公路工程高性能水泥混凝土配合比設(shè)計優(yōu)化分析

李晉

摘要 為充分發(fā)揮公路工程試驗工作指導(dǎo)生產(chǎn)和控制質(zhì)量的關(guān)鍵作用，規(guī)范標準配合比設(shè)計和施工配合比的優(yōu)化調(diào)整行為，提升水泥混凝土生產(chǎn)過程管理水平，實現(xiàn)提質(zhì)降本增效，文章對水泥混凝土配合比優(yōu)化調(diào)整的強制要求進行分析。研究表明，標準配合比設(shè)計時應(yīng)充分考慮項目部的實際管理水平、工藝水平、材料質(zhì)量及設(shè)備能力等情況，合理確定混凝土試配強度，對混凝土強度試驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計實施分析。

關(guān)鍵詞 水泥混凝土；配合比設(shè)計；優(yōu)化

中圖分類號 TU528文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0024-03

0 引言

在優(yōu)化調(diào)整混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)熟知每一個試驗配合比的設(shè)計意圖，嚴密監(jiān)控各種變化因素，在不違背原配比設(shè)計原則的前提下，及時準確地采取相應(yīng)對策，才能更有利于水泥混凝土穩(wěn)定生產(chǎn)，確保質(zhì)量均衡。在標準配合比設(shè)計階段，當(dāng)項目部計劃使用的原材料涉及多個料源廠家時至少準備2個不同的配合比設(shè)計；當(dāng)材料發(fā)生變化時，應(yīng)及時更換配合比，避免影響施工進度[1-3]。

1 水泥混凝土配合比設(shè)計優(yōu)化

高性能混凝土的特點是采用低水膠比的同時，選用優(yōu)質(zhì)原料且摻入礦物摻和料和高效外加劑[4-6]。

（1）在混凝土標準配合比和施工配合比設(shè)計過程中要充分考慮構(gòu)件外觀質(zhì)量。

提高混凝土和易性、黏聚性可從骨料級配、砂率、膠凝材料用量等方面入手，減少離析和泌水。當(dāng)混凝土出現(xiàn)蜂窩、氣泡、水波紋、鱗狀色斑、孔洞等質(zhì)量缺陷時，在排除模板、澆筑、振搗、養(yǎng)護等施工因素后[7-9]，配合比可參照表1的解決方法，根據(jù)優(yōu)先級進行調(diào)整。

表1 高性能水泥混凝土質(zhì)量的缺陷及解決方法

序號 質(zhì)量缺陷 解決方法

1 蜂窩 ①提高漿集比；②提高砂率。

2 水波紋 ①核查實際用水量；

②調(diào)整外加劑用量或配方，提高黏聚性。

3 鱗狀色斑 ①提高漿集比；

②調(diào)整外加劑用量或配方，提高黏聚性。

4 孔洞 ①提高漿集比和砂率；②優(yōu)化級配。

5 氣泡 ①核查細集料含泥量和石粉含量；

②調(diào)整外加劑用量，降低振動黏度。

（2）集料的控制。細集料含泥量、石粉含量較標準配合比增大時，通過增加減水劑用量或降低砂率來改善混凝土拌和物工作性。當(dāng)減水劑調(diào)整范圍達到膠凝材料總量的±0.2%仍無法滿足拌和物工作性能要求時，更換含泥量、石粉含量更低的細集料。粗集料粒徑變化較大時重新進行篩分試驗。依據(jù)單粒粒級篩分結(jié)果合成滿足要求的連續(xù)級配進而確定各檔粗集料摻配比例，見表2～3。集料含水率發(fā)生變化時[10-12]，材料用量應(yīng)按照下述方法進行調(diào)整：

①當(dāng)粗集料含水率<0.3%時，含水率可忽略不計。濕法加工的機制砂及河砂等細集料通過試驗測定含水率，在保證水膠比和砂率不變的前提下計算施工用細集料質(zhì)量及施工用水量的調(diào)整計算公式如下：

（1）

（2）

式中：ms——細集料質(zhì)量；m′sb——標準配合比設(shè)計細集料質(zhì)量；ωs——含水率；mw——施工用水質(zhì)量；m′wb——標準配合比設(shè)計施工用水質(zhì)量。

