C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土配合比試驗(yàn)

C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土配合比試驗(yàn)1工程概況新建贛深鐵路跨國道G205特大橋結(jié)構(gòu)型式為96m系桿拱橋，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，單層承臺，特殊矩形橋墩。拱橋系梁按整體箱形梁布置，采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱型截面，梁體全長100m，結(jié)構(gòu)設(shè)計為剛性系梁剛性拱。拱肋采用懸鏈線線型，上下弦管采用自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。為保證混凝土強(qiáng)度及耐久性滿足設(shè)計要求、工作性能滿足施工工藝要求、性價比高，特進(jìn)行自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計，以此生產(chǎn)混凝土，用于系桿拱拱肋弦管鋼管填充。2試驗(yàn)過程2.1配合比設(shè)計原理系桿拱拱肋弦管自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土的施工工藝為兩側(cè)均勻大方量泵送，中間不允許出現(xiàn)泵送長時間中斷，需要混凝土具有良好的泵送性能。要求混凝土坍落度大，有良好的和易性。同時由于鋼管內(nèi)鋼筋較密集，其內(nèi)部無法振搗，需要混凝土要擁有“自密實(shí)”的能力，具備良好的填充性、間隙通過率高、抗離析性好。設(shè)計要求混凝土的強(qiáng)度等級為C50，為了保證強(qiáng)度，要求水膠比足夠小，為了同時滿足低水膠比及大坍落度的要求，必須使用高性能減水劑來減少用水量，提高混凝土的整體性能及強(qiáng)度。用混凝土對弦管進(jìn)行填充，混凝土與弦管共同承載整體結(jié)構(gòu)的受力，因此混凝土填充的密實(shí)性非常重要。普通混凝土硬化成型的過程中產(chǎn)生水化反應(yīng)，其中多余的自由水會蒸發(fā)，這會引起混凝土的收縮及開裂，對混凝土填充的密實(shí)性產(chǎn)生不良的影響。為了解決這一問題，混凝土中要摻入一定量的膨脹劑，對混凝土的收縮進(jìn)行補(bǔ)償。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，多種外摻料被應(yīng)用于施工中，其中粉煤灰及礦粉是最常見且使用最廣泛的外摻料材料。粉煤灰的顆粒圓潤，且顆粒較大，能較好的填充水泥水化熱產(chǎn)物的間隙，同時作為載體吸附水泥水化熱產(chǎn)物，混凝土中加入一定摻量的粉煤灰來替代水泥，能有效降低混凝土的前期水化熱、增加混凝土的密實(shí)性及后期強(qiáng)度、提高混凝土的泵送性能等諸多優(yōu)點(diǎn)；礦粉是高爐礦渣經(jīng)研磨后具有較高活性指數(shù)的粉體，經(jīng)試驗(yàn)表明，礦粉能夠提高混凝土的粘聚性、減少坍落度損失、提升混凝土的耐久性。粉煤灰與礦粉雙摻，能使兩種外摻料的性能互補(bǔ)和增加，既減少了水泥用量，降低了混凝土的成本，又改善了混凝土的耐久性，增加了混凝土的和易性。所以配合比設(shè)計過程中，采用粉煤灰和礦粉作為外摻量進(jìn)行雙摻設(shè)計。2.2原材料的生產(chǎn)廠家及規(guī)格1）水泥：由英德海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥，密度為3090kg/m3。2）粉煤灰：由廣州恒運(yùn)熱電廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的C50及以上粉煤灰，密度為2400kg/m3。3）磨細(xì)礦渣粉：由日照京華新型建材有限公司生產(chǎn)的S95級磨細(xì)礦渣粉，密度為2900kg/m3。4）細(xì)骨料：由觀音閣砂廠生產(chǎn)的河砂（中砂），表觀密度為2690kg/m3。5）粗骨料：由凱周碎石場生產(chǎn)的5mm～10mm及10mm～20mm兩種規(guī)格的碎石，按5mm～10mm：10mm～20mm=30%：70%摻配，組合成5mm～20mm連續(xù)級配碎石，表觀密度為2700kg/m3。6）減水劑：由中鐵十六局集團(tuán)物貿(mào)有限公司（菏澤）分公司生產(chǎn)的16WM-3型聚羧酸系高性能減水劑（緩凝型），摻量1.0%，密度為1066kg/m3。7）水：地下水，密度為1000kg/m3。8）膨脹劑：四川恒澤建材有限公司生產(chǎn)的HZ-16型膨脹劑，密度為2700kg/m3。2.3配合比設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，外摻料選擇S95級礦粉及I級粉煤灰，同時根據(jù)現(xiàn)場材料的各項(xiàng)指標(biāo)及規(guī)范對摻量的要求，對礦粉及粉煤灰摻量均為8%，10%，12%分別進(jìn)行設(shè)計計算及試拌。2.3.1按照礦粉及粉煤灰均為8%的摻量配合比設(shè)計應(yīng)確定拌和物中粗骨料體積、砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)、水膠比、膠凝材料用量、外摻料的比例等參數(shù)。1）確定粗骨料體積分?jǐn)?shù)Vg。