混凝土預(yù)制管配合比設(shè)計(jì)與應(yīng)用

姚全營 ，楊 易

1.中國港灣西部非洲區(qū)域公司，科特迪瓦 999063 KTDW

2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000

1 工程概況

科特迪瓦PK24工業(yè)園一期項(xiàng)目土地開發(fā)面積為1.27km2，雨排水管網(wǎng)總長度約為2.1萬m，其中鋼筋混凝土管約2萬m，直徑為300～2000mm。

該項(xiàng)目位于西非，當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)較為落后，當(dāng)?shù)劁摻罨炷凉茴A(yù)制件價(jià)格較高，雨排管網(wǎng)多為明渠和箱涵。項(xiàng)目部為取得核心技術(shù)并降低施工成本，引進(jìn)了國內(nèi)成熟的懸輥制管成套設(shè)備，按國標(biāo)Ⅱ級鋼筋混凝土管進(jìn)行設(shè)計(jì)和自主施工。

2 配合比設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)主要選取了砂率、膠凝材料總量、水灰比進(jìn)行了力學(xué)試驗(yàn)研究。運(yùn)用強(qiáng)度對比方法，進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計(jì)和結(jié)果分析，配置混凝土預(yù)制管配合比。

2.1 混凝土原材料

（1）水泥。水泥是混凝土中最主要的材料，它在混凝土中起到膠凝和填充作用?？铺氐贤咧饕a(chǎn)的水泥如下：①CPA-CEM Ⅰ——波特蘭水泥；②CPJ-CEM Ⅱ/A 和B——波特蘭復(fù)合水泥；③CHF-CEM Ⅲ/A和B——礦渣硅酸鹽水泥。

根據(jù)該工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)先選擇CPA42.5波特水泥，這種水泥質(zhì)量穩(wěn)定。水泥的質(zhì)量越穩(wěn)定，強(qiáng)度波動越小。為了快速脫模、快速投入使用，選用R“快凝”的水泥，采用CPA42.5R水泥，這種主要用于水泥快速脫模的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制，符合施工技術(shù)要求。

（2）粗集料。粗集料采用4～10mm規(guī)格碎石，碎石級配及物理性能如表1、表2所示。

表1 粗骨料集料篩分

表2 粗骨料物理性能

（3）細(xì)集料。細(xì)集料采用機(jī)制砂，級配如表3所示。

表3 細(xì)集料篩分及篩分表

2.2 混凝土配合比計(jì)算

（1）干硬性混凝土的配合比設(shè)計(jì)原理和步驟，與普通混凝土并無多大區(qū)別。由于干硬性混凝土用水量少、水灰比小，普通混凝土的成型方法不適用于干硬性混凝土。但干硬性同普通塑性混凝土一樣，通過多次配比試驗(yàn)，通過實(shí)際試驗(yàn)找出混凝土強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系，以及用水量與干硬度的關(guān)系[1]。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，計(jì)算配置強(qiáng)度；在根據(jù)CPA42.5R水泥28d強(qiáng)度，計(jì)算出配合比水灰比。確定配比的水灰比0.36及選取每方混凝土用水量140kg。然后，計(jì)算水泥用量389kg和骨料用量，選定合適的砂率，計(jì)算出配合比。

（3）根據(jù)計(jì)算配合比1∶1.68∶3.12∶0.36進(jìn)行試拌，成型混凝土試塊，由于干硬性混凝土用水量及水泥用量都較小，粗集料占比例大，結(jié)合該工程懸輥工藝特點(diǎn)，配合比未摻入其他結(jié)合材料及外加劑，成型采用國標(biāo)150mm×150mm×150mm正方形鑄鐵試模，分兩層加入試模，每層插搗25下，在振搗出漿，成型試塊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。檢查混凝土拌和物的干硬度、工作性及強(qiáng)度[2]。

（4）對計(jì)算的基準(zhǔn)配合比進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，采用水膠比為0.31、0.36、0.41三組不同配合比，分別配制混凝土拌和物。