②粗集料含水率>0.3%時考慮粗集料含水，在保證水膠比和砂率不變的前提下計算施工用粗、細集料質(zhì)量及施工用水量的調(diào)整計算公式如下：

（3）

（4）

（5）

式中：mg——粗集料質(zhì)量；m′gb——標準配合比設(shè)計粗集料質(zhì)量。

（3）減水劑的控制。每批減水劑進場后，須對減水劑的減水率和減水劑與膠凝材料的相容性進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整減水劑摻量或調(diào)整減水劑配方。水泥混凝土的凝結(jié)時間受環(huán)境溫度影響較大，氣溫升高、氣候干燥時，水化熱反應(yīng)加快，混凝土中水分損失大，凝結(jié)時間縮短，坍落度經(jīng)時損失變大；氣溫降低，水化熱反應(yīng)變慢，凝結(jié)時間增加。根據(jù)氣溫變化及時調(diào)整摻合料比例并通知減水劑廠家調(diào)整減水劑的配方，重新進行配合比驗證，確?；炷凉ぷ餍阅?、力學(xué)性能、耐久性和經(jīng)濟性滿足要求[13-15]。

（4）混凝土拌合。由于試驗室所用混凝土攪拌機容量太小，所以要在混凝土拌和站進行試拌后最終確定施工配合比[16-18]。

2 C35混凝土水泥混凝土配合比設(shè)計實例

2.1 原材情況

水泥為山水水泥有限公司P.O 42.5水泥，強度富余系數(shù)1.16，砂為機制砂；碎石為河北鎮(zhèn)石料場，摻配比例5～15 mm∶15～25 mm∶25～35 mm=15.0%∶50.0%∶

35.0%；粉煤灰為陽城電廠粉煤灰；外加劑為山西三維華邦聚羧酸高性能減水劑，摻量為1.40%，減水率25.0%。

2.2 理論計算

（1）計算配制強度：

fcu，o= fcu，k+1.645σ =35+1.645×5.0=43.2 MPa

式中，fcu，k——標準強度（MPa）；σ——標準差，無量綱。

（2）計算水膠比：

W/B==0.42

（3）考慮耐久性要求，經(jīng)試驗確定水膠比為0.40，控制坍落度160～200 mm時，選取每1 m3混凝土用水量為225 kg，摻減水率β=25%的減水率。計算配比的每1 m3混凝土用水量mwo=225×（1?25%）=169 kg，聚羧酸高性能減水劑摻量經(jīng)試驗為1.40%時減水效果最好[19]。

（4）計算水泥用量（mco）、外加劑用量（mao）：

①膠凝材料用量mbo=mwo/（W/B）=169/0.40=422 kg

②摻合料用量mfo=mboβf =422×15%=63 kg

③水泥用量mco=mbo?mfo=359 kg

④外加劑用量mao=mbo×Ba=422×1.4%=5.908 kg

（5）選取砂率：βS=40%。

（6）按質(zhì)量法計算砂、石的用量：

①mco+mfo+mwo+mgo+mso=mcp（每1 m3混凝土的假定重量）此處mcp=2 420 kg/m3。

②mso+mgo=mcp?mco?mfo?mwo

=2 420?359?63?169=1 829 kg/m3

③mso=（mso+mgo）×βS=1 829×0.40=732 kg/m3

④mgo=（mso+mgo）?mso=1 829?732=1 097 kg/m3

（7）計算的初步配合比如下：

mco∶mfo∶mso∶mgo∶mwo∶mao=359∶63∶

732∶1 097∶169∶5.908=0.85∶0.15∶1.73∶2.60∶

0.40∶0.014

2.3 試配、調(diào)整及確定

2.3.1 試配

（1）經(jīng)過試驗，表觀密度為2 430 kg，確定混凝土強度試驗用的基準配合比如下：

mco∶mfo∶mso∶mgo∶mwo∶mao=359∶63 ∶

732∶1097∶169∶5.908=0.85∶0.15∶1.73∶2.60∶

0.40∶0.014

（2）以基準水膠比以及上下浮動0.03，并做1%砂率調(diào)整作為強度試驗三個水膠比，各種材料用量如表4。

（3）每組混凝土拌和物表觀密度的實測值分別為2 420 kg/m3、2 430 kg/m3、2 440 kg/m3。

2.3.2 調(diào)整

根據(jù)試驗得出的混凝土強度與混凝土配制強度（fCU，0）相對比，按照實際要求直接選用表4中B組配合比。

2.3.3 確定

B組配合比混凝土的表觀密度計算值ρC.C=2 420 kg/m3、實測表觀密度ρc.t=2 430 kg/m3，兩者偏差為（2 430?

