◎ 田斐 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司
配合比設(shè)計是實現(xiàn)預拌混凝土性能的前置條件,也是保證預拌混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。過去,人們對混凝土的傳統(tǒng)認識是使用壽命長、可靠性高、無需防護,然而,裂縫、滲漏、力學性能和耐久性能降低已經(jīng)成為混凝土通病。施工人員必須正確認識混凝土從原材料、生產(chǎn)、運輸?shù)绞┕さ雀鱾€環(huán)節(jié)所碰到的質(zhì)量問題,解決混凝土生產(chǎn)過程中的各種突發(fā)情況,提高混凝土拌合物質(zhì)量,提供滿足施工要求的混凝土工作性能,才能保證工程結(jié)構(gòu)的安全、可靠。
浙江BJ碼頭主體工程為重力式沉箱結(jié)構(gòu),碼頭平臺長138.45m,寬40m,前沿頂高程為+14.5m,裝卸設(shè)備采用650t固定回轉(zhuǎn)式起重機。預制沉箱分為A、B、C、D、E五種型式,采用C40 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其中B型沉箱單件重量2465t,頂標高為+2.5m,沉箱內(nèi)回填塊石,胸墻為現(xiàn)澆C40鋼筋混凝土,所處環(huán)境為海水環(huán)境浪濺區(qū),56天擴散系數(shù)不大于4.5*10m/s。
普通混凝土的配合比設(shè)計應以抗壓強度和耐久性作為設(shè)計的主要技術(shù)指標,并通過設(shè)計和試配選定。水運工程普通混凝土配合比可參照現(xiàn)行JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》和JTS 202-2011《水運工程混凝土施工規(guī)范》作為設(shè)計依據(jù),配合比設(shè)計時,應滿足最大水膠比和最小膠凝材料用量的規(guī)定,同時滿足混凝土耐久性指標的要求?,F(xiàn)以本工程C40沉箱配合比設(shè)計為例,淺談海港工程普通混凝土配合比設(shè)計及拌合物質(zhì)量控制措施。
(1)水泥:配置混凝土所用的水泥可采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥及復合硅酸鹽水泥,鋁酸三鈣含量宜在6%~12%。水泥品種應根據(jù)建筑物所在地區(qū)和部位選取,不受凍地區(qū)海水環(huán)境浪濺區(qū)部位混凝土,宜采用礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥。本工程選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥,檢驗結(jié)果均符合規(guī)范及設(shè)計要求。
(2)骨料:拌制混凝土應采用質(zhì)地堅固、粒徑在5mm以下的砂作為細骨料。海水環(huán)境工程中嚴禁采用堿活性骨料,不得使用風爐礦碴、礫石、石灰石,和回收混凝土作為骨料,云母含量、輕物質(zhì)、氯化物等指標應符合規(guī)范要求。
(3)粉煤灰:混凝土中摻加的粉煤灰應質(zhì)量穩(wěn)定,質(zhì)量指標應滿足JTS 202-2011《水運工程混凝土施工規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,本工程選用大唐電廠Ⅱ級F類粉煤灰,現(xiàn)場取樣檢驗合格。
(4)外加劑:混凝土中的外加劑以膠凝材料質(zhì)量百分率計的氯離子含量不宜大于0.02%,鋼筋混凝土中不得摻用氯鹽外加劑。為提高混凝土抗氯離子滲透性及抗硫酸鹽侵蝕能力,保證混凝土56天擴散系數(shù)達到設(shè)計指標要求,混凝土中添加抗蝕增強劑,本工程選用緩凝型高性能減水劑和抗蝕增強劑作為外加劑,各項指標檢驗均合格。
混凝土施工配置強度:f=f+1.645σ(σ取值4.5MPa),計算配置強度f=f+1.645σ=40+1.645×4.5=47.4MPa。
