深圳外環(huán)3標(biāo)項(xiàng)目C55掛籃預(yù)應(yīng)力混凝土配合比設(shè)計(jì)

高艷雙

（中交二公局第五工程有限公司，陜西 西安 710119）

1 工程概況

深圳外環(huán)3標(biāo)C55掛籃位于松崗互通主線橋，跨越107國(guó)道和廣深高速，車(chē)流量大，距離地面36m，澆筑時(shí)需左右同時(shí)澆筑。如果使用天泵進(jìn)行澆筑，則需要2臺(tái)天泵同時(shí)澆筑，加之位于交通要道，危險(xiǎn)性大，天泵不好就位，因此考慮到安全性，本部位使用臥泵澆筑。臥泵需要混凝土具有較高的工作性能，深圳外環(huán)3標(biāo)所用混凝土為商混，商混站距離施工地點(diǎn)14km，路程較遠(yuǎn)，C55混凝土攪拌時(shí)間較長(zhǎng)，要求配制的混凝土初凝時(shí)間及保坍時(shí)間應(yīng)滿(mǎn)足施工要求。

2 原材料

2.1 粗集料（Ⅱ類(lèi)碎石）

粒徑：5～10mm的連續(xù)級(jí)配，10～20mm的單粒級(jí)配。通過(guò)篩分試驗(yàn)，按（5～10mm）∶（10～20mm）=2∶8的摻配比例合并成5～20mm的連續(xù)級(jí)配。

Ⅰ類(lèi)宜用于強(qiáng)度等級(jí)＞C60的混凝土；Ⅱ類(lèi)宜用于強(qiáng)度等級(jí)為C30～C60及有抗凍、抗?jié)B或其他要求的混凝土；Ⅲ類(lèi)宜用于強(qiáng)度等級(jí)＜C30的混凝土。

同時(shí)，由于碎石粒徑越大，混凝土強(qiáng)度越低，用水量越少，因此選用5～20mm碎石，減少用水量，降低水灰比，增加強(qiáng)度和耐久性。

2.2 細(xì)集料（Ⅱ區(qū)中砂）

Ⅰ區(qū)砂宜配低流動(dòng)性混凝土；Ⅱ區(qū)砂宜優(yōu)先選用配不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土；Ⅲ區(qū)砂宜降低砂率以保證混凝土強(qiáng)度。

2.3 水泥

產(chǎn)地：英德海螺；規(guī)格：P.Ⅱ42.5；密度：3.1g/cm3。

2.4 粉煤灰

在微觀狀態(tài)下，粉煤灰顆粒由一顆顆球狀玻璃體組成。球狀玻璃體充塞在水泥顆粒之間，可以起到潤(rùn)滑作用，使混凝土更加密實(shí)，流動(dòng)性能更佳。粉煤灰顆粒與水泥中的氫氧化鈣發(fā)生火山灰混合效應(yīng)，反應(yīng)生成硅酸鈣，使混凝土后期強(qiáng)度增加的幅度大于純水泥混凝土強(qiáng)度。用粉煤灰取代部分水泥可以降低混凝土成本，減少水化熱，提高密實(shí)性，減少裂縫，提高混凝土的耐久性。

2.5 礦粉

在混凝土中摻入礦粉，能有效改善混凝土施工性能，特別是對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能，能起到直接的影響作用。摻入礦粉的混凝土改善了混凝土的表面特性和比表面積。表面特性可以使水泥的漿體之間形成光滑的移動(dòng)面，從而降低混凝土的離析。礦粉疏松多孔，表面積較大，能使水泥顆粒之間形成較好的級(jí)配，從而增加混凝土的密實(shí)性，改善混凝土的和易性。

2.6 外加劑

采用某建材有限公司聚羧酸高性能減水劑，產(chǎn)品型號(hào)URC-3，減水率為28%。

（1）外加劑的凝結(jié)時(shí)間和保塌損失要滿(mǎn)足施工要求，如外加劑的凝結(jié)時(shí)間小于澆筑時(shí)間，會(huì)造成掛籃出現(xiàn)冷縫或裂紋；如保坍時(shí)間不夠，混凝土的工作性能將滿(mǎn)足不了施工要求。該C55掛籃混凝土澆筑時(shí)間在8h左右，運(yùn)輸時(shí)間在1h左右，要求混凝土的初凝在10h左右，保坍時(shí)間為2h。

