使用。特種混凝土配合比設(shè)計,要保證混凝土強度、耐久性、施工工藝易于操作,選用合適材料及材料用量,對設(shè)計結(jié)果進行試配、調(diào)整,使之達到工程要求,設(shè)法降低成本。

〔參考文獻〕

　　[1] 　李立權(quán). 混凝土配合比設(shè)計手冊[M] . 廣州:華南理工大學出版社,2002.

　　[2] 　中國建筑科學研究院. 普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[M] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

　　[3] 　徐培華,王安玲. 公路工程混合料配合比設(shè)計與試驗技術(shù)手冊[M] . 北京:人民交通出版社,2001.

　　[4] 　J TJ041 - 2000 ,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[ S] .