高性能襯砌抗?jié)B混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)

王平

[摘 要]在科學(xué)不斷的發(fā)展和進(jìn)步中，對(duì)鐵路、公路隧道襯砌混凝土的施工工藝特點(diǎn)及施工現(xiàn)場(chǎng)條件在原有的基礎(chǔ)上有很大變化和更高的要求，本文針對(duì)襯砌采用的高性能抗?jié)B泵送混凝土在原材料的選擇，配合比的選定以及施工應(yīng)用的方面進(jìn)行了試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]高性能抗?jié)B混凝土 原材料選擇 配合比 設(shè)計(jì)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM725 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）07-0012-02

貴廣鐵路六經(jīng)部其嶺隧道全長(zhǎng)7047米，為雙線隧道，隧道凈空按通行雙層集裝箱設(shè)計(jì)，全隧道采用填充，仰拱，襯砌，部分地段采用鋼筋混凝土襯砌，其他均為復(fù)合式襯砌，襯砌混凝土總量為9000余m3。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄，障礙物多，二次襯砌部分有空洞，混凝土具有抗?jié)B性要求等特點(diǎn)，我們施工中采用了高性能抗?jié)B泵送混凝土的施工方法，這種方法具有輸送速度快，輸送范圍大，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量易保證的特點(diǎn)。但高性能抗?jié)B泵送混凝土對(duì)材料要求比較嚴(yán)格，對(duì)混凝土配合比要求較高，混凝土必須保證連續(xù)輸送，避免因較長(zhǎng)時(shí)間的間歇而造成堵塞。為此，本標(biāo)段試驗(yàn)室對(duì)混凝土原材料的選用、配合比設(shè)計(jì)選定以及高性能抗?jié)B泵送混凝土的施工工藝方面結(jié)合隧道襯砌施工特點(diǎn)在減少收縮、防止裂縫、提高抗?jié)B性、抗凍、抗蝕；改善耐久性方面作了大量試驗(yàn)和較多的探索。

一、設(shè)計(jì)依據(jù)

1、《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011； 2、《新建貴廣鐵路工程設(shè)計(jì)文件》3、《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2010；4、《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》鐵建設(shè)【2010】241號(hào)； 5、《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T50080-2002； 6、《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T50081-2002； 7、《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50082-2009；8、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》TB10005-2010 J1167-2011；9、<<客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件>>；10、<<鐵路耐久性混凝土設(shè)計(jì)暫行規(guī)程>>鐵建設(shè)[2005]157號(hào)；11、<<普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程>>JGJ55-2000；12、鐵建設(shè)[2007]140號(hào)文；13、鐵建設(shè)[2007]159號(hào)文；14、<<鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)>>鐵建設(shè)[2005]160號(hào)；15、<<設(shè)計(jì)施工圖>>.

二、設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)及各原材料要求

1.（1） 設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C35，設(shè)計(jì)環(huán)境T2/H1； （2）56d電通量<1200C（環(huán)境作用于H1）； （3）設(shè)計(jì)坍落度160-200mm；（4）混凝土含氣量不應(yīng)大于3.0%；

（5）混凝土耐蝕系數(shù)不小于0.9；（6）混凝土抗?jié)B等級(jí)：≥P10 。

2.泵送混凝土對(duì)原材料的要求

高性能抗?jié)B泵送混凝土施工要求混凝土具有可泵性，及混凝土拌合料在泵壓作用下，能在輸送管道中連續(xù)穩(wěn)定地通過(guò)而不產(chǎn)生離析的性能。可泵性良好的混凝土具有較好的粘塑性，混凝土泌水小，不易分離?；炷恋目杀眯裕饕Q于原材料本身的和易性。在施工中，正常情況下我們根據(jù)坍落度來(lái)判斷其和易性，坍落度越小，要求的泵壓越高，越容易造成堵管、爆管；但如果坍落度過(guò)大（如20mm 以上），雖然泵壓降低，但因拌合料的離析現(xiàn)象很明顯，也比較容易造成堵管；針對(duì)本隧道襯砌、橋梁墩柱最大輸送高度約為70m ，最遠(yuǎn)輸送距離為100m ，我們選定泵送混凝土的坍落度為160-200mm 。