（2）該結(jié)構(gòu)部位的外加劑不能加入任何引氣劑，才能保證混凝土強(qiáng)度與外觀符合要求。

（3）由于該結(jié)構(gòu)施工是臥泵，要求混凝土的保水性、黏聚性、適應(yīng)性良好，才能保證泵送正常進(jìn)行。

3 配合比設(shè)計(jì)

考慮張拉前期強(qiáng)度不能過(guò)低，礦物摻合料不能太多，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步確定粉煤灰的摻量為10%，礦粉的摻量為15%。

3.1 水膠比

水膠比太大不僅會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，還會(huì)影響混凝土的耐久性；水膠比過(guò)小，用水量少，則會(huì)造成混凝土內(nèi)部水分不充足，影響水泥中的氧化鈣與水的反應(yīng)，使水泥不能完全水化，從而影響混凝土的強(qiáng)度。水膠比過(guò)小在施工過(guò)程中混凝土更不容易搗實(shí)，從而影響了混凝土的強(qiáng)度。當(dāng)水膠比＜0.28時(shí)，混凝土非常黏稠，泵送困難?？紤]到既要達(dá)到混凝土強(qiáng)度及耐久性要求，又滿(mǎn)足施工要求，該結(jié)構(gòu)部位的混凝土擬選取0.32的水膠比。

3.2 用水量

依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011），當(dāng)坍落度為180mm時(shí)不摻外加劑，碎石最大公稱(chēng)粒徑為20mm時(shí)取用水量mwo=215kg[1]。以90mm坍落度的用水量為基礎(chǔ)，按每增加20mm坍落度增加5kg水，求出未摻外加劑時(shí)的用水量mmo=215+[（180-90）÷20]×5=237.5kg。

加入減水劑減水率為28%，摻量為1.2%則摻加外加劑后的用水量mwo=237.5×（1-28.0%）=171kg。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)擬選取用水量mwo=145kg。

3.3 膠凝材料中礦物摻合料及水泥的用量

膠凝材料用量mbo=145÷0.32=453kg；粉煤灰用量mfo=453×10%=45kg；礦渣粉用量mko=453×15%=68kg；水泥用量mco=453-49-74=340kg。

3.4 選取砂率

在一定的范圍內(nèi)，混凝土拌合物的流動(dòng)性會(huì)隨著砂率提高所產(chǎn)生的潤(rùn)滑作用的增強(qiáng)而加大。但在水泥漿數(shù)量固定的情況下，隨著砂率的增大，集料的總表面積也隨之增大，使水泥漿的數(shù)量相對(duì)減少，當(dāng)砂率超過(guò)一定的限度，就會(huì)削弱由水泥漿所產(chǎn)生的潤(rùn)滑作用，從而導(dǎo)致混凝土拌合物流動(dòng)性降低。因此，在水泥漿數(shù)量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大的流動(dòng)性而且保持良好粘聚性和保水性的砂率，即為混凝土的最佳砂率。

由于該掛籃的結(jié)構(gòu)部位所處位置路況交通復(fù)雜，只能使用臥泵施工，加之臥泵只能在一個(gè)安全位置就位，臥泵的輸送管道就會(huì)變長(zhǎng)，因此要保證混凝土砂率不能過(guò)小。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，擬選取本配合比設(shè)計(jì)砂率βs=39%。

3.5 砂、石用量

體積法根據(jù)組成材料的實(shí)際密度進(jìn)行計(jì)算，所計(jì)算的砂、石用量比較精確，故本配合比設(shè)計(jì)采用體積法，見(jiàn)式（1）、式（2）：

