港口、航道工程混凝土配合比设计研究分析.pdf

3 1 6 相关专业 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 4 年 6 月第 6 期 港 口、 航道工程混凝土配合比设计研究分析 杨 利 ， 徐杨 (1 杭州 市港 航管 理局 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 4 ，2 杭 州健 巽交 通设计 咨询 有限公 司 ， 浙江杭 州 3 1 0 0 0 0 ) 摘要 ： 混凝 土配合 比的设计关 系到港 口与航 道工程 的安全性 ， 工程设计 作为工程项 目最基 础 的一 环 ， 关 系到整个 工程 项 目的质 量。该文对混凝土施工配合比的设计进行了系统讨论 ， 并结合混凝土施工过程中存在的问题 ， 给出了几点优化意见， 可供同行参 考 。 关 键词 ： 沉井 施工 技术 ； 泵站 工程 ； 应 用 ； 难 点 ； 对策 中图分 类号 ： U 6 1 4 1 8 文献标 识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4) 0 6 0 3 1 6 0 3 0 引言 港 口是具有水陆联运设备和条件 ，供船舶安 全进出和停 泊的交运枢纽 。航道是港湾等水域 内 供船舶安全 航行 的通道 。中国港 口与航道正处在 产业的扩张期 ， 港 口码头泊位大型化 、 专业化程度 进一步提升 ，港 口码头行业正面 临着持续繁荣 的 契机 ，也 为港 口航道工程 的建设创造 了发展 的时 机。随着港 口航道的建设规模的扩大 ， 对建设的质 量也提出了更 高的要求 ，因此必须从建设初期 的 设计 环节开始严格控制工程质量 。混凝土配合 比 设计直接关 系到港 口与航道工程 的质量 ，必须保 证 混凝 土的强度 、 耐久性与稳定性 ， 从 而保证工程 质量 。 1 混凝 土原材料 混凝 土的配合 比 ， 应 以质量 比计 ， 并应通过设 计 和试配选定 。试配时应使用施工实际采用 的材 料 ， 配制的混凝土拌和物应满足和易性 、 凝结速度 等施工技术条件 ， 制成的混凝土应符合强度 、 耐久 性( 抗冻、 抗渗 、 抗侵蚀) 等质量要求。要设计合理 的配 比， 必 须提供合格 的水泥 、 砂 、 石 ， 只有材料达 到合格要求 ， 才能做出合理的混凝土配合 比， 才能 使施工得 以正常合理地进行 ，达到设计和验收标 准。 选用的原材料如果存在质量不合格 ， 或者配合 比出现偏差 ， 会导致混凝 土结构的承载能力下 降 ， 造成混凝土结构出现裂缝，从而使整个工程存在 安全 隐患 。混凝土 的原材料主要包括 以下几个部 分【 l J 。 1 1 水泥的选取 配制混凝土所用 的水泥可采用 ： 硅酸盐水泥 、 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 2 2 8 作者简介： 杨利( 1 9 7 0 一 ) ， 女， 浙江杭州人， 高级工程师， 从事 航道建设养护管理和航政管理工作。 普通硅酸盐水泥、 矿渣硅酸盐水泥、 火山灰质硅酸 盐水泥 、 粉煤灰硅酸盐水泥。当然也可 以选择其他 型号的水 泥 ， 但都应按照现行的国家标准来选用 。 普通硅 酸盐水泥和硅酸盐水泥的熟料 中的铝酸三 钙含量宜在 6 1 2范围内。普通硅酸盐水 泥和硅 酸盐 水泥适 宜配置有抗 冻要求 的混凝土 ， 在不受冻 地区海水环境 的浪溅 区，宜采用矿渣硅 酸盐水泥， 特别是大掺量矿渣硅酸盐水泥。值得注 意的是 ，在港 口与航道工程中严禁使用烧粘土质 的火 山灰质硅酸盐水泥。 