C50高性能混凝土配合比设计.doc

C50高性能混凝土配合比设计
中铁十一局集团桥梁有限公司 刘武
摘 要 介绍预制箱梁用C50高性能混凝土配合比参数的设计
关键词 高性能混凝土 耐久性 配合比 设计
1、 概述
由桥梁公司承担的合武铁路WHZQ-3标江岸特大桥305孔箱梁的预制任务。所用混凝土为C50高性能混凝土，如何保证混凝土的质量，使其满足桥梁内实外美的要求，对混凝土的选配和现场质量控制提出了较高要求。并根据现场的制梁工艺，混凝土采用了混凝土运输车运送的短距离泵送的方案。
2、 原材料的选择
根据设计、业主及工程施工要求和原材料质量、供应能力、资源等综合因素判断，决定选用以下几种原材料进行C50高性能混凝土的配制。
2.1、水泥、矿渣粉及粉煤灰
选用华新水泥股份有限公司生产的P.O42.5水泥，武汉武钢华新水泥有限责任公司生产的S95级矿渣粉及武汉阳逻电厂Ⅰ级粉煤灰，各项指标均符合现行国家标准。
2.2、细骨料
配制混凝土用砂为滠口河砂，细度模数为Mx=2.64，堆积密度为1.51g/cm3，表观密度为2.60g/cm3。
2.3、粗骨料
南山三友碎石有限公司生产的人工碎石，最大公称粒径为25mm，二级级配，表观密度为2.72g/cm3，细档（5～16mm），粗档（16～25mm）。试验搭配分析研究，具体结果见表2.3：
表2.3 粗骨料中不同粗细成分搭配时的堆积密度
细档（≤16mm）
粗档（>16mm）
堆积密度（g/cm3）
紧密密度（g/cm3）
备注
50%
50%
15.75
17.48

40%
60%
16.09
17.53

30%
70%
16.10
17.63
空隙率最小
20%
80%
15.80
17.62

从上表可以看出：细档与粗档的比例为7：3时，粗骨料的堆积密度最大。因此，试验中主要采用此搭配的粗骨料。
2.4、外加剂
选择了武汉格瑞林生产的聚羧酸类高效减水剂，并与华新水泥进行了净浆流动度试验，结果见表2.4：
表2.4 水泥和减水剂适应性试验
水泥

