某烏江特大橋c高強泵送混凝土配合比設(shè)計與工藝控制

PAGExxxx特大橋C60高強泵送混凝土配合比設(shè)計與工藝控制1工程概況xxxx高速公路XX合同段為單體特大橋項目，是整個xx高速公路的關(guān)鍵控制性工程之一，主橋為橫跨xx的（113+200+113）m預應力砼連續(xù)剛構(gòu)橋，分雙幅修建，主梁為單箱單室截面，采用C60混凝土，設(shè)計方量共計17418.2m3。墩位所處地形起伏較大，地勢險要，施工難度大，橋高為138m。1.1工程背景高強混凝土是指混凝土強度等級不低于C60的混凝土，它是用優(yōu)質(zhì)集料、強度等級高的水泥、降低水灰比及在強烈振動密實作用下制取的。決定混凝土強度高的主要因素有：一是集料抗壓強度高，與水泥膠結(jié)性好；二是采用高強水泥，活性高，硬化后的水泥石密實度高，膠空比大，并振搗密實；三是混凝土混合物的水灰比小，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。但隨著時代的發(fā)展，干硬性的砼遠不能適應現(xiàn)代工程高速發(fā)展的需要，因此高強混凝土的流態(tài)化是目前混凝土科學發(fā)展的方向。目前國內(nèi)外制取高強大流動性混凝土主要有四種途徑，即改進膠結(jié)材料、改進硬化體、利用增強材料及復合結(jié)構(gòu)。由于混凝土的強度來自水泥漿的強度、水泥漿與骨料的界面粘結(jié)強度、骨料的顆粒強度，因此，在研究采用普通材料與常規(guī)工藝配制C60高強混凝土時，應從以下幾個方面入手：1）選擇優(yōu)良品種的水泥。2）選擇優(yōu)良的粗細集料。3）摻加外摻劑，常用活性混合材料有粉煤灰、沸石粉以及硅灰等。4）優(yōu)化混凝土配合比，主要控制三方面：水灰比、砂率、外摻劑組合優(yōu)化。5）高效減水劑。2C60配合比設(shè)計2.1原材料選用原材料表1材料名稱產(chǎn)地規(guī)格型號實測指標水泥xx南川嘉南水水泥廠P．O52.5R見表2河砂xx中粗砂II區(qū)見表5彭水xx砂中砂碎石xx武隆縣龍興興江5—25mm連連續(xù)級配見表3外加劑xx旭鴻高新建建材科技有有限公司XH型見表7水彭水xx水合格(外委)，見表10微硅粉xx“利天”LT微硅粉合格(外委)見表8纖維xx“傲峰”19mm聚丙烯烯網(wǎng)狀纖維維合格(外委)見表9水泥各項物理力學性能標準試驗結(jié)果表2品牌名稱強度等級細度（%）標準稠度%安定性凝結(jié)時間(miin)抗折強度(Mppa)抗壓強度(Mppa)初凝終凝3d28d3d28d南川嘉南P.OO52.55R1.627.6合格2102956.07.832.157.7粗集料物理力學性能技術(shù)指標表3最大粒徑mm表觀密度g/ccm3堆積密度g/ccm3振實密度g/ccm3空隙率%針片狀含量%壓碎值%含泥量%堿活性試驗%%母材抗壓強度((Mpa))252.6711.5701.665391.48.10.40.0097117.8粗集料顆粒級配表4篩孔尺寸mm26.519.016.09.54.752.36累計篩余%3.621.952.180.198.399.2細集料物理力學性能指標表5類別表觀密度堆積密度振實密度空隙率含泥量細度模數(shù)岳陽中砂2.5941.451.63430.32.84xx中砂2.6671.451.61431.62.76細集料顆粒極配表6篩孔尺寸mm9.54.752.361.180.60.30.15累計篩余%05.313.531.560.288.398.1外加劑主要指標試驗結(jié)果表7試驗項目標準指標檢驗結(jié)果單項評定一等品合格品減水率%≥12≥1024一等品泌水率%≤100≤10021一等品凝結(jié)時間差（mmim）初凝＞+90min——165min一等品終凝————155min一等品抗壓強度比3d≥125≥120142一等品7d≥125≥115138一等品28d≥120≥110131一等品收縮率比%≤135≤13599一等品總堿量——15.26合格CL--含量——0.25合格對鋼筋的銹蝕作作用無無合格微纖維品質(zhì)檢驗報告結(jié)果表8直徑mm長度mm抗酸性拉伸強度度Mpa抗堿性拉伸強度度Mpa抗拉強度Mpaa斷裂伸長率%彈性模量Mpaa合格指標0.03～0..0510～25≥490≥490≥5005～25≥3500實測0.04219519524580186670微硅粉品質(zhì)檢驗報告結(jié)果表9檢測項目標準指標結(jié)果結(jié)論SiO2含量%≥8592合格燒失量%≤61.5合格水品質(zhì)檢驗報告結(jié)果表10名稱類別PH值不溶物mg/ll可溶物mg/llCl-SO42-合格指標＞4＜2000＜2000＜500＜600xx水6155164.05.239.32.2設(shè)計參數(shù)：1)采用中砂，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求砂率取38.5%。