科技创新
首页
>科技创新>创新实践

高性能混凝土配合比设计思考

来源:魏青、石宝立  时间:2012-08-03 浏览次数:  【字体:

重庆鱼洞长江大桥混凝土配合比注意事项

 

 (一)概论

重庆鱼洞长江大桥是一座大跨度刚构桥,主桥上部结构箱梁混凝土设计强度为C60。一次性浇注方量大,且钢筋布局密集,局部模型狭窄。对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能都有很高的要求。做好混凝土配合比设计工作是确保混凝土质量满足工程要求的基础。

众所周知,混凝土配合比设计主要需注意两方面内容:一方面是原材料的选择,另一方面是试配过程控制。下面就这两方面做各自阐述:

(二)原材料的选择

选择合理的原材料是配合比设计成功的前提。混凝土原材料包括水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、外加剂和水。矿物掺合料又包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、硅粉、沸石粉等。考虑到对混凝土早期强度和耐久性的要求,采用粒化高炉矿渣粉和硅粉复合使用。

1.水泥

水泥作为混凝土中主要的胶结材料,对混凝土的质量起着至关重要的作用。目前全国水泥生产厂家众多,水泥品牌种类繁杂,选用水泥时,应先考虑生产技术成熟稳定的大厂家的水泥。此外,鉴于现在我国水泥生产技术的现状,通用硅酸盐水泥中的42.5及42.5R两种类型的水泥性能最为稳定可靠。

水泥取样后需放置在干燥阴凉处,防止水泥受潮,待水泥温度降至常温后方可用于实验检测。配合比设计中,涉及到多种水泥对比试验,须对每种水泥进行标识,防止混淆。对于其他矿物掺合料也应做到这两点。

2.矿物掺合料

目前在高速铁路施工的混凝土配合比设计中已明确规定,须单掺或双掺矿物掺合料,以提高混凝土的性能。说明了矿物掺合料对高性能混凝土的重要作用。在重庆市场常用的粉煤灰仅珞璜电厂生产的Ⅱ级粉煤灰,其性能不能满足大桥混凝土的要求,因此采用粒化高炉矿渣粉和硅粉双掺。

2.1粒化高炉矿渣粉

粒化高炉矿渣粉由于能减少水泥用量、改善水化热、提高混凝土后期强度、提高耐久性,已是最常用的一种掺合料之一。目前用于水泥混凝土中的矿粉类型一般是S95级,其中比表面积和流动度比是两个重要的性能指标。一般来说,矿粉的比表面积在400~500m2/kg为宜,颗粒太小不仅会造成用水量增加,混凝土水化热峰值提前,而且是矿粉生产能耗的浪费。流动度比排除矿粉本身的物理性能来说,是颗粒大小的一种客观表现。在一定范围内,颗粒越大流动度比值越大;颗粒越小流动度比值越小。

因此,选择合适的粒化高炉矿渣粉,能降低水胶比、降低水化热、增加密实度、提高混凝土的强度。

2.2硅粉

硅粉又叫微硅粉或硅灰。是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中,随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。在逸出的烟尘中,SiO2含量约占烟尘总量的90%,颗粒度非常小,平均粒度几乎是纳米级别。

硅粉在混凝土中起填充材料和火山灰材料的作用。使用硅粉后,大大降低了水化浆体中的孔隙尺寸,改善了孔隙尺寸分布,同时提高了混凝土的强度和抗渗性。

研究表明,在相同水胶比的情况下,硅粉混凝土的早期相对强度发展小于纯水泥混凝土,却大于粒化高炉矿渣粉混凝土。矿粉和硅粉的双掺,比单一加入矿粉更能起到提高混凝土早期强度的作用。此外,加入硅粉能改善混凝土的粘聚性,有利于桥梁施工。另一方面,虽然双掺后的混凝土比普通混凝土的凝结时间长得多,但其凝结后的水化作用会由于高效减水剂大大加快。其结果通常是凝结之后强度发展非常快。

3.粗骨料

粗集料的级配是否优良,在很大程度上影响混凝土的工作性能和力学性能。目前重庆地区生产的粗集料基本上属于单粒径石灰岩碎石,难以满足高强高性能混凝土性能要求。为此,采用5~10mm与10~20mm双级配碎石。碎石级配必须满足规范要求,根据累计筛余百分率曲线,确定大小粒径碎石的比例。10~20mm碎石比例一般在75%~85%之间。

为预防混凝土碱含量超标,而发生碱-骨料反应,骨料需检测其是否具有碱活性。石灰岩是属于硅酸盐类岩石,而岩石柱法测定其是否具有碱活性,至少得需要三个月时间,为不影响配合比设计工作的进程,应提前解决此问题。特别是在重庆建筑市场,低碱水泥基本没有,计算混凝土中的碱含量一般均是超标,故此问题尤为突出。

4、细骨料

根据设计图纸必须使用天然砂的要求,细骨料选择岳阳砂。由于重庆境内河域均为特细砂,一般使用混合砂或简阳砂。但近年来,简阳砂的大量消耗,如今已是供不应求。故最终选择岳阳砂作为细骨料。但岳阳砂粒径为4.75mm以上的颗粒含量较多,应做筛分试验,计算其百分含量,计入5~10mm碎石中,以保证实际的砂石比例。