根據(jù)砼配制強度、耐久性要求和原材料情況及經(jīng)驗,確定基準配合比水膠比:W/W=α×f/(f+α×α×f)=0.42>0.40(不滿足規(guī)范要求),其中α=0.53,α=0.20,fb=40.8。
根據(jù)規(guī)范及設(shè)計要求,取基準水膠比為0.37。
根據(jù)施工要求坍落度(140-180mm)、石子最大粒徑(25mm)和外加劑減水率等,經(jīng)試拌,取用水量:158kg/m。
計算水泥近似用量:W=W/(W/W)=158/0.37=427kg/m。
依據(jù)近似水泥用量427kg/m、石子最大粒徑25mm,選取砂率為42%。
計算每方混凝土中的砂石用量:
砂用量為:W=752kg/m,碎石用量為:W=1055kg/m
確定基準配合比(見表1)。
表1 基準配合比
抗蝕增強劑為粉劑,采用內(nèi)摻法,摻量為膠凝材料用量的8%,計算抗蝕增強劑用量:W=W×β=427×0.08=34kg/m
粉煤灰取代率為20%,取代方式為超量,超摻系數(shù)為1.3,內(nèi)摻抗蝕增強劑后水泥用量W為393kg/m,計算粉煤灰用量:
確定最終水泥用量:C=W-FW=427-79-34=314kg/m
煤粉灰及其它外摻料超出體積從砂中扣除,確定最終砂石用量:S=W-(Fρ-F/ρ)×ρ=752-(103/2.2-79/3.1)×2.58=697kg/m,G=1055k g/m,確定最終砂率為40%。
外加劑摻量為:外摻膠凝材料用量的1.5%,含固量為14.72%,外加劑用量為6.77kg/m,最終用水量應扣除外加劑帶入的水質(zhì)量:
最終用水量:W=158-6.77×(1-0.1472)=152kg/m
確定設(shè)計配合比(見表2)。
表2 設(shè)計配合比
依據(jù)設(shè)計配合比,水膠比分別增加和減少0.02,砂率增加和減少1%,確定三個不同的配合比進行試配,并對三組配合比各項性能指標進行檢測,經(jīng)對比驗證,上述配合比拌合物狀態(tài)滿足現(xiàn)場施工的需求,各項性能滿足規(guī)范及設(shè)計要求,各項檢測結(jié)果如表3所示。
表3 混凝土配合比設(shè)計試驗檢測結(jié)果統(tǒng)計表
水泥作為混凝土生產(chǎn)過程中最為核心的組成材料之一,其質(zhì)量控制備受關(guān)注與重視。目前,工作人員對水泥的質(zhì)量控制意識有了很大的提高,選擇質(zhì)量穩(wěn)定且信譽度較高的大型水泥廠生產(chǎn)的水泥作為原材料。每條混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)通常配置兩個水泥補給罐,水泥在進場使用過程中應注重以下控制措施:
(1)根據(jù)工程進度,當出現(xiàn)連續(xù)澆筑混凝土方量較大,應加大水泥進場檢驗頻率,避免水泥粉料罐周轉(zhuǎn)不及時導致的邊進邊用現(xiàn)象,剛生產(chǎn)的水泥到現(xiàn)場后溫度普遍達到80攝氏度以上,直接使用將給混凝土帶來坍落度損失加快、工作性能差的特點,在夏季施工時尤其明顯。
(2)每個粉料罐的上料口應封閉且實行雙人雙鎖的規(guī)定,嚴禁在進料過程中無人管理,由運輸人員自行補料,避免粉煤灰、抗蝕增強劑等粉料灌入水泥罐的混料現(xiàn)象,使用混合料,會導致混凝土凝結(jié)時間變長、強度及耐久性能降低。
粉煤灰顆粒中絕大多數(shù)為玻璃微珠,是一種表面光滑的球形顆粒。由于粉煤灰玻璃微珠的滾珠軸承作用,粉煤灰不僅在混凝土中有減水效果,還具有潤滑作用,改善混凝土的和易性,增加了粘聚性和澆筑密實性。然而,市場上存在用劣質(zhì)粉煤灰(Ⅲ級灰或統(tǒng)灰、假灰等)冒充優(yōu)質(zhì)粉煤灰的現(xiàn)象。使用劣質(zhì)粉煤灰后,不但不能起到改善混凝土拌合物性能,增強混凝土耐久性指標的目的,反將引起混凝土的泌水、離析、板結(jié),混凝土工作性能、耐久性變差等情況。因此,粉煤灰進場應通過以下措施做到每車必檢、加強驗收。
(1)現(xiàn)場配備粉料取樣管,取樣時能取到運輸罐內(nèi)上下前后等位置,確保檢測樣品的均勻性。
