特殊混凝土配合比設(shè)計(jì)中的若干問題探討

摘　要:配合比設(shè)計(jì)須分別從準(zhǔn)備工作、選用合適材料、生產(chǎn)配合比調(diào)整及在施工中的控制、保證質(zhì)量前提下注重經(jīng)濟(jì)效益等幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析,文章主要對(duì)高強(qiáng)混凝土、水下混凝土、摻粉煤灰混凝土和噴射混凝土等幾種特殊混凝土的設(shè)計(jì)施工中的若干問題進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞:高強(qiáng)混凝土;噴射混凝土;配合比

中圖分類號(hào):U414. 18 ; TU528. 31 ; TV544. 92 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 　　　文章編號(hào):167325781 (2007) 0120088203

1 　高強(qiáng)混凝土

　　強(qiáng)度等級(jí)為C60 及其以上的混凝土被稱為高強(qiáng)混凝土。它是用優(yōu)質(zhì)集料,標(biāo)號(hào)不低于52. 5 級(jí)的水泥,較低的水灰比,在強(qiáng)烈振動(dòng)密實(shí)作用下制取的。決定混凝土強(qiáng)度的主要因素有: ①集料具有堅(jiān)強(qiáng)的抗壓能力,與水泥膠結(jié)性能良好,因此要采用優(yōu)質(zhì)集料和富水泥用量。② 膠結(jié)材料本身活性要高,硬化后形成的水泥石密實(shí)堅(jiān)強(qiáng),膠空比大,因此要采用高標(biāo)號(hào)水泥,并強(qiáng)烈振搗密實(shí)。③ 混凝土混合物的水灰比小,因此要采用干硬性混凝土,同時(shí)摻入高效減水劑配合使用,使混凝土在極小的水灰比下能夠澆灌密實(shí)。高強(qiáng)混凝土本身的容重可能較大,但用于結(jié)構(gòu)物后,可以顯著地減少斷面尺寸,從而減輕結(jié)構(gòu)自重、節(jié)約各種原材料。所以,單一從結(jié)構(gòu)整體考慮,高強(qiáng)與輕質(zhì)是一致的。高強(qiáng)混凝土配合比核心在于對(duì)混凝土的流動(dòng)性和凝結(jié)時(shí)間的把握。

1. 1 　原材料的選擇與應(yīng)用

　　(1) 指定專人定期檢查、測(cè)定各種原材料和生產(chǎn)狀態(tài),特別是對(duì)原材料的進(jìn)料、儲(chǔ)存、計(jì)量應(yīng)實(shí)行全方位監(jiān)控。

　　(2) 配制C60 等級(jí)高強(qiáng)混凝土,不需要用特殊的材料,但必須對(duì)本地區(qū)所能得到的所有原材料進(jìn)行優(yōu)選。除有較好的性能指標(biāo)外,還必須質(zhì)量穩(wěn)定,即在一定時(shí)期內(nèi)(至少在施工期內(nèi)) 主要性能沒有太大的波動(dòng)。

　　(3) 強(qiáng)度等級(jí)在C80 或C80 以上的混凝土,在水泥水化時(shí)不可避免地會(huì)在內(nèi)部形成細(xì)微的毛細(xì)孔。為確?；炷翉?qiáng)度,必須采取措施將毛細(xì)孔填滿,以增加混凝土的密實(shí)性。因而,需要在混凝土配合比中,加入微米級(jí)徑增密處理的超細(xì)活性顆粒。使其在水泥漿微細(xì)空隙中水化,減少和填充毛細(xì)孔,達(dá)到增強(qiáng)和增密作用。

　　(4) 高強(qiáng)混凝土要求低水灰比、高坍落度,這就需要摻入高性能的外加劑。目前,混凝土的外加劑品種較多,但高性能復(fù)合型外加劑國(guó)內(nèi)尚不多見,故應(yīng)作對(duì)比試驗(yàn)后確定。

1. 2 　混凝土配合比方案的優(yōu)選

　　(1) 高強(qiáng)混凝土正式生產(chǎn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行試配,選定不同的配比和投料順序,施行優(yōu)選方案。