2)混凝土拌和采用重量法，假設(shè)該混凝土每立方米重量為：2450kg。2.3計算過程：（以推薦配合比為例）1)配制強度fcu.o≥1.15fcu.k=69.0MPa2)水灰比計算計算水灰比因采用的水泥28天抗壓強度實測值fce暫時沒有資料，水泥強度等級值的富余系數(shù)按偏安全取1.0，γc=1.0×52.5=52.5MPa。W/C=0.46×52.5×1.0/（69.0+0.46×0.07×52.5×1.0）=0.343)用水量確定通過公式mwo=10/3(T+K)計算求得流動性砼用水量計算式的集料常數(shù)表11系數(shù)集料最大粒徑mmm10204080K碎石57.553.048.544.0卵石54.550.045.541.0由表中數(shù)據(jù)內(nèi)插25mm碎石得K=51.9而T=18cm用水量mwo=10/3（T+K）=233×(1－24%)=177kg/m3實際取用水量175kg/m34)水泥用量為mco=175/0.37=473實際取470kg/m35)每立方米混凝土材料用量（kg）配合比結(jié)果表12強度等級水灰比每立方米混凝土土實際用量量kg水泥碎石砂水微硅粉纖維外加劑砂率%C600.374701085680175400.96.1238.5理論配合比12.311.4470.3720.0850.00190.013拌和物物理性能及強度檢驗結(jié)果表13強度等級平均養(yǎng)護溫度水膠比坍落度棍度粘聚性保水性強度3d7d28dC60200.34190中良好良好54.368.676.82.4配合比優(yōu)化設(shè)計2.4.1最優(yōu)方法、外摻料及重要指標的確定一摻法、二摻法、三摻法試配優(yōu)選表14組數(shù)編號類別水膠比坍落度mm水泥kg微硅粉kg礦渣kg砂率%強度MPa3d7d28d11-1xx砂0.31205520——503553.860.571.31-2210————65.21-3岳陽砂23052.161.770.81-4235————72.922-1xx砂0.33210530————3652.161.770.82-2220——60.969.42-3岳陽砂20553.562.873.12-4210————70.733-1xx砂0.3221548030503448.560.371.43-220559.464.83-3岳陽砂21051.863.574.83-4205————71.044-1xx砂0.3320552030——3551.461.071.94-2195————71.64-3岳陽砂20051.161.372.44-4210————77.01)采用三摻法，即水泥外摻高效減水劑、微硅粉和纖維。通過大量試驗試配證明：采用一摻法水泥用量高、拌和料易板結(jié)、強度起伏大、不宜保證；二摻法后期強度高，但不適宜本橋，不能滿足4天預應力張拉強度要求；使用三摻法較為理想。既降低了水泥用量，又能保證混凝土早期和后期強度和工作性（和易性、流動性、保水性、泌水性）等要求，同時也避免砼板結(jié)、泌水以及泵送等諸多因素。2)添加微硅粉粉煤灰早期強度低，而硅粉由于顆粒微小，能夠?qū)Π韬臀镏械淖杂伤a(chǎn)生吸附作用，有效改善拌和物工藝性能。摻加微硅粉增加了混凝土和易性、流動性，利于高墩泵送。硅粉具有微粒效應，在較短時間內(nèi)即能發(fā)生全面水化反應，從而促進混凝土早期強度較快增長，并提高混凝土彈性模量，從而縮短主橋懸澆階段的施工周期，加快工程進度。3)添加聚丙烯纖維限制早期（塑性期和硬化初期）混凝土由于離析、泌水、收縮等因素形成的原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展；減小原生裂隙的數(shù)量和尺度，顯著改善混凝土的性能，提高混凝土的耐久性。