1 2 细骨料的选取 细骨料应选择质地坚硬 、 级配 良好 的中砂 ， 细 度模数控 制在 4 2 2 8范围内 ，为 了使得混凝土 的流动性满足要求 ， 骨料应有 良好的级配 。为了防 止混凝 土的离析 ， 粒径在 0 3 1 5 m m 以下 的细骨料 的 比例应适 当加大 。通常 ， 通过 0 3 1 5 m m筛孔 的 砂宜不少 于 1 5 ，而且 优先选用 中砂 。如采用细 砂 ， 细度模 数不低于 2 。实践证 明 ， 采用细度模数 2 8的中砂 比使用细度模数 2 3的中砂 ， 可以减少水 泥用量 3 03 5 k g m ， 减少水用量 2 02 5 k g m ， 从 而减低水化热及混凝 土的收缩 。 1 3 粗骨料的选取 粗 骨料 的大小 、 形状 、 矿物成分和强度都对混 凝 土的强度发生作用 。一般选用密实坚硬 的石灰 石 、 花 岗岩 、 正长石 、 辉长 岩 、 火 成岩等碎 石 ( 不宜 用卵石 ) ， 最大粒径不超过 2 0 m m， 骨料的各个方 向 要接近。 骨料粒径加大会使混凝土强度降低。 其原 因可能是 骨料尺寸越大强度越低 ，这是所有不均 质材料 的共性 ， 且小骨料的表面系数 大 ， 增大 了与 水泥浆的粘结面积。界面受力比较均匀。 1 4 掺合料的选取 掺合料宜采用细掺料 ， 为保证混凝土性能需掺 加一定量具有较好活性的硅粉 、 粉煤灰和磨细矿粉。 硅粉中的极细颗粒具有良好的微填充效应， 可以 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 6月第 6 期 城 市道桥 与防洪 相关专业3 1 7 使混凝土的孔结构充分致密 ，从而保障混凝土的 强度和耐久性 ， 磨细矿粉应 细度细 、 烧失量低 。 1 5 外加剂的选取 外加剂的性能要符合工程使用要求 ，比如改 善混凝 土拌合物流变性能 的外加剂 ：包 括各种减 水 刘 、 引气 剂和泵送 剂等 ； 调 节混凝 土凝结 时间 ， 硬 化性能 的外加剂 ： 包 括缓凝 剂 、 早 强剂 、 速凝 剂 等 ； 改善混凝 土耐久性 的外加 剂 ： 包 括引气剂 、 防 水剂 和阻锈剂等 ； 改善混凝土其它性 能外加剂 ： 包 括引气剂 、 膨胀剂 、 防冻剂 、 着色剂 、 防水剂和泵送 剂等 。 2 混凝土配合 比设计及管理 2 1混凝土配合 比的设计 配合 比的设计需要从 混凝 土 的耐久性 、强度 等性能指标和经济性角度考虑。混凝土的配合 比 应使混凝土能达到设计要求的强度等级 、耐久性 指标和稠度等质量指标， 并做到经济合理。 2 1 1混凝土配制强度 混凝土的施 工配制强度应按式( 1 ) 确定 ： +1 6 4 5 ( 1 ) 式 中： 混凝土施工配制强度 ， MP a ； 设计混凝土强度 ， MP a ； 工地实际统计 的混凝土立方体抗压强 度标准差 ， MP a 。 当混凝土强度等级为 C 2 0或 C 2 5 ， 计算的强度 标准差小于 2 5 M P a 时， 计算配制强度用的混凝土 立方体抗压强度标准差应取 2 5 MP a ； 当混凝 土强 度等级 大于或等 于 C 3 0 ，计 算 的强度 标准差小 于 3 0 MP a时 ， 计算配制强度用 的混凝 土立方体抗 压 强度标准差应取 3 0 MP a 。 2 1 2 选择水灰比3 水灰 比的选 择应 同时满 足混凝 土强度 和耐久 性要求 。 ( 1 ) 水灰比的计算公式参照式( 2 ) ： = 0 4 6 R ( e w 一 0 5 2 ) ( 2 ) 式 中： 混凝土的适配强度 ； 水泥强度 ； c 灰水 比， 即水灰 比 的倒数 ， 其 中 C 代表水泥 ， W代表水 。 从式( 2 ) 可以看出， 混凝土强度同水泥强度成 正 比 ， 同水灰 比成反 比 ， 因此水灰 比越 大混凝 土强 度越小。