(2)粉煤灰取樣后應快速檢測細度、玻璃珠、氨氣味和輕物質(zhì)(黑油)四項直觀的指標。通過顯微鏡觀測粉料中玻璃體含量,對于經(jīng)過篩分細度指標不合格和玻璃體少的不允許進場。另取100g粉煤灰,加入200ml熱開水,如果表面黑色油分過多以及氨氣味較重的,不允許進場。氨氣味過重,將會在混凝土中引入大量的氣體,影響混凝土的強度和耐久性,黑油過多,則在混凝土表面形成黑色的色差,降低混凝土表面強度。
骨料作為混凝土的骨架,對混凝土拌合物質(zhì)量產(chǎn)生決定性影響。使用過程中應加強對砂石原材的級配標準、粒徑參數(shù)、潔凈程度合理控制,確?;炷涟韬腺|(zhì)量指標能夠滿足工程結(jié)構(gòu)的實際需求,避免因砂石質(zhì)量波動而誘發(fā)混凝土拌合物的穩(wěn)定性。使用過程中應通過以下措施加強骨料控制:
(1)中砂的細度模數(shù)為2.3~3.0,進場的材料變化在這范圍內(nèi)均合格,但細度模數(shù)的變化給混凝土的性能帶來很大影響,施工配合比的砂率并非是一成不變的,實際使用應根據(jù)細度模數(shù)的變化結(jié)合碎石的級配等情況相應進行調(diào)整。
(2)骨料的含泥量、泥塊含量對用聚羧酸系外加劑配制的混凝土工作性能影響較大。隨含泥量的增加混凝土的收縮加大,產(chǎn)生混凝土裂縫等質(zhì)量問題。骨料中混有的堅硬泥團在混凝土攪拌過程中未充分溶解,出機的混凝土工作性能不受影響,但運輸過程中,隨著時間的推移,泥團吸水后溶解,同時影響外加劑的發(fā)揮效果,導致混凝土坍落度變小,甚至產(chǎn)生假凝現(xiàn)象。
(3)粗骨料的針片狀含量增加也是混凝土工作性能產(chǎn)生重大變化的原因之一,特別是疑似針片狀,通過規(guī)準儀檢測又不是的碎石顆粒,在混凝土攪拌過程中相互阻礙,使混凝土流動性變差,工作性能下降。
(4)碎石的吸水率也會對混凝土工作性能產(chǎn)生影響,吸水率大則配合比的用水量大,同樣水膠比條件下增加膠凝材料用量,增加混凝土成本,而且在混凝土泵送時容易發(fā)生堵管現(xiàn)象,影響施工進度,碎石的吸水率和本身母材的材質(zhì)以及碎石中的山皮水銹石含量等因素有關(guān)。
(5)骨料倉應配置已檢倉和待檢倉,標識牌信息填寫及時、準確,杜絕材料隨到隨用、未檢先用情況的發(fā)生,同時提高裝載機均勻上料意識,避免因骨料含水率波動造成拌合物質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象。
聚羧酸系緩凝高性能減水劑應用較為廣泛,在混凝土拌合生產(chǎn)過程中,外加劑的質(zhì)量及存放方法尤為重要。部分水泥品種無法與外加劑相適應、外加劑存放保管措施不到位,都會導致混凝土工作性能大打折扣,應通過以下措施加強外加劑的質(zhì)量控制:
(1)水泥品種、牌號發(fā)生變化,應及時進行水泥與外加劑相容性檢測。
(2)因季節(jié)性變化需增加或降低外加劑緩凝成份,應及時對施工配合比進行驗證。
(3)定期對外加劑儲存容器進行清理,避免儲存容器中的雜物摻入外加劑中導致性能發(fā)生根本性的改變。
(4)儲存容器放置于陰涼處,嚴禁暴曬,避免露天放置導致雨水進入容器內(nèi)稀釋外加劑,降低其性能。
按照設(shè)計配合比,現(xiàn)場根據(jù)骨料實測含水率對配合比進行折算,從原材料進場、機械設(shè)備核查、拌合生產(chǎn),到混凝土運輸依照上述方法實施全過程控制,通過混凝土試件及構(gòu)件實體檢測,已澆筑沉箱混凝土強度滿足設(shè)計C40的等級要求,計算出的標準差為3.12MPa,氯離子擴散系數(shù)均小于4.5*10m/s,沉箱觀感質(zhì)量較好,表明了該配合比設(shè)計符合現(xiàn)場施工及規(guī)范要求,原材料及拌合物質(zhì)量控制方法合理、有效。
混凝土生產(chǎn)是一項專業(yè)性和經(jīng)驗性極強的技術(shù)工作,要生產(chǎn)出滿足施工要求的混凝土,必須加強原材料進場驗收控制措施,在生產(chǎn)實施過程中,強化質(zhì)量把控意識,從“人、機、料、法、環(huán)”各個環(huán)節(jié)實施動態(tài)管理,確?;炷恋恼w質(zhì)量穩(wěn)定可靠,把好工程建設(shè)質(zhì)量關(guān)。