淺談集通項目混凝土配合比設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計的重要性

王萬峰 高雪峰 徐華澤

摘? 要：集通項目自開工以來指揮部提出了“品質(zhì)工程”的管理理念，工程建設(shè)各方面全面開展標(biāo)準(zhǔn)化活動。通過開展高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化活動，建立科學(xué)系統(tǒng)的施工標(biāo)準(zhǔn)化體系，將標(biāo)準(zhǔn)化要求貫穿工程施工各個環(huán)節(jié)， JTJ01中心試驗室為確?；炷临|(zhì)量，根據(jù)碎石、砂、水泥等地產(chǎn)材料的狀況，對C30、C40、C50等多種標(biāo)號混凝土從工作性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合考慮，進(jìn)行了配合比設(shè)計優(yōu)化，達(dá)到了良好的效果。

關(guān)鍵詞：配合比設(shè)計? 優(yōu)化設(shè)計? 研究應(yīng)用? 混凝土? 重要性

中圖分類號：U415? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（c）-0017-06

Abstract： Since the start of the Jitong project， the headquarters has put forward the management concept of "quality engineering"， and all aspects of project construction have carried out standardization activities. Through the development of expressway construction standardization activities， a scientific and systematic construction standardization system has been established， and standardization requirements have been run through all aspects of project construction. In order to ensure the quality of concrete， the JTJ01 central laboratory has adopted the conditions of， sand， cement， etc. C30， C40， C50 and other graded concretes have been comprehensively considered in terms of workability， durability， economy and other aspects， and the mixing ratio design has been optimized to achieve good results.

Key Words： Mixing ratio design; Optimized design; Research and application; Concrete; Importance

1? 概述

2016年是集通項目開工第一年，重點工程是橋梁、隧道工程，為了確保工程建設(shè)質(zhì)量。JTJ01中心試驗室會同01、03標(biāo)試驗負(fù)責(zé)人從當(dāng)?shù)氐牡禺a(chǎn)材料入手，進(jìn)行了全面調(diào)查。確保選用優(yōu)質(zhì)的地產(chǎn)材料用于工程實體中，并針對地產(chǎn)材料的特點選用高質(zhì)量的摻和料和兩種以上的外加劑進(jìn)行了混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計。從配合比設(shè)計上確?；炷磷龅綕M足施工規(guī)定所需的和易性要求，滿足設(shè)計的強(qiáng)度要求，滿足與使用環(huán)境相適應(yīng)的耐久性要求，滿足施工單位渴望的經(jīng)濟(jì)性要求，滿足可持續(xù)發(fā)展所必需的生態(tài)性要求。

混凝土配合比設(shè)計是混凝土施工質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，在保證混凝土強(qiáng)度和工作性的情況下選用較低的水泥用量，降低混凝土水化熱反應(yīng)和堿含量;保證混凝土具有較好的耐久性。

針對所選用材料的不同和施工工藝水平，進(jìn)行了不同的混凝土配合比設(shè)計，從混凝土強(qiáng)度檢測和結(jié)構(gòu)外觀狀態(tài)可以看出取得了良好的效果。

2? 混凝土的原材料選擇

2.1 水泥

水泥是混凝土中的主要膠凝材料，對混凝土質(zhì)量影響很大。選用優(yōu)質(zhì)的42.5、52.5普通硅酸鹽水泥，具有良好的穩(wěn)定性，與外加劑具有良好的適應(yīng)性和較小的經(jīng)時塌落度損失。C40以下混凝土采用42.5普通硅酸鹽水泥，C50采用52.5普通硅酸鹽水泥。

2.2 集料

在選擇骨料時主要檢測集料的壓碎值、級配、粒徑、針片狀顆粒含量、含泥量、泥塊含量及其有害物質(zhì)含量;并要求集料必須無堿集料反映;生產(chǎn)集料的巖石抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級之比不小于1.5。通化當(dāng)?shù)丶弦允規(guī)r為主，有少量的安山巖，符合要求石灰?guī)r壓碎值在18%～20%之間，指標(biāo)偏大;安山巖壓碎值為15%左右;因此要求C30以下混凝土可以使用石灰?guī)r，C40以上混凝土必須使用安山巖?；炷劣蒙俺诉M(jìn)行常規(guī)性的含泥量、篩分、堅固性等項目的檢測外，考慮到工程用到的混凝土塌落度較大（大部分在160～200mm之間），因此要求混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)宜在2.6～2.9之間，同時通過0.3mm篩孔的砂不宜少于15%，來改善混凝土的流動性。