由此可见 ， 在确定水灰比大小的计算 中， 水 灰 比只 与混 凝 土强 度 和水 泥强 度 两个 因素有 关 ， 与塌落度的大小没有关系 ( 2 ) 用建立强度与水灰 比关 系曲线的方法求水 灰 比。按 指定 的坍落度 ， 用实际施工应用的材料 ， 拌制数种不同水灰比的混凝土拌合物， 并根据2 8 d 龄期 的混凝 土立方体试件 的极 限抗压强度绘制强 度与水灰 比的关 系曲线 ，从 曲线上查 出与混凝土 施工配制强度相应的水灰 比。 2 1 3 确定混凝土砂率4 1 对于一定级配的粗集料和水泥用量的混合 料 ， 均有各 自的最佳含砂率， 使得在满足和易性要 求下加水量最少 ，为此混凝土砂率的选择一般应 根据各单位所用材料进行试验确定 。相 同的情况 下 ， 拌制混凝土拌合物 ， 并测定其坍落度 ， 其 中坍 落度最大的一种拌和所用的砂率， 即为最佳砂率。 没有资料的可参照表 1 选取。 表 1砂率选用值 一览表 ( 单位 ： ) 2 1 4 确定水的用量 用水量的选择是根据坍落度和砂石的具体情 况来确定的 ， 具体用量可参照表 2所列 。 表 2 用水量选用 值一览表 2 1 5 确定 水 泥 用 量【 司 按选定 的水 灰 比和 已确定 的最佳砂率 ，拌制 数种水泥用量不同的混凝土拌合物，测定其坍落 度 ， 并绘制坍落度与水泥用量的关系曲线 ， 从曲线 上查出与施工要求坍落度相应的水泥用量。在海 水环境对 于有耐久性要求 的混凝土 ，上述过程应 在不掺减水剂的情况下进行， 以确定水泥用量 ， 对 于有耐久性要求的大体积混凝土 ， 水泥用量应按 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 8 相关专业 城 市道桥与防 洪 2 0 1 4 年 6 月第 6 期 混凝土的耐久性和降低水泥水化热综合考虑。 2 1 6 确定砂石用量 计算每立方米混凝土 中的砂石用量宜 采用绝 对体积法 ，假 定每立方米混 凝土 中砂石用量体积 为 ， 单位为 L ， 计算根据式( 3 ) 式( 5 ) ： = 1 0 0 0 ( 1 0 0 1 A) 一 p p ( 3 ) IV s o = V y p s o ( 4 ) = ( 1 一 y ) p 。 。 ( 5 ) 式 中 ： 为空气 在混凝 土拌和物 中的含量 ； 为 混凝土每立方米的用水量 ； P 是水的密度 ； 为水 泥在每立方米 的混凝土 中用量 ； 为水泥 的密度 ； 为混凝土每立方米 中含砂 的重量 ； 为基 于体 积计算的砂率 ； P s o 为砂的表观密度 ； 。 为单位是 k g的每立 方米 的混 凝土 含石重 量 ； P 为 单位是 k g L的石 的表观密度 。 2 1 7 确定配合 比 根据以上所述的各种材料要求 ， 以及坍落度的 要求初步确定配合 比， 并对配合 比进行复核。混凝 土 配合 比设计过程一般分为三个 阶段 ，即初 步计 算 、 试拌调整和确定。通过这一系列的工作， 从而 选择混凝 土各组分的最佳配合 比。 2 2 混凝土配合 比的管理 混凝土配合 比是控制混凝土质量 的重要 因素 ， 配合 比的选 定 应根 据港 口与航 道 工程 的 实 际特 点 、 施工工艺、 技术要求及施工环境来确定使用混 凝土的综合施工技术性能，而混凝土的综合施工 技术性能是 由不同的材料和使用比例经实验确定的。 ( 1 ) 配合 比设计 符合相关 要求 。施工前 ， 根据 两 种混凝 土施工技术性 能试验 配制多种混凝土 的 理论配合 比以供选择。混凝土的配合比除满足有 关 技术 规范及设计要求外 ，还 应达到混凝土耐久 性 的要求 。 ( 2 ) 配合 比的管理。a 该标段混凝土技术性能 要 求较高 ， 外加剂 和外掺料 的品种也较多 ， 为确保 混凝土质量 ，并对 整个 混凝 土拌制实施全过程进 行 监督管理 。