（1）水 泥：要保證混凝土具有可泵性，很重要的就是混凝土必須要有保水性；我們選用廣西魚峰水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（P.O42.5），同時(shí)，本水泥也經(jīng)過(guò)自檢試驗(yàn)，此水泥保水性較好，泌水性?。凰嗌皾{起到潤(rùn)滑輸送管道和傳遞壓力的作用，故水泥用量的多少對(duì)其可泵性非常重要，水泥用量過(guò)少，混凝土的和易性差，泵送阻力大，同時(shí)也加大了對(duì)泵和輸送管的磨損，容易堵管；水泥用量過(guò)多，容易造成浪費(fèi)，不經(jīng)濟(jì)，且水化熱高，混凝土粘性增大，也會(huì)使泵送阻力增大。（2）粉煤灰：混凝土拌合物的流動(dòng)性有屈服剪切應(yīng)力和粘性系數(shù)兩個(gè)參數(shù)來(lái)決定，粉煤灰摻入混凝土中可以顯著降低混凝土的屈服剪切應(yīng)力，從而提高流動(dòng)性；（3）骨料：高性能抗?jié)B泵送混凝土的骨料分為粗骨料和細(xì)骨料，骨料的種類、形狀、粒徑、和級(jí)配對(duì)泵送混凝土的性能有很大影響，必須嚴(yán)格控制。（4）減水劑：因高性能抗?jié)B泵送混凝土的坍落度較大，為保證混凝土具有良好的工作性，減少和杜絕堵管、離析等情況發(fā)生，本項(xiàng)目采用了具有緩凝、減少拌合用水及增加混凝土流動(dòng)性效果的緩凝高效聚羧酸減水劑，使用的減水劑是：深圳市五山建材實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

三、混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟

1.試配強(qiáng)度的確定

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011選取標(biāo)準(zhǔn)差σ為5，混凝土配制強(qiáng)度按下式計(jì)算：

fcu.o≥fcu.k+1.645δ= 35+1.645×5=43.2MPa

2.水膠比

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011中要求，粉煤灰摻量βf為28%；選用水泥強(qiáng)度等值的富余系數(shù)γc為1.16，粉煤灰的影響系數(shù)γf為0.65。

fce=γc fce ，g

=1.16*42.5

=49.3（MPa）

fb=γfγsfce

=0.65*49.3

=32.0

W/C=αafb/fcu.o+αa×αb×fb）

=（0.53×32.0）/（43.2+0.53×0.20×32.0）

=0.36

3.確定水灰比（水膠比）

依據(jù)現(xiàn)行《鐵路混凝土》TB/T3275-2011、《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2010等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)文件的要求，C35混凝土的膠凝材料最大用量為400kg/m3，當(dāng)混凝土中粉煤灰的摻量大于30%時(shí)，混凝土的水膠比不宜大于0.50，經(jīng)試驗(yàn)水膠比選取0.38，滿足耐久性要求。

4.確定單位用水量

結(jié)合所用粗骨料最大粒徑（31.5mm）和泵送混凝土坍落度要求160-200mm，經(jīng)試驗(yàn)確定混凝土的用水量為225Kg/m3，該減水劑按膠凝材料的1.0%時(shí)，減水率為32.4%，選定用水量mw0 =152（Kg/m3）。

5.計(jì)算單位膠凝材料用量

膠凝材料總量MC=152÷0.38=400kg ，取400kg/m3

粉煤灰摻量為：28%，故粉煤灰用量Mfo=112kg/m3，水泥用量Mco=288kg/ m3.減水劑摻量為膠凝材料的1.0%，即M減=4.00 kg/m3；

6.根據(jù)骨料的技術(shù)指標(biāo)、混凝土拌合物性能和施工要求，該混凝土為泵送混凝土，需具有良好的和易性，因?yàn)槭褂玫氖侨斯C(jī)制砂，故確定砂率為：βs=43% 。