有效的控制混凝土及水泥砂漿早期的塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，有效阻礙骨料的離析，提高混凝土工程質(zhì)量。4)采用湖南岳陽洞庭湖河砂通過試驗證明，采用xx砂配制的C60砼工作性能和強度能滿足實際施工需要。但相對而言，xx砂含泥量略偏高、需水率偏高；而湖南岳陽砂硬度高、含泥量小、輕物質(zhì)含量少、需水量小。再者，岳陽砂的各項物理性能指標較穩(wěn)定；砂率對混凝土強度、工作性不是很敏感，砂率選擇的范圍較大，試配表明砂率在32%～39%都能滿足要求。5）緩凝時間的確定考慮到xx天氣夏季氣溫偏高、工地現(xiàn)場施工情況等諸多因素，宜使用緩凝高效減水劑，緩凝時間由結(jié)構(gòu)砼方量及季節(jié)變化而定。2.5采用正交試驗優(yōu)化三摻法配合比2.5.1考核指標確定影響混凝土配合比的主要因素：水灰比（A）、水泥用量（B）、外加劑摻量（C）、硅灰摻量（D）、纖維摻量（E）、將C60混凝土拌和物工作性指標（坍落度、擴展度）與混凝土的抗壓強度（3d、7d、28d）作為正交試驗考核指標2.5.2影響因素和各因素水平確定以水膠比（A）、水泥（B）、硅灰（C）、高效減水劑（D）和纖維（E）作為影響因素。1)水膠比直接影響混凝土的和易性與強度；實踐證明灰水比與混凝土強度呈線形關(guān)系，灰水比越大則強度越高，反之則越低。水膠比取0.32、0.34和0.362)水泥用量在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，盡量降低水泥用量，減小水化熱，有效控制箱梁早期裂縫的產(chǎn)生，綜上所述，水泥用量取450kg、470kg和490kg三個水平。3)硅灰摻量：硅灰的摻入將極大的改善混凝土和易性，提高早期、后期強度，保證箱梁4d張拉；對降低水灰比，減少水泥用量貢獻非常大?？紤]混凝土的經(jīng)濟性分別取30kg、40kg和50kg三個水平。4)高效減水劑：隨著高效減水劑的摻量增加，混凝土拌和物流動性增大，坍落度損失降低，但宜出現(xiàn)泌水和離析現(xiàn)象。綜上所述，采用1.0%、1.2%和1.4%三個水平。5)纖維摻量：纖維摻入較多對混凝土的早期裂縫，混凝土拌和物泌水、離析有較好的效果，但成本太高。通過試驗取用0.9kg、1.0kg和1.1kg三個水平。2.5.3正交試驗設(shè)計方案按表17的正交試驗設(shè)計方案，分別進行9種組合材料單位用量計算和試配試驗，測定各種配合比的坍落度和標準齡期抗壓強度，分別確定最優(yōu)配合比參數(shù)。C60配合比正交設(shè)計方及結(jié)果分析表15編號因素坍落度mm擴展度mm強度（MPa）水膠比（A）水泥用量（B）kg外加劑摻量%（C）硅灰摻量%（DD）纖維摻量%（EE）3d7d28d1（1）0.32（1）450（1）1.0（1）30（1）0.919549051.461.071.92（1）0.32（2）470（2）1.2（2）40（2）1.020551053.867.975.23（1）0.32（3）490（3）1.4（3）50（3）1.121052054.163.372.24（2）0.34（1）450（1）1.0（1）30（3）1.120053051.161.371.25（2）0.34（2）470（2）1.2（2）40（1）0.919050054.368.676.86（2）0.34（3）490（3）1.4（3）50（2）1.020551054.163.372.27（3）0.36（1）450（1）1.0（1）30（2）1.021050548.561.770.88（3）0.36（2）470（2）1.2（2）40（1）0.921252055.063.573..99(3）0.36（3）490（3）1.4（3）50（3）1.120051553.562.877.0混凝土配合比的推薦是混凝土評定指標，其主要評定指標是坍落度和強度等。根據(jù)正交試驗結(jié)果，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定最優(yōu)配合比參數(shù)，其對應的組成材料的單位用量比例為N5對應的配合比，即推薦配合比。