b 根据所选定的混凝土配合 比、 材料 的状态及机械设备 的状况 ， 确定施工配合 比。施工 配合 比与理论 配合 比的质量 目标是一致 的。施工 配合 比作为拌和站拌和 昆凝土的配料单 ，拌和站 须采取相应的管理措施 ， 保证配合比的正确使用。 c 严格按 配合 比组织混凝 土供应 ， 每次灌 注混凝 土 必须进行试验， 方能运人灌注工作面。 3 混凝土施工的问题及优化 港 口与航道工程在混凝 土施工过程 中容易 出 现 以下问题 ： ( 1 ) 混凝土施工配合 比控制 不严 ： 雨 季施 工未 增加砂、 石材料含水率检测频率， 施工配合比未及 时予以调整； 未经批准随意改变配合比； 商品混凝 土配合比设计不符合行业规范要求。 ( 2 ) 混凝土生产 、 浇筑 、 养护不规范 ： 计量不准 确 ； 外加剂未按规定检测 ； 现场塌落度检测频率不 足； 浇筑过程中混凝土分层层厚过大 ， 钢筋密集区 振捣不到位 ； 养护未覆盖或覆盖不到位 ， 不能及 时 规范养护 ； 冬季 、 雨季 、 高温施工时混凝土 生产 、 浇 筑 、 养护质量控制措施不力 ； 混凝土施工缝处理不 规范 ； 保护层垫块制作工艺落后 ， 绑扎不牢固， 浇 筑前出现变位偏差 ，浇注后保护层厚度检测合格 率低 。 ( 3 ) 预应 力施 工不规 范 ； 锚夹具 等未按 规范检 测； 工序安排不够合理， 缺少同条件养护试块 ， 张 拉龄期 、 强度控制不规范 。 针对 以上问题 ， 笔者总结在港 口与航道工程施 工过程 中需要 注意的几 点 ：混凝土施工要严格按 照 水运工程混凝土施工规范 执行， 混凝土的配 制 、 搅拌 、 运输 、 浇筑及养护都应该满足规定 ； 海上 混凝土施工 ，则要采用陆上预制代替海上现场浇 筑 的方法 ；对于钢筋混凝 土结构 中的钢筋保护工 作一定要细致 ， 确保保护层 的厚度符合既定要 求 ； 此外加强对混凝土涂层 的保护 ，采用优质混凝 土 涂料确保工程质量 。 4 结语 港 口与航道工程是港 口建设 的重要部分 ， 混凝 土 配合 比的确 定更是混凝 土施工 中的重 要一 环 ， 本文着力从混凝土配合 比的组成人手 ，逐一 分析 了各材料 的选取 。混凝土施工过程 中应根据 施工 工 艺 、 施工条 件 、 材料 、 混凝 土质量 波动 的变 化情 况 ， 及 时进行配合 比调整 、 报批 。加强混凝 土拌和 管理 ， 确保计量准确 、 搅拌均匀 ， 防止离析。 参考文献 1 J T S 2 0 2 2 0 1 1 ， 水 运工程 混凝土施工 规范【 s 2 1宫凌杰 ， 郑 伟 嘉 陵江草 街航 电枢 纽混凝 土配 合 比的 设计 J I _水 利 建设与管理 ， 2 0 0 9 ， ( 6 ) 3 邵伟 明， 倪未未 浅谈港 E l 、 航道工 程混凝土 配合 比设计 J I _城 市 建设理论研究( 电子版) ， 2 0 1 l ， ( 2 2 ) 【 4 陈富磷 对港 口、 航道工程混凝土配合 比设计和施工的探析 J j _ 城市建设理论研究( 电子版) ， 2 0 1 1 ， ( 3 1 ) 5 】米胜东 ， 黄孝 蘅 ， 许 彩虹 水泥改 标对混 凝土 配合 比影 响 的试验 研 究【 J J 中国港湾建设 ， 2 0 0 5 ， ( 6 ) 【 6 郑天淮， 刘志超 论港口工程中混凝土施工质量的控制 J 1 中国 水运( 下半月) ， 2 0 1 2 ， 1 2 ( 3 ) 7 】 郭金泉 对港 口与航道工程混凝土配合比设计和施工的探析 J J 中 国水 运( 下半 月 ) ， 2 0 1 3 ， ( 0 4 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m