摘 要 本文结合泉厦高速公路大坪山隧道泵送混凝土配合比设计.doc

摘 要 本文结合泉厦高速公路大坪山隧道泵送混凝土配合比设计，就原材料选择、原材料配合组成对泵送混凝土可泵性的影响进行探述。
关键词 泵送混凝土 可泵性 配合比设计
泵送混凝土是依靠混凝土输送泵的压力，通过管道将混凝土直接输送至灌筑地点的混凝土。本文结合大坪LU隧道泵送混凝土配合比设计，围绕混凝土原材料选择原材料配合组成对混凝土可泵性的影响做一些探讨。
泵送混凝土拌合物要求必需具备有别于普通混凝土的特殊性质——可泵性。可泵性是一项综合指标。可泵性良好的混凝土拌合物，在泵阀的推动下，克服水泥浆体与管壁(包括弯管、接头等局部阻力区)之间的磨擦力，向前(上)流动。这就要求泵送混凝土的原材料配合组成，除了满足其一般要求外，还要具备有较高的流动性；在足够的停放和运输过程中经时坝落度损失小；在泵送过程中拌合物不离析、不泌水，有较好的粘聚性；有比较多的水泥沙浆含量，以减少磨擦力。况且，大坪山隧道二次衬砌要求混凝土抗渗强度≥0．8MPa，因此还应具备较好的防水性能。针对以上特点，我们着重从原材料选择，材料配合组成两方面加以控制。
1 原材料选择
泵送混凝土对原材料的要求比较严格。除了应具备普通混凝土的品质要求外，在种类、规格上还有一些特殊的要求，以保证拌合物本身的和易性、粘聚性。
(1)水泥的品种和强度等级。
保证混凝土具有可泵性，很重要的一点是保证混凝土拌合物必须有一定的保水性。不同品种的水泥对保水性的影响不尽相同。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥保水性较矿渣水泥好，可以优先考虑。水泥强度等级即应根据混凝土的设计强度等级决定。大坪山隧道二次数衬砌混凝土设计强度等级为C25、P8，因此选择P.032．5R水泥。
(2)粗骨料的种类粒径、颗粒级配。
为了保证粗骨料在水泥浆体中保持均匀分布状态，便于拌合物流动，粗骨料必须满足以下几项技术条件：山良好的连续级配。粗骨料的颗粒级配有连续级配和中断级配两种。泵送混凝土大多采用前者。强调采用连续级配，在于控制集料的空隙率。级配良好，空隙率小，所需水泥沙浆也少，便于泵送，经济上也合理。反之，泵送困难，成本也高。②粗骨料的最大粒径不大于混凝土输送管
径的1J／3。这是因为泵送的时候，如果输送管内有3个大颗粒骨料并排在一块容易造成堵塞。必须注意，最大粒径的选择还与输送距离或输送高度有关，也与混凝土设计强度、泵车的实际运输能力有关，因此应尽量选用较小值。③吸水率愈小愈好。粗骨料的表面质地也将影响泵送效果。质地疏松，吸水率偏大，致使拌合物粗糙干涩，难以泵送，一般可以使用碎石或卵石。考虑到以上因素，我们选择由该隧道开挖的坚硬状弃碴、经加工筛选的碎石，其最大粒径40mm以下，保证符合5—40mm连续级配曲线范围，同时尽量剔除针、片状颗粒。
(3)细集料的品质。
细集料比粗集料更会影响混凝土的泵送性能。细集料除了作为粗集料空隙中的填充料使混凝土进一步密集外，还与水泥、水一起形成水泥砂浆，起着粘聚及润滑的作用。细集料的选择，通过0．315mm筛孔颗粒含量大为重要。理想的级配应尽可能地采用中砂，0．315mm筛孔通过量不小于15％，0．16mm筛子L通过量8％—20％。粗砂因细粉料含量不足而导致混凝土密实性差，并易使拌合物泌水。而细砂中细粉料过多，需要更多的水泥净浆包裹，因而增加水泥剂量和水量，问时也会使、／昆凝土强度降低，收缩增加等弊端。还有过量的细粉料将会造成拌合物过于粘稠，加大与管壁之间的磨擦，增加泵送难度。通过验证，泉州金鸡溪河沙洁净、质硬、杂质少，大多属于中沙范围，且级配较好。其中通过0．315mm筛孔颗粒含量在15％—20％左右，通过0．16mm筛孔颗粒含量大约在8％—10％，
足比较理想的泵送混凝土细集料。
(4)外加剂及外掺料。
