淺談海港工程混凝土配合比設(shè)計及質(zhì)量控制措施

◎ 田斐 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.前言

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。

2.設(shè)計背景

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。

3.混凝土配合比設(shè)計依據(jù)

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。

4.配合比設(shè)計

4.1 原材料技術(shù)要求

（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。

4.2 配合比設(shè)計

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

5.原材料及拌合物質(zhì)量控制措施

5.1 水泥進場控制措施

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。

5.2 粉煤灰進場控制措施

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。

5.3 骨料質(zhì)量控制

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。

5.4 外加劑質(zhì)量控制措施

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。

6.混凝土強度及耐久性驗證

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。

7.結(jié)束語

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)。