5、外加剂

目前国内使用的混凝土外加剂主要分为萘系和聚羧酸系两大类。由于是大体积混凝土浇筑,浇筑时间较长,且某些浇筑部位不易振捣,故主要考虑是外加剂的缓凝作用和对混凝土流动性的改善效果。聚羧酸系减水剂是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂,具有高减水率和控制坍落度损失的优点。预拌混凝土2h坍落度损失小于15%,对于商品混凝土的长距离运输及泵送施工极为有利,因而选定聚羧酸型外加剂。

但是聚羧酸类减水剂可以说是所有减水剂系类中与水泥适应性最差的外加剂之一。所以在使用之前都要对水泥以及其他胶凝材料做适应性的实验来确定其性能好坏,这点是很值得注意的地方。

6、水

拌合用水中的Cl-含量对钢筋是否被侵蚀有重要的影响,特别是自来水,由于经过水厂HClO处理,更应该确定其Cl-的含量是否超标。此外,水中的一些矿物成分可能会影响胶凝材料与外加剂的适应性。所以,确定拌合用水的质量非常重要。

(三)试配过程控制

原材料选定以后,就进入混凝土的配制阶段。配制主要分为配合比的计算,混凝土拌合及调整,试件成型、养护及检测三个部分。做好这三个部分的过程控制是避免未知因素干扰,得到理想配合比的关键。

1.混凝土配合比的计算。

对于高性能混凝土配合比设计计算而言,不能仅参考《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000。目前常采用的手段是理论结合经验的方法。大概步骤是,根据环境条件先确定水胶比,C60混凝土宜采用0.28、0.30 、0.32、0.34、0.36五个水灰比进行试拌,来确定最佳水灰比。通常采用0.34作为基准水灰比。然后用经验用水量计算出水泥用量。坍落度在200±20mm的混凝土拌合物,用水量一般在180kg/m3左右。然后根据不同的水泥种类计算出矿物掺合料的掺量。其中,硅粉掺入混凝土中一般有两种方法:一是内掺,二是外掺,都要与减水剂配合使用。内掺法往往用硅粉代替水泥,又分等量代替和部分等量代替两种。等量代替为硅粉掺量代替相等的水泥,部分代替为1kg硅粉代替1~3kg水泥,研究认为一般掺量为5%~30% ,水灰比一般保持不变。而外掺法指的是硅粉像外加剂那样掺在混凝土中,而水泥用量不减少,掺量一般为5%~10%,一般外掺法而得的混凝土的力学性能要高得多,但增加了混凝土中胶凝材料用量。自我认为,用內掺法等量体积替代水泥比较合理,这样能保持混凝土的体积稳定性。接下来根据外加剂建议掺量计算出外加剂用量。最后利用经验砂率用质量法或体积法计算出粗细骨料用量。

2.混凝土拌合及调整。

根据试验观察,由于试配量不同混凝土拌合物性能也不尽相同。一般来说,一次性试拌量越大越贴近实际混凝土拌合物性能。但试拌量过大,会大大增加试验人员的工作强度。因此,建议一次试配量至少为20L,宜为30L

聚羧酸类高效减水剂极为敏感。用水量的稍微变化,搅拌时间的改变对拌合物最终的性能都有很明显地影响。因此,主要以增减外加剂用量的方法来调整拌合物的工作性能,并且严格地控制搅拌时间。在试配初期,曾有拌合物含气量过大的现象,对减水剂加入适量的消泡剂后,此问题得到有效解决。

根据施工要求,试配混凝土拌合物坍落度在210~220mm,扩展度在480~520mm为宜。便于以后施工配合比的调整。此外,由于采用商品混凝土供应方式且混凝土浇筑时间较长,还应对坍落度损失值进行测定。2h坍落度损失应控制在10~20mm

在工作性满足要求的前提下,可适当减小砂率,以提高混凝土的强度和静力弹性模量,同时降低混凝土表面产生微裂纹的可能性。试配出的混凝土拌合物应测定其容重,根据实测容重调整各原材料用量。

3.试件成型、养护及检测。

试模尺寸的差异会影响到对结果的判断,所以配合比设计中使用的试件尺寸应与施工中的一致,且建议使用标准试模。即配合比设计时采用的标准试模,施工中也应使用标准试模。

混凝土配合比确定后,应对配合比进行6~8次的重复试验进行验证,其平均值不应低于配制的强度值,确保其稳定性。

(四)结束语

从技术和质量方面看,作为一个成熟的混凝土配合比设计,我们不仅是关注工作性能和力学性能是否能满足要求,还应对其耐久性做全面地检测。特别是对高性能混凝土而言尤为重要。例如电通量、收缩徐变等技术指标。但这点往往被忽略。我们在今后的工作中对这方面更应该高度重视。

 

企业简介
中国铁建中铁二十三局集团第六工程有限公司,是国务院国资委直接监管的中国铁建股份有限公司旗下的全资三级子公司。于2004年7月19日在重庆市注册成立,2...[详细]
联系我们

微信

Produced By 大汉网络 大汉版通发布系统