泵送混凝土的最大特点是混凝土的高流动性，也即要有较大的坍落度。我国泵送混凝土的坍落度一般控制在8—18cm。如果加大用水量提高坍落度，那么水灰大，势必造成混凝土强度大幅度降低，并使混凝土耐久性特别是抗渗能力大为减弱。因此，使用合适的外加剂种类尤为重要。从某种意义上讲，只有外加剂的应用，才能使混凝土的泵送成为可能，外加剂的种类较多，较为常用的是泵送剂和复合型高效减水剂。不管使用哪一种，为主应能满足以下要求：改善拌合物和易性和流动度，减少泵送时的磨擦阻力，引入少量微气泡，对水泥有较好的分散作用；在常规用水量情况下，能显著提高混凝土的坍落度，兼有适宜的缓凝效果；混凝土坍落度经时损失尽可能小；不易使拌合物在运输灌筑过程中离析、泌水；不降低混凝土各龄期强度值。通过几个品种的比较，最后选择福建省
建筑科学研究院生产的TW—4型高效缓凝减水剂。该外加剂是一种表面活性剂，它可以使水泥颗粒分散，从而将颗粒间多余的水释放出来，达到减水的目的。它又可以影响水泥的水化速度，促使水泥晶体生长更完善，网络结构更紧密，从而提高强度。TW—4型减水剂减水率达20％左右，在相同用水量条件下，坍落度可增加10—12cm，并延缓凝结时间6h，各龄期强度均有提高。
配制泵送混凝土时可以掺入一定数量的粉煤灰，以提高混凝土的流动性，降低坍落度损失和水化热，节省水泥用量，使泵送7昆凝土的技术性能和经济效益得到进一步发挥。粉煤灰品质应符合国家标准，其活性指标、细度、杂质等均应符合有关规定。
2 配合比确定
泵送混凝土的配合比设计，总的要求是，根据泵送混凝土的特点、原材料的性能、工程特征诸因素，通过理论计量及试配确定。强制性国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》规定：泵送混凝土配合比，沙率宜控制在40％—50％，最小水泥量宜为300kg／m：，混凝土的坍落度为80—180mm，混凝土内宜掺加适量的外加剂。这也可以看出，水从比和水泥用量拌制，沙率、外加剂掺量是设计中优先确定的参数。
(1)水灰比及水泥用量确定。
混凝土泵送运输中，磨擦阻力的大小与水灰比值息息相关。水灰比偏大或水泥用量偏小，混凝土保水性差，压力之下易于离析泌水，增加与管道的磨擦阻力，使强度降低；水灰比偏小或水泥用量过多，混凝土拌合物过于粘稠，也会增加磨擦阻力。试配证明，水灰比宜在0．45—0．60之间，水泥用量宜在300—450kg/m3之间。具体取值应根据实际试配后确定。
(2)沙率合理值。
沙率决定细骨料的数量。细骨料是提供孔径0．315mm以下微料的主要来源。通常泵送混凝土的用沙量应当高出普通硷5％左右。输送管并非平直如一，除直管外，还有其它异型管。当拌合物经过弯截面或变方向管路时，改变了运动状态骨料颗粒的相对位置也会发牛变化，这个时候，如果沙浆量不足，极易造成堵塞现象。但过大的沙率也是不可取的，它会使水泥用量和用水量增加，同时又会导致硬化后混凝土的质量病害。因此，应避免套用现成的公式表格，要通过拌制多组不同沙率的拌合物，测定其坍落度，检验其粘聚性和保水性，以尽量减少单位用水量为原则，综合确定出沙率的合理值。这个合理值应能保证粗沙率在2．75％左右，0．3mm以下颗粒至少达15％以上。
(3)外加剂与外掺料的掺量。
泵送混凝土的用水量，应持平或略大于普通混凝土。其坍落度的指标，应该靠掺加减水型塑化剂来提高。外加剂的选择包括品种选择和最佳掺量选择，均应通过室内对比试验确定。品种选择关键看对水泥品种的适应性，最佳掺量选择应综合比较强度、凝结时间、减水效果，成本费用等因素后确定。外掺料通常使用磨细粉煤灰。粉煤灰掺量也应通过试验确定，一般为水泥用量的10％—15％。粉煤灰的掺入，既可改善可泵性，又可节约水泥，正在被广泛推广应用。
遵循以上原则，并根据大坪山隧道泵送混凝土的特点、要求以及原材料品质，通过室内试验后，确定出配合比。

摘   要：国道107郑州市金水路立交桥和郑汴路立交桥的上部结构分别为18.34＋5×24＋4×30＋5×24＋18.34、18.34＋5×24＋5×30＋5×24＋18.34预应力连续箱梁组成，箱梁混凝土标号为50号。由于107国道郑州段地处国家南北东西大动脉的中心地段，因此省交通厅要求保质保量提前完成施工任务，按有关要求计算每6～7天要求浇注两孔(对称)箱梁，这样混凝土早期3天强度最少要达到45Mpa。由于施工期间不能阻断交通，故金水路和郑汴路立交桥施工需要采用泵送混凝土施工方法。这样配制早强高标号的泵送混凝土在我局施工史上又一次成为必然。   
    关键词：泵送混凝土 现场施工  