2.3 摻合料

摻和料選用I級粉煤灰和S95級磨細(xì)礦渣粉，摻加適量的I級粉煤灰可以提高混凝土后期強(qiáng)度、改善混凝土工作性能、降低水泥用量、減少混凝土收縮系數(shù)、提高混凝土耐久性。磨細(xì)礦渣粉可以改善混凝土流動性、減少塌落度損失、提高混凝土早期強(qiáng)度等作用。

2.4 外加劑

減水劑采用聚羧酸，高效減水劑摻量在1%～1.5%之間，減水劑是配制混凝土的關(guān)鍵。要求減水劑與水泥具有良好的適應(yīng)性，減水劑的1h經(jīng)時塌落度損失必須合格且具有良好的保塌效果。具有較高的減水率以滿足減少混凝土用水量的要求。

2.5 水

拌制商品混凝土一般采非飲用水，水源應(yīng)事先檢驗其是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

3? 混凝土配合比設(shè)計的基本原則

3.1 工作性

工作性包括：流動性、保水性、粘聚性;由于現(xiàn)在混凝土均采用聚羧酸高效減水劑，其減水率較高混凝土用水較少，從而導(dǎo)致混凝土土很黏，流動性不好，為滿足施工工藝的需要均采用大塌落度的混凝土如160～200mm左右。減水劑摻量過多又會導(dǎo)致混凝土泌水使混凝土保水性不好;因此為改善混凝土的工作性可采用降低水泥用量增加摻和料的辦法來改善混凝土的工作性能。

3.2 耐久性

混凝土的耐久性是它抵抗外來及內(nèi)部被侵蝕破壞的能力，集通高速位于吉林省東部山區(qū)地處嚴(yán)寒地帶，混凝土耐久性很重要，特別是抗凍性。所以，在做配合比設(shè)計時要充分考慮最大水膠比和最小泥用量規(guī)定，但是僅僅執(zhí)行這些規(guī)定還不能完全滿足耐久性的要求。為了提高混凝土的耐久性，就必須在配合比設(shè)計中考慮采取相應(yīng)的措施，如水泥品種和強(qiáng)度等級的選擇，砂石級配和砂率的調(diào)整，但最主要的是用混凝土外加劑和摻合料來提高混凝土的耐久性。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

混凝土配合比的設(shè)計應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下，省工省料才是最經(jīng)濟(jì)的。水泥是混凝土中價值最高的材料，節(jié)約水泥用量是混凝土配合比設(shè)計中的一個主要目標(biāo)，但必須是采用合理的措施達(dá)到綜合性的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)才是行之有效的。首先，使用混凝土外加劑和摻合料，使用減水劑既可以改善混凝土的和易性，也可以達(dá)到節(jié)約水泥的目的，摻加粉煤灰可以代替部分水泥，并改善混凝土的性能。其次，加強(qiáng)技術(shù)管理，提高混凝土的勻質(zhì)性。最后，根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳笆|(zhì)量情況采用合理砂率和骨料級配。

4? 配合比設(shè)計結(jié)果及工程中使用情況

4.1 配合比設(shè)計結(jié)果

根據(jù)《根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T F50-2011關(guān)于混凝土最大水膠比、最小水泥用量的要求：環(huán)境類別為II的嚴(yán)寒地區(qū)最大水膠比0.50、最小水泥用量300kg/m3，配合比所選用的水膠比和水泥用量均符合要求。

從配合比設(shè)計中可以看出不是水泥用量越高混凝土強(qiáng)度越高。在保證一個合理的總膠凝材料用量的情況下，采用相對較低的水泥用量，摻加適當(dāng)比例的摻和料（總膠凝材料要滿足要求），在保證采用一個合理的、較小的水膠比情況下完全可以達(dá)到一個較高的混凝土強(qiáng)度且保證混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。較低的水泥用量可以有效降低混凝土的水化熱反應(yīng)和降低產(chǎn)生混凝土收縮裂縫的可能性。