（5）進(jìn)行試配拌制成型后，經(jīng)測定坍落度符合要求，干硬性、工作性均良好，并分別進(jìn)行7d、28d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，各組試驗(yàn)結(jié)果為經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證配合比試驗(yàn)，混凝土28d強(qiáng)度達(dá)到38.5MPa，坍落度20s。

（6）根據(jù)干硬性與工作性要求滿足混凝土設(shè)計(jì)及施工要求，確定配合比為水泥∶水∶碎石∶砂=489∶140∶1216∶655=1∶0.36∶3.12∶1.68。

3 配合比的應(yīng)用

項(xiàng)目部在預(yù)制管試生產(chǎn)階段，在未改變選定配合比的情況下，通過調(diào)整上料時(shí)間、上料轉(zhuǎn)速、上料后連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)間及轉(zhuǎn)速等參數(shù)，預(yù)制質(zhì)量不斷提高，管體外表面光滑、無色差，管體無無裂紋，端部混凝土密實(shí)、沒有嚴(yán)重缺陷。此次干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì)在鋼筋混凝土管預(yù)制施工中獲得了較為成功的應(yīng)用[3]。

4 配合比應(yīng)用建議

合適的混凝土配合比是鋼筋混凝土預(yù)制的前提和關(guān)鍵技術(shù)，施工中要注意以下幾點(diǎn)。

（1）選擇合適的原材料。①配制快硬高強(qiáng)度干硬性混凝土?xí)r，宜采用高標(biāo)號的水泥；②干硬性混凝土的用砂應(yīng)嚴(yán)格控制含泥量，并選用級配良好的粗、中砂，含泥量過多會影響水泥與砂石的黏結(jié)，并增加水泥用量；③用于干硬性混凝土的石料含泥量≤1%，吸水率要小，級配要好。

（2）投料計(jì)量要精確。①檢測砂石含水率，計(jì)算施工配合比。準(zhǔn)確控制水灰比，避免混合料太濕或太干造成涵管表面出現(xiàn)蜂窩麻面或不易成型等質(zhì)量問題；②混凝土用料計(jì)量要準(zhǔn)確，粗、細(xì)集料允許誤差≤±2%，水及水泥允許誤差≤±1%；③料倉、上料斗都要增加防雨措施；④鋼筋混凝土管用的干硬性混凝土因用水量較少，不摻外加劑，攪拌時(shí)不易分散均勻，且攪拌時(shí)間適一般為120～150s，西非區(qū)域溫差大、氣溫高，因此每盤用量要控制在每個管涵的用量。

（3）混凝土拌和與布料。①在從攪拌地點(diǎn)往澆筑地點(diǎn)的運(yùn)輸過程中，應(yīng)注意防止分離，運(yùn)輸工具應(yīng)加遮蓋，以免水分過多蒸發(fā)，應(yīng)盡量減少倒運(yùn)次數(shù)，縮短運(yùn)輸時(shí)間及混凝土停放時(shí)間；②小直徑管節(jié)預(yù)制時(shí)，要控制每盤混凝土生產(chǎn)量，做到即拌即用，減少混凝土的水分蒸發(fā)。

5 結(jié)束語

干硬性混凝土以其特殊的性能和施工方法，得到了廣泛應(yīng)用。干硬性混凝土與其他混凝土比較，具有用水量小、水灰比小、砂率小、快硬、高強(qiáng)、密實(shí)性好，抗凍性、抗?jié)B性強(qiáng)，收縮小等特點(diǎn)，對節(jié)約水泥、提高質(zhì)量、降低成本、提高模板周轉(zhuǎn)率等有十分重要的意義。項(xiàng)目部結(jié)合預(yù)制管混凝土施工特點(diǎn)，對混凝土配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì)，著重研究了混凝土工作性能。通過預(yù)制管試生產(chǎn)，驗(yàn)證了配合比的適應(yīng)性?？铺氐贤逷K24工業(yè)園一期項(xiàng)目鋼筋混凝土管的成功生產(chǎn)，有效降低了施工成本，為今后在西非市政管道施工提供了參考經(jīng)驗(yàn)。