并對推薦配合比加以推薦，驗證配合比的結(jié)果見表16混凝土推薦配合比驗證試驗結(jié)果表16材料名稱產(chǎn)地規(guī)格型號配合比單位用量kg//m3水泥xx南川嘉南水水泥有限公公司P.O52.55R1.00470碎石xx武隆縣龍興興江5—25mm連續(xù)級配2.311085河砂湖南岳陽洞庭湖湖中粗砂II區(qū)1.447680水彭水xx水0.372175微硅粉四川宜賓利天建建材廠“利天”LT微硅粉0.08540纖維山東泰安現(xiàn)代化化學建材有有限責任公公司“傲峰”19mm聚丙烯烯網(wǎng)狀纖維維0.00190.9外加劑xx旭鴻建材科技公司XH型0.0136.12坍落度mm195試配強度MPaa69.9實測強度MPaa7d62.728d75.028d74.6彈性模量3d3.65×10047d4.09×100428d4.83×1004結(jié)論原材料符合驗證證要求，拌拌和物各項項性能指標標滿足試配要求，28d強度、彈彈性模量滿滿足要求。2.6配合比質(zhì)量控制在整個施工期內(nèi)，碎石、砂的供應受市場需求、料源等影響，質(zhì)量經(jīng)常變動。水泥實際強度基本穩(wěn)定，但水泥溫度也發(fā)生過很高的情況。這些問題，給配合比管理提出了更高的要求。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)。在實際施工過程中，從以下方面加強了管理：1）堅持配合比調(diào)整由試驗室專人專管、實施試驗室主任嚴格把關(guān),項目總工批準的原則。2）嚴格控制水灰比：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；探測砼拌和物溫度，必要時測定砼水化熱，控制溫升，延長和保證工作時間；3）材料部門將原材料供應的變化、波動及時通知試驗室，試驗室根據(jù)材料進場抽檢結(jié)果，適時調(diào)整。4）由試驗室將配合比調(diào)整的原因、方法、注意事項給各部門交底，并與監(jiān)理工程師溝通。所有參與操作人員進行技術(shù)交底，完善各項記錄文件。5）定期檢定混凝土攪拌機的計量系統(tǒng)。6）合理安排工藝和工序，計算各階段所需時間，合理縮短砼從攪拌到澆搗完畢的時間，澆筑混凝土過程中，試驗人員全過程監(jiān)控。2.7C60混凝土強度評定將混凝土的28天試塊強度按《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》JTGF80/1-2004中附錄D數(shù)理統(tǒng)計評定要求進行評定，以同批混凝土一個季度內(nèi)為例進行如下評定，結(jié)果滿足設(shè)計和規(guī)范要求。C600混凝土試試塊強度匯匯總統(tǒng)計表表表17組數(shù)n=180數(shù)據(jù)分析滿足條件結(jié)論系數(shù)K1=1.600K2==0.855Rn-K1Snn=61..7MPPa61.7=Rnn-K1SSn≥0.9RR=5461=Rminn≥K2R==51評定合格Rmin=611MPaaRn=67.55MPaa0.9R=544MPaaSn=3.60.85R=551MPPa3效益分析3.1經(jīng)濟效益1)利用工地試驗室資源進行C60砼的各組正交混凝土強度等級試驗結(jié)果對比及最佳配合比的確認，有效地縮短試驗時間，加快施工進度，大大地節(jié)省了外委試驗費用，也為項目C60砼施工積累了經(jīng)驗。2)經(jīng)試配后的C60混凝土設(shè)計改變了原設(shè)計內(nèi)容，已轉(zhuǎn)換為設(shè)計變更，C60砼合同單價為972元/m3，而業(yè)主已給定C60砼的變更單價為1482元/m3，全橋C60砼方量為17418.2m3，可增加利潤700萬元左右。3）由于增加了微硅粉和網(wǎng)狀聚丙烯纖維，箱梁未出現(xiàn)砼裂縫，大大減少了大橋的后期養(yǎng)護費用。4）箱梁設(shè)計張拉強度為C60砼設(shè)計強度的85%（即51Mpa），張拉齡期不少于4天，由于三摻法的C60砼強度達到51Mpa一般需要4天，而普通C60砼需要5天，則每施工一個箱梁節(jié)段能節(jié)省工期1天，全橋共計節(jié)省30天的工期，節(jié)省項目管理開支45萬元左右。3.2質(zhì)量效益1)滿足混凝土強度要求，有效地控制混凝土及水泥砂漿早期的塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，防止混凝土開裂，減少工程維護費用，保證了箱梁施工質(zhì)量。2)砼性能滿足實際施工要求，即能滿足長距離、垂直高度大的泵送要求。3)通過反復研究、綜合