隧道二次襯砌混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計

隧道二次襯砌混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計摘要：介紹了采用粉煤灰和高效減水劑，同時運用正交試驗設(shè)計方法，并利用正交試驗結(jié)果，采用綜合平衡法分析水泥混凝土各組成材料用量對混凝土各項指標的影響。分析了摻粉煤灰和高效減水劑的大流動度泵送砼的社會效益和經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：大流動度泵送砼，粉煤灰，正交試驗設(shè)計大流動度砼以其優(yōu)越的流動性和良好的和易性，被廣泛的用于泵送施工，在泉州晉石高速隧道二次襯砌中應(yīng)用大流動度防水砼，最初設(shè)計的防水砼配合比為：水泥325kg、水178kg、砂767kg、石1059kg、粉煤灰71kg、外加劑7.92kg（萘系）。由于材料消耗量大，從而造成施工成本上升，減少企業(yè)利潤空間。經(jīng)過研究，決定采用摻粉煤灰和高效減水劑（聚羧酸）的技術(shù)對混凝土配合比進行優(yōu)化設(shè)計。1原材料選用和技術(shù)性能1） 粉煤灰：廈門華金龍建材有限公司F類II級粉煤灰。2） 水泥：選用漳平紅獅水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。3） 粗集料：選用當?shù)厝A表山隧道洞渣加工的4.75?31.5mm合成級配碎石。經(jīng)計算，摻配比例為16?31.5mm占30%、9.5?16mm占60%、4.75?9.5mm占10%，其中針片狀含量5.9%、含泥量0.8%、壓碎值10.8%。4） 細集料：選用華山砂場天然河砂。細度模數(shù)2.68，中砂，II區(qū)級配。含泥量1.6%。5） 外加劑：為提高混凝土和易性.提高密實度和早期強度，選用湖北強達有限公司生產(chǎn)的QD高效減水劑，減水率〉2%。2試驗方案影響混凝土性能的因素較多，如混凝土的水膠比、粉煤灰摻率、水泥用量、粗集料的最大粒徑、砂率、以及混凝土攪拌工藝和澆筑方法等。2.1因素與水平表大流動度防水混凝土配合比設(shè)計應(yīng)滿足設(shè)計要求的抗壓強度和施工要求的均勻性、和易性及抗?jié)B等級。根據(jù)工程的要求和材料現(xiàn)狀.經(jīng)過初步分析計算，選擇粉煤灰摻率、砂率及水膠比三項內(nèi)容作為正交設(shè)計試驗的影響因素.每個因素各制定3個水平.見表1表1正交試驗的因素與水平表2.2正交試驗設(shè)計表根據(jù)表1,選擇L9（34）正交試驗設(shè)計表進行試驗。本試驗中其他參數(shù)情況：高效減水劑摻量0.9%；單位用水量Wo根據(jù)JGJ/55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》取211kg/m?，考慮減水劑的減水率，經(jīng)試驗確定=156kg/m3（用水量是決定施工和易性的關(guān)鍵）。3試驗方法混凝土配合比設(shè)計按JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、GBJ146-90《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、JGJ/T10-95《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》、混凝土力學(xué)性能及拌合物性能按JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》試驗方法標準。4試驗結(jié)果及分析試驗采用SJD-60單臥軸強制式混凝土攪拌機，按規(guī)定精度進行稱量。先將碎石、砂摻拌均勻，再加入粉煤灰、水泥干拌lmin，最后加入規(guī)定的水和外加劑濕拌2min。按JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》標準檢驗混合料的和易性、坍落度，制作試件，靜停24h后拆模進行標準養(yǎng)護（溫度20±2?C.濕度〉9%），養(yǎng)護齡期為7d和28d。采用TSY一2000液壓式壓力試驗機對試塊進行抗壓破型試驗，采集試驗數(shù)據(jù)，試驗結(jié)果見表2。表2正交試驗結(jié)果試驗號坍落度/mm28d抗壓強度/MPa抗?jié)B等級對表3結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得出表4試驗結(jié)果極差分析表。由于設(shè)計抗?jié)B等級為S6,現(xiàn)每組試驗的抗?jié)B等級均大于等于S10，故抗?jié)B結(jié)果不必極差分析。由表4可以考核粉煤灰摻率、砂率及水膠比對混凝土的和易性、抗壓強度和指標的影響程度及各種材料的最佳組合，為確定施工配合比提供依據(jù)。表3正交試驗結(jié)果的極差分析1)和易性分析。從表4坍落度的極差分析結(jié)果來看，影響混凝土坍落度的主次順序為：水膠比(C)-混凝土的砂率(B)-粉煤灰摻率(A)。其最佳組合為：C3B3A3。也就是說在一定條件下，水膠比仍然是影響混凝土和易性的首要因素，其次就是混凝土的砂率。水泥砂漿在混凝土拌合物中起到填空和潤滑作用。在試驗中，發(fā)現(xiàn)膠凝材料少和砂率低的混凝土拌合物，混凝土流動度差。因此，泵送混凝土中的砂漿量不能太少，應(yīng)保持一定數(shù)量，才能保證混凝土的和易性。2)抗壓強度分析。從表3抗壓強度極差分析結(jié)果中可以看出，影響混凝土抗壓強度的排序為：水膠比(C)-粉煤灰摻率(A)-混凝土的砂率(B)。其最佳組合為：C1A1B1。影響混凝土抗壓強度的主要因素仍然是水膠比，其次是粉煤灰摻率。5施工配合比的確定采用綜合平衡法分析混凝土各組成材料用量對混凝土各項指標的影響.可以找出最佳配合比。1） 水膠比對各指標的影響。由表3看出，對抗壓強度和坍落度來講，水膠比的極差都是最大的，即水膠比是最大的影響因素。取0.40時抗壓強度最好，但坍落度最低；取0.45時坍落度最高，但抗壓強度最低。綜合考慮抗壓強度、坍落度兩項指標，選取0.43。2） 砂率對各指標的影響。由表3看出，砂率的極差都不是最大的。砂率取40%?45%，抗壓強度及坍落度指標滿足設(shè)計及施工要求。綜合考慮，砂率取40%?45%中值42%為宜。3） 粉煤灰摻率對各指標的影響。由表3看出，粉煤灰摻率的極差也不是最大的，粉煤灰摻率取25%?30%，抗壓強度及坍落度指標滿足設(shè)計及施工要求。綜合考慮，粉煤灰摻率取25%?30%%中值27%為宜。從降低成本、節(jié)約資金，同時保證工程質(zhì)量的角度來說，通過各因素對3個指標影響的綜合分析.得出較合理的試驗方案。結(jié)合工程設(shè)計、施工條件及材料的狀況，本著保證質(zhì)量，便于施工和經(jīng)濟合理的原則，在初步選出試驗室配合比基礎(chǔ)上，經(jīng)過復(fù)驗，最后確定混凝土施工配合比。6經(jīng)濟分析1） 社會效益。大流動度泵送混凝土采用摻粉煤灰，一方面，使水泥用量大幅下降，并獲得較高的強度和良好的工作性，另一方面，節(jié)約了原材料，利用工業(yè)廢料，減輕了污染。2） 經(jīng)濟效益。以每立方米節(jié)約水泥66Kg，多使用粉煤灰25Kg計算，每立方米混凝土節(jié)約造價0.066x500-200x0.025=28.0元。該混凝土3萬方，共節(jié)約28x30000=840000元。聚羧酸高效減水劑代替奈系減水劑共可節(jié)約4400x0.00792x30000-6600x0.0032x30000=411840元。7結(jié)語粉煤灰的摻入降低了混凝土的早期自收縮，聚羧酸高效減水劑的使用，改善了混凝土的和易性，使混凝土的各項指標得到了大幅度的提高，通過對配合比優(yōu)化使用取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。參考文獻:【1】陳偉，宗連喜.粉煤灰摻量對高