　　(2) 試配必須嚴(yán)格模擬實(shí)際生產(chǎn)條件,在原材料有變動(dòng)時(shí)應(yīng)再次試配。

　　(3) 攪拌必須均勻,采用強(qiáng)制式攪拌機(jī),較普通混凝土延長(zhǎng)50 %攪拌時(shí)間。

1. 3 　施工時(shí)質(zhì)量控制

　　在試驗(yàn)室配置符合要求的高強(qiáng)混凝土比較容易,而在整個(gè)施工過程中,穩(wěn)定質(zhì)量水平較為困難。一些在普通情況下不太敏感的因素,在低水灰比情況下會(huì)變得相當(dāng)敏感,這就要求在整個(gè)施工過程中必須注意各種條件、因素的變化,并且要根據(jù)變化,隨時(shí)調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)[1～3 ] 。

　　(1) 嚴(yán)格水灰比控制:骨料的含水量應(yīng)在用水量中扣除,每天需測(cè)定骨料含水量,每次配料時(shí)應(yīng)采用水量自動(dòng)測(cè)定儀連續(xù)測(cè)定砂子含水量,在任何情況下都不得添加額外水量。

　　(2) 探測(cè)混凝土拌和物溫度,必要時(shí)測(cè)定混凝土水化熱,控制溫升,延長(zhǎng)和保證工作時(shí)間。

　　(3) 合理安排工藝和工序,計(jì)算各階段所需時(shí)間,合理縮短混凝土從攪拌到澆搗完畢的時(shí)間。

　　(4) 所有參與操作人員進(jìn)行技術(shù)交底,完善各項(xiàng)記錄文件。

2 　水下混凝土

　　水下混凝土是直接澆筑于水下結(jié)構(gòu)部位并就地成型硬化的混凝土。在橋梁工程樁基混凝土施工時(shí),有時(shí)由于水位的原因地下水滲量大,大量抽水又會(huì)影響地基質(zhì)量時(shí),通常采用水下混凝土。水下混凝土要受到環(huán)繞水的浸漬、擾動(dòng)和稀釋,受到施工方法的影響,為了減少和避免這些不利因素,不僅要求采用特殊的施工方法,而且還要對(duì)水下混凝土拌和物的性質(zhì)、混凝土凝結(jié)硬化后的強(qiáng)度有一定要求。對(duì)水下混凝土拌和物要求具有較好的施工和易性;具有一定的濕灘體積,具有足夠混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度。由于水下施工和質(zhì)量檢查的困難,以及水下環(huán)境的不利影響,設(shè)計(jì)高標(biāo)號(hào)的水下混凝土是不明智的,設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)在C25 以內(nèi)。確定混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)符合節(jié)約水泥的原則。在施工條件許可范圍內(nèi),盡可能降低用水量。

2. 1 　原材料的選擇

　　(1) 可采用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥,使用礦渣水泥時(shí)應(yīng)采取防離析措施。水泥的初凝時(shí)間不宜少于2. 5 h ,水泥的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于42. 5 級(jí)。

　　(2) 粗集料宜選用卵石,如采用碎石宜適當(dāng)增加混凝土配合比的含砂率。集料的最大粒徑不應(yīng)大于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/ 6～1/ 8 和鋼筋最小凈距的1/ 4 ,同時(shí)不應(yīng)大于40 mm。并嚴(yán)格控制扁平碎石的含量。

　　(3) 細(xì)集料宜采用級(jí)配良好的中砂。

　　(4) 混凝土拌和物中宜摻用外加劑、粉煤灰等。

2. 2 　混凝土配合比方案的設(shè)計(jì)

　　(1) 混凝土配合比的含砂率宜采用40 %～50 % ,水灰比宜采用0. 5～0. 6 。有試驗(yàn)依據(jù)時(shí)含砂率和水灰比可酌情增大或減小。