    配制高标号泵送混凝土在我局东明黄河公路大桥箱梁施工中已有初步应用，与上次所不同的是这次要求早期强度高，靠原有的经验和资料是不能满足要求的，需要在原有的基础上进一步摸索、实践、总结和提高，在实践中我们主要做了以下几个方面工作：   
    1、正确选材和试验   
    1.1 水泥   
    根据项目组材料处提供的各厂家水泥情况，对有供货能力的各主要厂家的525号普遍硅酸盐水泥进行了反复的物理力学性能试验。结果见表1。并将用水量和凝结时间接近的水泥分别进行了试配，选定合适的配合比后，用坍落度进行控制。  
    1.2  砂石料   
    根据项目组材料处调查结果，禹县产大砂的0.315mm粒径以下细骨料的比例为8～12％，比较适合泵送，且含泥量小于1％，质量比较稳定。   
    根据钢筋布设情况、箱梁断面尺寸情况和泵管的直径以及泵送高度等，碎石统一采用密县产10～25mm规格的碎石，该碎石的特点为中粗粒径偏多，石质为花岗岩。   
    目前我省地方材料质量和规格不很稳定，在实际生产中有一定的变化，经常会遇到规格超出标准的情况，为保证混凝土的质量及泵送的顺利进行，我们采取了质量岗位责任制，努力提高管理水平和业务技术水平，最大限度地减少人为误差因素。   
    1.3 外加剂   
    针对箱梁施工的具体情况，高标号泵送混凝土单位体积的水泥用量较大，含砂率要求高，粗骨料含量相对较少，因此在施工中产生反应热较大，混凝土温度较高，终凝混凝土的收缩徐变大，极易产生裂缝。为提高混凝土的和易性，减少其终凝后的收缩徐变，进而消除裂缝的产生，决定采用添加外加剂的办法   
    经过对比，从我局以往用的外加剂中选用性能好、质量优的FDN-5型减水剂及木质磺酸钙作为这次选用的对象，经多次试验，采用山东莱芜生产的FDN-5型减水剂，掺量比例为1.0％，木质磺酸钙掺量为0.2％时效果最好，能明显提高混凝土的和易性，能满足泵送、早强、高标号的综合施工需要。   
    注意加入外加剂后应适当延长拌和时间，确保搅拌均匀。  
    2、确定坍落度   
    我们以往泵送混凝土的施工经验表明，坍落度在90～130mm的情况下均可顺利进行泵送施工。但在实际施工中应充分考虑坍落度的损失，输送距离、输送高度、时间、骨料级配差异等因素，因此配制坍落度按100～180mm控制。   
    3、确定配合比   
    根据施工要求，用3天强度和坍落度为评定标准，简单采用正交设计试配。从影响混凝土配合比的4个因素即每立方米水泥用量、水灰比、含砂率和外加剂入手，每个要素各选3个标准，如(表2)-箱梁50号泵送混凝土各因素标准，并分别进行了试配，见(表3)-50号泵送混凝土试配表。  
    对表3：《50号泵送混凝土试配表》进行了全面分析，能满足箱梁泵送混凝土施工要求的最佳组合为编号“2.1”组，即水泥用量为510kg、水灰比0.33、砂率40％、外加剂1.2％。所以，这次泵送混凝土施工要求的最佳组合即为编号“2.1”组。  　 
    4、混凝土配合比的修正   
    为了缩小室内试验与现场质量控制上的差异，并考虑施工现场材料吸水性、含水量有所不同，为提高最优配合比的准确性、可靠性，我们又进一步对施工现场的材料做了多组重复试验。   
    从重复试验结果看，用施工现场实际使用材料做出的混凝土强度比施工要求的强度R3-45 Mpa略低，坍落度值略高，考虑到夏季施工天气影响大以及工地与试验室质量控制的误差，经现场技术人员共同研究决定把水灰比降到0.32，水泥用量提高到520kg，且考虑到夏季施工的特点另配一组加木质磺酸钙的配合比，经再次试验，即能满足要求且结果比较稳定。最终确定的配合比见表4-最后理论配合比表。   
    5、结束语   
    上述配合比经施工实践检验，效果良好，混凝土3天抗压强度达45Mpa以上，为施工赢得了时间。高标号泵送混凝土在施工中应用的不是很普遍，在施工配制后实际施工中可借鉴的经验不是很多，这就要求我们在实际工作中要因时、因地、因材而宜，尊重科学，实事求是地试验探索，逐步使高标号泵送混凝土的配制技术和施工为大家所掌握。（成宣方）来源:考试大-结构工程师考试