外加剂
净浆流动度
浆体情况
备注
华新
武汉格瑞林
280
好

3、配合比试验配制原则及方案的初步选择
客运专线箱梁C50高性能混凝土配合比设计参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》及《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》的要求进行。
工程应用时施工条件与实验室条件差异对混凝土的强度和有关参数指标的影响特别大，高性能混凝土尤为突出。我们充分考虑了上述因素，采用以下初步方案：
3.1、胶凝材料用量的选择
根据经验，C50混凝土胶凝材料用量450kg-490kg能够满足强度要求，我们选择490kg进行试验，实际施工中根据强度评定情况给予适当调整。
3.2、粉煤灰和矿粉双掺方案及用量的选择
3.2.1 粉煤灰和矿粉为混凝土的耐久性提供了保证，但在施工中各有优缺点。粉煤灰由于珠形玻璃体的作用，流动性稍好于矿粉，矿粉减水效果强于粉煤灰，对强度的增长作用优于粉煤灰，且矿粉具有良好的粘聚性，泌水性小，保水性好。所以我们选择了粉煤灰和矿粉双掺方案。
3.2.2为满足生产进度要求，保证混凝土的早期强度，达到2～3天脱模的要求，我们选择30%左右混合材掺量。
3.3、砂率的选择
高性能混凝土常用砂率在36%-42%之间，但丛泵送混凝土角度考虑，砂率过小，导致流变参数下降，对可泵性不利，容易堵塞管道。工程实践证明，使用中砂时，砂率一般控制在40%左右最佳。通常情况下，砂率的稍微调整对混凝土的强度无明显影响，较大砂率有利于减少粗骨料界面氢氧化钙聚集和混凝土在输送管内的阻力，能提高混凝土强度的稳定性。试拌混凝土时砂率控制为40%，确定其他材料掺量后，再细调最佳砂率。
3.4、坍落度的控制
箱梁混凝土入模坍落度应不小于120mm。为确保其可泵性，考虑到环境温度和输送距离及混凝土在输送管内的坍落度损失，混凝土出机坍落度应该控制在200±20mm，30min经时损失不大于30mm。
3.5、含气量的控制
提高含气量对混凝土的耐久性有较大好处，但对外观质量影响较大。混凝土出机含气量控制在2-4%。
4、确定基准配合比
根据以上方案原则，我们将选定的原材料分两批进行配制。第一批配制了24组、平均强度R28=69.7MPa，运用24组试验结果进行回归分析，确定初步配合比。第二批运用初步配合比进行调试和验证制件18组、平均强度R28=71.8MPa，再次用18组试验结果进行回归分析和建立回归方程。通过对两批配制混凝土进行强度结果比较，并进行经济分析，确定基准配合比如下：
表4 混凝土基准配合比（kg/m3）
编号
水泥
粉煤灰
矿粉
砂
石
外加剂
水
F12
340
60
90
695
1100
4.8
148
5、混凝土拌合性能试验
试验采用60L的搅拌机，搅拌采用二次搅拌工艺，其投料顺序为：投入砂→投入胶凝材料→预拌30s→投入液态材料→继续搅拌30s→投入粗骨料继续搅拌120s→出机。出机后立即进行初始坍落度、扩散度试验和含气量测试，静置30min，再做坍落度、扩散度和泌水率试验。所配制的C50高性能混凝土具有如下性能指标：
5.1 坍落度：195—210mm，不离析，不泌水，和易性良好；
5.2 坍落度损失： 30min损失最大值为20mm；
5.3 扩展度：480—530mm；
5.4 含气量：2.8%—3.5%；
5.5 表观密度：2420—2450kg/m3
6混凝土力学性能试验
由于混凝土配合比试验所处时间段为冬季，对所制混凝土试件进行了蒸汽养护和标准养护，其混凝土力学性能试验结果见表 6。后对混凝土夏季自然养护的力学性能试验和数据统计分析，其力学性能数据也基本能达到表 6的标准。
表6 混凝土力学性能试验结果
编号
抗压强度(MPa)
弹性模量(GPa)
R2
R3
R7
R28
R56
E10
E28
F12-1
36.5
46.9
54.1
71.1
79.5
44.6
46.2
F12-2
36.0
45.8
53.9
70.9
77.7
43.2
44.0
F12-3
36.9
47.5
55.8
73.7
80.1
42.0
43.5
结果表明,试验混凝土强度具有稳定性和可行性，满足C50混凝土的配制要求, 富余系数合理，且强度发展情况良好,能够满足设计和施工要求。
7、混凝土耐久性试验
将试件送铁道部桥梁基础检测站进行耐久性试验。武汉桥基站对送检的配合比耐
久性能试验出具合格报告，各项指标全部合格。
8、配合比的现场施工检验及调整和优化
通过现场施工的检验测试，混凝土的工作性能都能达到预期的要求，泵送流畅，强度和弹性模量的增长符合施工的节拍。并根据现场施工的一些特点，对混凝土配合比进行了进一步的调整和优化，其优化后的施工配合比见表8-1、8-2：

表8-1 混凝土配合比（kg/m3）
编号
水泥
粉煤灰
矿渣粉
砂
石
外加剂
水
F12
340
60
90
698
1100
4.8
152
表8-2 混凝土配合比参数
编号
胶材总量
混合材掺量
水胶比
砂率
比重
胶骨比
外加剂掺量
F12
490
掺30%
0.31
39%
2440
0.27
0.98%
9、结束语
9.1、对相同的混凝土配合比，不同的原材料及其参量对混凝土的强度、工作性能等有较大的影响，外加剂的影响尤为突出。
9.2、高性能混凝土的设计应遵循选用高效减水剂、掺入活性掺和料、优化配合比参数等基本原则。通过降低水胶比、强化水泥石与集料的界面、改善水泥水化产物、降低孔隙比、提高密实度来实现高耐久、高强度、高性能。
9.3、高性能混凝土的配合比设计，应根据不同的应用环境和工艺来设计并优化得到。
（刘武，联系电话：[phone]）
6