　　(2) 灌注時(shí)應(yīng)保持足夠的流動(dòng)性,其塌落度宜為190～220 mm。

　　(3) 每立方米水下混凝土的水泥用量不宜少于350 kg ,當(dāng)摻有適宜數(shù)量的減水緩凝劑或粉煤灰時(shí),可不少于300 kg。另外混凝土拌和物應(yīng)有良好的和易性,在灌注過程中應(yīng)無顯著離析、泌水現(xiàn)象。

3 　摻粉煤灰混凝土

　　粉煤灰混凝土施工技術(shù),與普通混凝土無多大差別,但從其材料組成、配制和性能方面考察,與普通混凝土有明顯不同之處,因此工程中把它視為特種混凝土之一。過去較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)粉煤灰混凝土推廣不甚理想,大都是混合料配合比組成設(shè)計(jì)不適當(dāng)?shù)木壒?。近年?粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)中有一個(gè)共同特點(diǎn),就是要求粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土的和易性等同,要求28 d 齡期強(qiáng)度相當(dāng),即所配制等強(qiáng)度和等稠度的粉煤灰混凝土。這是因?yàn)橹挥蟹勖夯一炷列阅懿坏陀诨鶞?zhǔn)混凝土,才能引起工程技術(shù)人員的廣泛接納。在混凝土中摻粉煤灰,可以減少水泥用量,改善和易性,降低造價(jià)[ 4 ,5 ] 。

3. 1 　粉煤灰的選用原則

　　粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要目的是確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)的混合材料最佳組合。與基準(zhǔn)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法相比,由于粉煤灰混凝土組分中多了一種粉煤灰材料,因此選材和配料要相對(duì)復(fù)雜一些。粉煤灰按其品質(zhì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級(jí)。粉煤灰混凝土中有時(shí)還要加入外加劑組分,其復(fù)雜性還要有所增加。

　　在普通鋼筋混凝土中,粉煤灰摻量不宜超過基準(zhǔn)混凝土水泥用量的35 % , 且粉煤灰取代水泥率不宜超過20 %。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中,粉煤灰最大摻量不宜超過20 % ,粉煤灰取代水泥率,采用普通硅酸鹽水泥時(shí)不宜大于15 % , 采用礦渣硅酸鹽水泥時(shí)不宜大于10 %。輕集料鋼筋混凝土中,粉煤灰摻量不宜超過基準(zhǔn)混凝土水泥用量的30 % , 其粉煤灰取代水泥率不宜超過15 %。無筋干硬性混凝土中, 粉煤灰可適當(dāng)增加,其粉煤灰取代水泥率不宜超過40 %。粉煤灰宜與外加劑復(fù)合使用以改善混凝土拌和物的和易性,提高混凝土的耐久性。外加劑的合理摻量可通過試驗(yàn)加以確定。復(fù)合使用時(shí),外加劑宜采用后摻法。

3. 2 　混凝土配合比方案的設(shè)計(jì)

　　粉煤灰普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)以基準(zhǔn)配合比為基礎(chǔ),按等稠度、等強(qiáng)度等級(jí)為原則,用超量取代法進(jìn)行調(diào)整。超量取代法是粉煤灰占配合比設(shè)計(jì)的一種方法,即為達(dá)到粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土等強(qiáng)度的目的,粉煤灰的摻入量超過其取代的水泥量,其摻放量等于取代水泥質(zhì)量乘以粉煤灰超量系數(shù)。粉煤灰取代水泥百分率的選取和粉煤灰的超量系數(shù)值可參考表1 和表2 。