7.采用假定質(zhì)量法計(jì)算混凝土配合比時(shí)，混凝土假定容重為2400（Kg/m3），確定每立方米混凝土粗、細(xì)骨料用量：

Mso+Mgo=Mcp-Mc-Mwo-M減=2400-400-152=1848 kg

Mso=794kg，Mgo=1054 kg.

8.混凝土基準(zhǔn)配合比

水泥：粉煤灰：砂：石：減水劑：水=288：112：794：1054：4.00：152

按計(jì)算的配合比進(jìn)行試拌，其工作性符合要求。則計(jì)算配合比即為基準(zhǔn)配合比。

9.混凝土配合比的試配

以基準(zhǔn)混凝土配合比的水膠比為基礎(chǔ)，另外兩個(gè)混凝土配合比較基準(zhǔn)水膠比分別增加和減少0.03，砂率增加和減少1%，按同樣的方法確定水膠比0.35和0.41的配合比如下：

10.試拌調(diào)整：試拌混合料測(cè)定混凝土的工作性能：

混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果（見下表）

拌合物性能實(shí)測(cè)結(jié)果匯總表

考慮到各項(xiàng)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性，混凝土的和易性等條件要求，最終選定水膠比為0.38，即理論配合比為：

水泥：粉煤灰：砂：碎石： 水：減水劑

=288：112：794： 1054：152：4.00

= 1：0.39：2.76：3.66：0.53：0.014

四、現(xiàn)場(chǎng)施工的試驗(yàn)檢測(cè)及注意事項(xiàng)

對(duì)于混凝土的質(zhì)量管理，必須從源頭抓?。涸牧系馁|(zhì)量是保證混凝土各項(xiàng)指標(biāo)的最根本的前提，必須對(duì)原材料進(jìn)場(chǎng)---取樣---試驗(yàn)，一系列過(guò)程嚴(yán)格把關(guān)；對(duì)混凝土配合比進(jìn)行多次試驗(yàn)，檢測(cè)其可泵性；在混凝土拌合之前必須進(jìn)行如下試驗(yàn)：

（1）對(duì)混凝土粗細(xì)骨料顆粒級(jí)配、含泥量、含水率等，每次進(jìn)行混凝土拌合前必須進(jìn)行檢測(cè)。

（2）混凝土拌制前，應(yīng)測(cè)定砂、石含水率，并根據(jù)測(cè)算結(jié)果和理論配合比，確定施工配合比；還應(yīng)對(duì)首盤混凝土的坍落度、含氣量、泌水率、勻質(zhì)性和拌合混凝土溫度進(jìn)行測(cè)試。

（3） 當(dāng)原材料的品質(zhì)在合格的基礎(chǔ)上發(fā)生波動(dòng)時(shí)，可以對(duì)混凝土外加劑用量進(jìn)行微調(diào)；粗骨料摻配比例、砂率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后混凝土的拌合物性能應(yīng)與原配合比一致。

五、高性能抗?jié)B泵送混凝土在施工中的應(yīng)用

高性能抗?jié)B泵送混凝土在施工中的使用效果比較良好，和易性達(dá)到了拌和站的單位時(shí)間最大混凝土量；混凝土工作性好，較少發(fā)生堵管情況，爆管等情況，混凝土進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行施工時(shí)無(wú)離析泌水現(xiàn)象，而且拆模后混凝土表面氣泡較少，平整度好，顏色均勻一致，外觀質(zhì)量較好。

在攪拌站拌制混凝土?xí)r，需定期及時(shí)對(duì)拌和站的操作計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行定期校驗(yàn)，確保計(jì)量準(zhǔn)確。