特殊混凝土配合比設(shè)計(jì)中的若干問題探討

　　1 高強(qiáng)混凝土

　　強(qiáng)度等級為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)號不低于52.5 級的水泥，較低的水灰比，在強(qiáng)烈振動密實(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混凝土的流動性和凝結(jié)時間的把握。

　　1.1 原材料的選擇與應(yīng)用

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

　　2) 配制C60 等級高強(qiáng)混凝土，不需要用特殊的材料，但必須對本地區(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，即在一定時期內(nèi)(至少在施工期內(nèi)) 主要性能沒有太大的波動。

　　3) 強(qiáng)度等級在C80 或C80 以上的混凝土，在水泥水化時不可避免地會在內(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)合型外加劑國內(nèi)尚不多見，故應(yīng)作對比試驗(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，在原材料有變動時應(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50 %攪拌時間。

　　1.3 施工時質(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變得相當(dāng)敏感，這就要求在整個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，隨時調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。

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

　　2) 探測混凝土拌和物溫度，必要時測定混凝土水化熱，控制溫升，延長和保證工作時間。

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

　　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，有時由于水位的原因地下水滲量大，大量抽水又會影響地基質(zhì)量時，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，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，使用礦渣水泥時應(yīng)采取防離析措施。水泥的初凝時間不宜少于2.5h，水泥的強(qiáng)度等級不宜低于42.5 級。

　　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 ，同時不應(yīng)大于40mm。并嚴(yán)格控制扁平碎石的含量。

　　3) 細(xì)集料宜采用級配良好的中砂。

　　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)時含砂率和水灰比可酌情增大或減小。

　　2) 灌注時應(yīng)保持足夠的流動性，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，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。過去較長時間內(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)木壒省＝陙?，粉煤灰混凝土配合比設(shè)計(jì)中有一個共同特點(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)。

　　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復(fù)雜一些。粉煤灰按其品質(zhì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級。粉煤灰混凝土中有時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不宜大于15% ， 采用礦渣硅酸鹽水泥時不宜大于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，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)。

　　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，國內(nèi)外大多數(shù)國家都趨向于15mm 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，砂率可以偏大;砂粒細(xì)時，砂率應(yīng)當(dāng)偏低。水泥一般選用32.5 級和42. 5 級普通硅酸鹽水泥。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 級水泥時， B=1；當(dāng)用32.5 級水泥時，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=0.45Sp+0.2475

　　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。