　　具體步驟如下: ①確定試配強(qiáng)度Ryp :根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度Ry ,按Ryp = Ry + 1. 645σ計(jì)算試配強(qiáng)度;其中σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。②按表1 選擇粉煤灰取代水泥百分率βc 值;按βc 計(jì)算每立方米粉煤灰普通混凝土水泥用量: C = CO ·(1 - βc ) ,其中CO 是基準(zhǔn)混凝土的水泥用量。③按表2 選取粉煤灰超量系數(shù)δc ;按δc 計(jì)算每立方米混凝土的粉煤灰摻量F =δc ·( CO - C) 。④計(jì)算每立方米粉煤灰普通混凝土中水泥、粉煤灰和細(xì)集料的絕對(duì)體積,求出粉煤灰超出水泥的體積。⑤按粉煤灰超出的體積,扣除同體積的細(xì)集料用量。⑥ 粉煤灰混凝土的用水量,按基準(zhǔn)配合比的用水量選取。⑦根據(jù)計(jì)算的粉煤灰混凝土配合比,通過試配,在保證設(shè)計(jì)所需和易性的基礎(chǔ)上,進(jìn)行配合比的調(diào)整。⑧根據(jù)調(diào)整后的配合比,提出現(xiàn)場(chǎng)施工用的粉煤灰混凝土配合比。

4 　噴射混凝土

　　噴射混凝土是一種強(qiáng)度高、粘結(jié)力強(qiáng)和抗?jié)B性好的材料,其施工工藝,可以不用模板,又能把混凝土的輸送、澆灌、搗固等工序結(jié)合在一起。由于噴射混凝土與周圍巖土緊密結(jié)合并共同工作,把圍巖從荷載變?yōu)槌休d,提高了承載能力。

4. 1 　原材料選擇

　　噴射混凝土所選用的粗集料最大粒徑不得大于噴射系統(tǒng)輸料管道最小斷面直徑的1/ 3～2/ 5 ;亦不宜超過一次噴射厚度的1/ 3 。目前,國(guó)內(nèi)外大多數(shù)國(guó)家都趨向于15 mm 粒徑作為噴射混凝土粗集料的最大粒徑。噴射混凝土的粗集料,一般來說卵石、碎石均可,但可以選用卵石為優(yōu)。在選擇細(xì)集料方面,應(yīng)該結(jié)合配合比確定砂率。砂粒粗時(shí),砂率可以偏大;砂粒細(xì)時(shí),砂率應(yīng)當(dāng)偏低。水泥一般選用32. 5 級(jí)和42. 5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。由于噴射混凝土所必需的工作特性,外加劑方面一般選擇摻加速凝劑。

4. 2 　配合比設(shè)計(jì)

　　(1) 確定砂率。砂率為Sp = 140. 63Dmax- 0. 344 7其中,Dmax為粗集料最大粒徑。

　　(2) 選擇水泥用量。水泥用量為CO = 782. 4Dmax- 0. 237 7 ·B其中,B 為調(diào)整系數(shù), 當(dāng)用42. 5 級(jí)水泥時(shí), B = 1 ; 當(dāng)用32. 5 級(jí)水泥時(shí), B = 1. 12 。

　　(3) 選擇速凝劑用量。速凝劑用量一般為水泥用量的2 %～4 %。噴邊墻可摻水泥重量的2 %～3 % ,噴拱頂可摻水泥重量的3 %～4 %。速凝劑用量為QO = Δg ·CO其中,Δg 為速凝劑占水泥用量的百分比% , CO 為水泥用量。

　　(4) 確定水灰比及其用量。水灰比為W/ C = 0. 45 Sp + 0. 247 5

　　(5) 按體積法計(jì)算出砂石用量。

5 　結(jié)束語

　　由于各工程的特殊性,需要混凝土具有不同的使用性能,因而特種混凝土被廣泛使用。特種混凝土配合比設(shè)計(jì),要保證混凝土強(qiáng)度、耐久性、施工工藝易于操作,選用合適材料及材料用量,對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行試配、調(diào)整,使之達(dá)到工程要求,設(shè)法降低成本。

〔參考文獻(xiàn)〕

　　[1] 　李立權(quán). 混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] . 廣州:華南理工大學(xué)出版社,2002.

　　[2] 　中國(guó)建筑科學(xué)研究院. 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[M] . 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001.

　　[3] 　徐培華,王安玲. 公路工程混合料配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè)[M] . 北京:人民交通出版社,2001.

　　[4] 　J TJ041 - 2000 ,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[ S] .