摘　要:配合比設計須分別從準備工作、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)濟效益等幾個方面進行詳細分析,文章主要對高強混凝土、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計施工中的若干問題進行了分析探討。

關鍵詞:高強混凝土;噴射混凝土;配合比

中圖分類號:U414. 18 ; TU528. 31 ; TV544. 92 　　　文獻標識碼:A 　　　文章編號:167325781 (2007) 0120088203

1 　高強混凝土

　　強度等級為C60 及其以上的混凝土被稱為高強混凝土。它是用優(yōu)質(zhì)集料,標號不低于52. 5 級的水泥,較低的水灰比,在強烈振動密實作用下制取的。決定混凝土強度的主要因素有: ①集料具有堅強的抗壓能力,與水泥膠結性能良好,因此要采用優(yōu)質(zhì)集料和富水泥用量。② 膠結材料本身活性要高,硬化后形成的水泥石密實堅強,膠空比大,因此要采用高標號水泥,并強烈振搗密實。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。高強混凝土本身的容重可能較大,但用于結構物后,可以顯著地減少斷面尺寸,從而減輕結構自重、節(jié)約各種原材料。所以,單一從結構整體考慮,高強與輕質(zhì)是一致的。高強混凝土配合比核心在于對混凝土的流動性和凝結時間的把握。

1. 1 　原材料的選擇與應用

　　(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料、儲存、計量應實行全方位監(jiān)控。

　　(2) 配制C60 等級高強混凝土,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行優(yōu)選。除有較好的性能指標外,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)部形成細微的毛細孔。為確?；炷翉姸?必須采取措施將毛細孔填滿,以增加混凝土的密實性。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活性顆粒。使其在水泥漿微細空隙中水化,減少和填充毛細孔,達到增強和增密作用。

　　(4) 高強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,但高性能復合型外加劑國內(nèi)尚不多見,故應作對比試驗后確定。

1. 2 　混凝土配合比方案的優(yōu)選

　　(1) 高強混凝土正式生產(chǎn)時應進行試配,選定不同的配比和投料順序,施行優(yōu)選方案。

　　(2) 試配必須嚴格模擬實際生產(chǎn)條件,在原材料有變動時應再次試配。

　　(3) 攪拌必須均勻,采用強制式攪拌機,較普通混凝土延長50 %攪拌時間。

1. 3 　施工時質(zhì)量控制

　　在試驗室配置符合要求的高強混凝土比較容易,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)[1～3 ] 。

　　(1) 嚴格水灰比控制:骨料的含水量應在用水量中扣除,每天需測定骨料含水量,每次配料時應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行技術交底,完善各項記錄文件。

2 　水下混凝土

　　水下混凝土是直接澆筑于水下結構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)、混凝土凝結硬化后的強度有一定要求。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強度。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,設計高標號的水下混凝土是不明智的,設計強度應在C25 以內(nèi)。確定混凝土配合比設計時,應符合節(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,使用礦渣水泥時應采取防離析措施。水泥的初凝時間不宜少于2. 5 h ,水泥的強度等級不宜低于42. 5 級。

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

　　(3) 細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計

　　(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 。有試驗依據(jù)時含砂率和水灰比可酌情增大或減小。

　　(2) 灌注時應保持足夠的流動性,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有良好的和易性,在灌注過程中應無顯著離析、泌水現(xiàn)象。

3 　摻粉煤灰混凝土

　　粉煤灰混凝土施工技術,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計不適當?shù)木壒省＝陙?粉煤灰混凝土配合比設計中有一個共同特點,就是要求粉煤灰混凝土與基準混凝土的和易性等同,要求28 d 齡期強度相當,即所配制等強度和等稠度的粉煤灰混凝土。這是因為只有粉煤灰混凝土性能不低于基準混凝土,才能引起工程技術人員的廣泛接納。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[ 4 ,5 ] 。

3. 1 　粉煤灰的選用原則

　　粉煤灰混凝土配合比設計的主要目的是確定一個經(jīng)濟的混合材料最佳組合。與基準混凝土配合比設計方法相比,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混凝土水泥用量的35 % , 且粉煤灰取代水泥率不宜超過20 %。預應力鋼筋混凝土中,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加以確定。復合使用時,外加劑宜采用后摻法。

3. 2 　混凝土配合比方案的設計

　　粉煤灰普通混凝土的配合比設計以基準配合比為基礎,按等稠度、等強度等級為原則,用超量取代法進行調(diào)整。超量取代法是粉煤灰占配合比設計的一種方法,即為達到粉煤灰混凝土與基準混凝土等強度的目的,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確定試配強度Ryp :根據(jù)混凝土設計強度Ry ,按Ryp = Ry + 1. 645σ計算試配強度;其中σ為混凝土強度標準差。②按表1 選擇粉煤灰取代水泥百分率βc 值;按βc 計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 計算每立方米混凝土的粉煤灰摻量F =δc ·( CO - C) 。④計算每立方米粉煤灰普通混凝土中水泥、粉煤灰和細集料的絕對體積,求出粉煤灰超出水泥的體積。⑤按粉煤灰超出的體積,扣除同體積的細集料用量。⑥ 粉煤灰混凝土的用水量,按基準配合比的用水量選取。⑦根據(jù)計算的粉煤灰混凝土配合比,通過試配,在保證設計所需和易性的基礎上,進行配合比的調(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度高、粘結力強和抗?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、搗固等工序結合在一起。由于噴射混凝土與周圍巖土緊密結合并共同工作,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)。在選擇細集料方面,應該結合配合比確定砂率。砂粒粗時,砂率可以偏大;砂粒細時,砂率應當偏低。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 　配合比設計

　　(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), 當用42. 5 級水泥時, B = 1 ; 當用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. 45 Sp + 0. 247 5

　　(5) 按體積法計算出砂石用量。

5 　結束語

　　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計,要保證混凝土強度、耐久性、施工工藝易于操作,選用合適材料及材料用量,對設計結果進行試配、調(diào)整,使之達到工程要求,設法降低成本。

〔參考文獻〕

　　[1] 　李立權. 混凝土配合比設計手冊[M] . 廣州:華南理工大學出版社,2002.

　　[2] 　中國建筑科學研究院. 普通混凝土配合比設計規(guī)程[M] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

　　[3] 　徐培華,王安玲. 公路工程混合料配合比設計與試驗技術手冊[M] . 北京:人民交通出版社,2001.

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