式中：mco、mfo、mko、mso、mgo、mwo分別為混凝土中單位水泥、粉煤灰、礦粉、細(xì)集料、粗集料、水的用量，kg/m3；ρc、ρf、ρk、ρw分別為水泥、粉煤灰、礦粉、水的密度，kg/m3；ρs、ρg分別為細(xì)集料和粗集料的表觀密度，kg/m3；a為混凝土的含氣量，%，在不使用引氣型外加劑時(shí)，a=1。

砂用量：mso=715kg；碎石用量：mgo=1118kg。

計(jì)算配合比為mco∶mfo∶mko∶mso∶mgo∶mwo=340∶45∶68∶715∶1118∶145。

3.6 混凝土配合比的試配

在計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行試拌，測(cè)得混凝土拌合物的坍落度為150mm，混凝土的粘聚性和保水性較好?；炷涟韬衔锏奶涠炔粷M(mǎn)足設(shè)計(jì)及施工要求，此時(shí)在保持原有水膠比不變的情況下，調(diào)整水和水泥的用量，增加2%的水泥漿，保持砂石用量不變。增加2%的水泥漿后拌合物的坍落度為180mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工要求，混凝土的粘聚性和保水性較好，修正計(jì)算配合比。

試拌配合比為mco∶mfo∶mko∶mso∶mgo∶mwo∶mjo=347∶46∶69∶715∶1118∶148∶5.54。

在試拌配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)，采用3個(gè)不同的配合比，其中1個(gè)為試拌配合比，另外2個(gè)配合比的水膠比較試拌配合比分別增加和減少0.02，用水量與試拌配合比相同，砂率可分別增加和減少1%。

3個(gè)配合比的強(qiáng)度結(jié)果如表1所示。

表1 配合比強(qiáng)度結(jié)果

由表1可得，1#配合比的彈性模量是4.72×104MPa；2#配合比的彈性模量是4.61×104MPa；3#配合比的彈性模量是4.49×104MPa。

通過(guò)強(qiáng)度檢驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、耐久性、工作性等方面綜合考慮，選取水泥用量為370kg/m3、水膠比為0.30的配合比。該配合比的表觀密度計(jì)算值為2440kg/m3，混凝土拌合物表觀密度實(shí)測(cè)值為2450kg/m3，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值小于計(jì)算值的2%，該配合比不需校正。

確定試驗(yàn)室配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶砂∶碎石∶水∶外加劑=370∶49∶74∶686∶1109∶148∶5.92。

膠材用量不變，采用純水泥時(shí)的配合比強(qiáng)度及工作性能如表2所示。

表2 配合比強(qiáng)度及工作性能

拌合物的坍落度為160mm。該混凝土的初凝時(shí)間為8h12min、終凝時(shí)間為10h14min，2h以后坍落度為150mm，雙摻配合比較純水泥的配合比28d強(qiáng)度高，流動(dòng)性好，保塌損性能好，初凝時(shí)間長(zhǎng)。

4 配合比在工程中的實(shí)際應(yīng)用情況

2018年12月20號(hào)進(jìn)行了掛籃的第一次澆筑，澆筑方量267m3，混凝土入模的實(shí)測(cè)溫度為16℃，混凝土出機(jī)坍落度為180mm，入模坍落度為180mm，混凝土流動(dòng)性、粘聚性、保水性良好，澆筑時(shí)間為8h20min。

在施工現(xiàn)場(chǎng)制取7組150mm×150mm×150mm試件，其中2組同條件養(yǎng)成試件，1組7d抗壓強(qiáng)度試件，4組28d抗壓強(qiáng)度試件，3組150mm×150mm×300mm抗壓彈性模量試件。2組同條件試件放置在施工現(xiàn)場(chǎng)的掛籃內(nèi)倉(cāng)，與掛籃一起養(yǎng)護(hù)，7d與28d的抗壓強(qiáng)度試件和抗壓彈性模量試件拿回到試驗(yàn)室的標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)。

根據(jù)張拉時(shí)間及不同的期齡進(jìn)行相關(guān)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，該掛籃混凝土的配合比不僅節(jié)約了成本，還在施工現(xiàn)場(chǎng)得到了很好的應(yīng)用，其強(qiáng)度及工作性能都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)、規(guī)范及施工要求。