2 420）/2 420=0.4%<2.0%，所以不予調(diào)整，所以該組配合比即為確定的設(shè)計配合比：

mco∶mfo∶mso∶mgo∶mwo∶mao=359∶63 ：

732∶1 097∶169∶5.908=0.85∶0.15∶1.73∶2.60∶

0.40∶0.014

3 結(jié)語

綜上所述，定期對工程實體進行回彈強度檢測，當(dāng)回彈強度明顯低于設(shè)計強度時準確分析判明原因，排除澆筑、振搗、養(yǎng)護等施工因素后及時調(diào)整漿集比。工程實踐證明，當(dāng)水泥漿體積占總體積的35.0%，集料體積占總體積的65.0%時，混凝土體積穩(wěn)定性最好，實體表面質(zhì)量最高，根據(jù)現(xiàn)場實際情況可參照此數(shù)據(jù)進行相應(yīng)調(diào)整。

參考文獻

[1]曹學(xué)禹， 劉陽. 水泥混凝土配合比設(shè)計常見問題分析[J]. 混凝土世界， 2020（4）： 90-92.

[2]張緒雨， 申鐵軍. 公路工程混凝土外觀缺陷預(yù)防與控制措施分析[J]. 四川建材， 2022（8）： 119-120.

[3]孔光明. 論高速公路普通水泥混凝土配合比的研究和應(yīng)用[J]. 福建建材， 2019（2）： 10-12.

[4] 王斌， 申鐵軍. 淺談公路工程7S管理與質(zhì)量檢測的有效結(jié)合[J]. 黑龍江交通科技， 2021（11）： 191-192.

[5] 申鐵軍. 梁板預(yù)制標準化在工程中的應(yīng)用[J]. 山西交通科技， 2013（4）： 78-79+109.

[6] 段立山， 申鐵軍. 山西太原至陜西佳縣高速公路項目管理要點分析[J]. 四川建材， 2022（1）： 143-144.

[7]申鐵軍. 小間距加筋復(fù)合體橋臺結(jié)構(gòu)優(yōu)勢及施工技術(shù)要點分析[J]. 黑龍江交通科技， 2021（5）： 79-80+83.

[8] 李澤波， 申鐵軍. 山西省“十四五”發(fā)展智慧公路解決方案分析[J]. 四川建材， 2022（2）： 159-160.

[9]申鐵軍. 梁板預(yù)制冬期施工工藝在王繁高速公路橋梁工程中的應(yīng)用[J]. 山西交通科技， 2013（6）： 87-89.

[10] 馮文娟， 申鐵軍. 北京至雄安高速公路工程質(zhì)量控制與評價研究[J]. 四川建材， 2022（2）： 34-35.

[11]申鐵軍. 硅灰粉煤灰復(fù)合雙摻工藝在橋梁工程中的應(yīng)用[J]. 山西交通科技， 2014（2）： 67-69.

[12] 鐘曉波， 申鐵軍. 山西省昔榆高速公路工程質(zhì)量控制措施分析[J]. 四川建材， 2022（3）： 84-85.

[13]張璠， 申鐵軍. 新型筑路材料在公路路面工程的試驗檢測分析[J]. 四川建材， 2022（9）： 109-110+113.

[14]申鐵軍. 硅灰粉煤灰復(fù)合雙摻工藝在橋梁工程中的應(yīng)用[J]. 山西交通科技， 2014（2）： 67-69.

[15]田海銳， 申鐵軍. 淺析山西省公路工程施工總承包模式質(zhì)量管理[J]. 四川建材， 2022（3）： 114-115.

[16]秦棟華， 申鐵軍. 淺析昔陽至榆次高速公路新技術(shù)應(yīng)用與管理[J]. 四川建材， 2022（3）： 124-125.

[17]胡富平， 申鐵軍， 高鵬， 等. 水泥粉煤灰穩(wěn)定?；癄t渣力學(xué)性能及應(yīng)用研究[J]. 新型建筑材料， 2021（12）： 118-122.

[18]魏軍杰. 水泥混凝土配合比設(shè)計方法及配合比優(yōu)化[J]. 四川水泥， 2019（2）： 16.

[19]申鐵軍. 鐵尾礦渣代換碎石用于水泥混凝土的可能性研究[J]. 青海交通科技， 2021（3）： 150-158.