4.2 施工配合比調(diào)整

C50混凝土配合比在實際施工過程中考慮到材料的變化、施工的難度等因素進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（1）施工現(xiàn)場出場塌落度根據(jù)運(yùn)輸?shù)木嚯x和施工工作性調(diào)整為200～220mm之間，且應(yīng)具有良好的保水性和流動性、不離析、不泌水。

（2）01標(biāo)因砂子為粗砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，且含有一定數(shù)量4.75mm以上的顆粒，故要求其對沙子進(jìn)行過篩剔除4.75mm以上部分。C50混凝土砂率提高到42%，改善混凝土的和易性。

（3）03標(biāo)要求其采用細(xì)度模數(shù)在2.6～2.9的中砂，根據(jù)砂子情況C50混凝土砂率在39%～40%左右;同時對外加劑進(jìn)行了調(diào)整，適當(dāng)增加一部分成分改善混凝土的流動性。

4.3 現(xiàn)場混凝土施工情況

現(xiàn)場混凝土施工情況見圖1～圖4。

4.4 水泥混凝土工作性不滿足施工要求病因分析

混凝土不滿足施工要求分析見圖5～圖7。

5? 實體結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件回彈強(qiáng)度檢測

從結(jié)構(gòu)物實體強(qiáng)度檢測結(jié)果來看，大約14d左右混凝土強(qiáng)度已經(jīng)能達(dá)到設(shè)計要求。7d回彈強(qiáng)度平均值達(dá)到或接近設(shè)計強(qiáng)度但代表值不滿足要求的，到30d以后強(qiáng)度代表值檢測結(jié)果均符合設(shè)計強(qiáng)度要求。

6? 配合比優(yōu)化設(shè)計總結(jié)

通過比對01、03標(biāo)C40、C50配合比設(shè)計結(jié)果（見表1、表2），結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況和實體工程檢測結(jié)果總結(jié)出以下幾點體會：

（1）適當(dāng)?shù)膿郊臃勖夯?、礦渣粉有利于改善混凝土的工作性，提高混凝土的強(qiáng)度。

（2）C40混凝土每立方米水泥用量在400kg左右，摻加10%～20%粉煤灰、礦渣粉，水膠比在0.34～0.36之間混凝土7抗壓強(qiáng)度已經(jīng)接近或達(dá)到試配強(qiáng)度，滿足工程要求。

（3）03標(biāo)C40抗凍混凝土配合比水泥用量僅為330kg，但膠凝材料總量為497kg，采用粉煤灰、礦渣粉超量替代水泥，水膠比在0.31～0.32之間，混凝土28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到了57.5Mpa以上，大大超過試配強(qiáng)度要求。

（4）C50水泥混凝土水泥用量至少要在400kg以上，膠凝材料在470kg以上，水膠比宜在0.3～0.32之間。單摻粉煤灰或礦渣粉摻量在10%左右，雙摻粉煤灰和礦渣粉總摻量可放寬至20%。

（5）粉煤灰為I級粉煤灰，礦渣粉為S95級以上。

（6）外加劑要與水泥和集料有良好的適應(yīng)性，并保證在較小的水膠比的情況下混凝土有良好的工作性。

（7）C50混凝土要嚴(yán)格控制砂的粗細(xì)程度，易選用細(xì)度模數(shù)為2.6～2.9的中砂;如選用粗砂則應(yīng)在拌合站過篩剔除大于4.75mm部分?；炷翍?yīng)根據(jù)砂子的粗細(xì)在滿足混凝土強(qiáng)度的情況下適當(dāng)調(diào)整砂率，一般在39%—42%之間，粗砂可選用高值。

（8）施工過程中混凝土塌落度應(yīng)控制在200左右mm，為保證混凝土不離析或澆筑時混凝土在腹板處不出現(xiàn)漿水分離的情況塌落度應(yīng)不超過220mm。

（9）適當(dāng)?shù)膿郊臃勖夯?、礦渣粉不但不會降低水泥混凝土的早期強(qiáng)度，對改善混凝土的工作性和、提高水泥混凝土后期強(qiáng)度有很大的幫助。

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