依照《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283—2012中表5.2.1填充性為SF1時混凝土中粗骨料體積的選取范圍為0.32～0.35，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及試拌結(jié)果，選取0.35。2）確定每立方米粗骨料的質(zhì)量mg。每立方米混凝土中粗骨料的質(zhì)量可按下式計算：mg=Vg×ρg=0.35×2700=945kg（1）式（1）中：Vg為粗骨料體積分?jǐn)?shù)，ρg為碎石的表觀密度，取2700kg/m3。3）確定砂漿體積分?jǐn)?shù)Vm。砂漿體積分?jǐn)?shù)可按下式計算：Vm=1-Vg=0.65（2）式（2）中：Vm為砂漿占整體混凝土的體積分?jǐn)?shù)，Vg為碎石占整體混凝土的體積分?jǐn)?shù)。4）確定砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)φs。規(guī)范中推薦的砂漿中砂的體積分?jǐn)?shù)可取0.42～0.45，根據(jù)砂的粗細(xì)程度，選取φs為0.43。5）確定每立方米細(xì)骨料的質(zhì)量ms。每立方米混凝土中砂的體積分?jǐn)?shù)Vs和質(zhì)量ms可按下列公式進(jìn)行計算：Vs=Vm×φs=0.65×0.43=0.28（3）式（3）中：Vs為每立方米混凝土中砂的體積分?jǐn)?shù)。ms=Vs×φs=0.28×2690=753kg（4）式（4）中：籽s為砂的表觀密度，取2690kg/m3。6）確定漿體體積分?jǐn)?shù)Vp。漿體體積分?jǐn)?shù)可按下式計算：Vp=Vm-Vs=0.65-0.28=0.37（5）式（5）中：Vp為每立方米混凝土中漿體的體積分?jǐn)?shù)。7）確定每立方米混凝土中膠凝材料的表觀密度ρb。由于本次設(shè)計配合比采用水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑4種膠凝材料，所以根據(jù)各自的摻量及表觀密度確定，可按式（6）計算：ρb=1/［β/ρm+（1-β）/ρc］=2703kg/m3（6）式（6）中：β為自密實(shí)混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ρm為礦物摻合料密度，kg/m3；ρc為水泥密度，kg/m3。8）確定配制強(qiáng)度。自密實(shí)混凝土設(shè)計強(qiáng)度為C50，所以取配制強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)差為6.0MPa，則采用式（7）確定配制強(qiáng)度：fcu，0≥fcu，k+1.645δ=50+1.645×6.0=54.9MPa（7）式（7）中：fcu，0為混凝土立方體配制強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；fcu，k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（設(shè)計強(qiáng)度），MPa；滓為混凝土配制強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)差。9）選定水膠比。水膠比通過式（8）進(jìn)行計算：mw/mb=0.42fce(1-β+β×γ）（/fcu，0+1.2）=0.32（8）式（8）中：mw為每立方米混凝土中用水的質(zhì)量，kg；mb為每立方米自密實(shí)混凝土中膠凝材料用量，kg；fce為水泥強(qiáng)度等級，MPa；β為自密實(shí)混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%（此處為16%）；酌為礦物摻合料的膠凝系數(shù)，無量綱（此處取0.4）根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際施工水平及拌和站的生產(chǎn)狀況，0.32的水膠比可行，所以最終選定水膠比為0.32。10）確定每立方米自密實(shí)混凝土中膠凝材料用量（mb）?？筛鶕?jù)自密實(shí)混凝土中的漿體體積分?jǐn)?shù)（Vp）、膠凝材料的表觀密度（ρb）、水膠比（mw/mb）等參數(shù)確定，并可按式（9）計算：mb=（Vp-Va）/［1/ρb+（mw/mb）/ρw］=532kg（9）11）確定每立方米混凝土中用水的質(zhì)量mw。應(yīng)根據(jù)每立方米混凝土中膠凝材料的用量mb及水膠比（mw/mb）確定，并可按式（10）計算：mw=mb×（mw/mb）=170kg（10）12）每立方米混凝土中水泥的質(zhì)量mc和外摻料的質(zhì)量mm。應(yīng)根據(jù)每立方米混凝土中膠凝材料的質(zhì)量mb和膠凝材料中外摻料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)β確定，可按式（11）～（15）分別計算：每立方米混凝土中礦物摻合料的質(zhì)量mm：mm=mb×β=532×0.26=139kg（11）每立方米混凝土中粉煤灰的質(zhì)量mf：mf=mb×βf=532×0.08=43kg（12）每立方米混凝土中礦粉的質(zhì)量mk：mk=mb×βk=532×0.08=43kg（13）每立方米混凝土中膨脹劑的質(zhì)量mp：mp=mb×βp=532×0.10=53kg（14）每立方米混凝土中水泥的質(zhì)量mc：mc=mb-mm=393kg（15）13）外加劑mca選用聚羧酸高性能減水劑，摻量通過試驗(yàn)選定為1.6%。外加劑用量可按式（16）計算：mca=mb×α=532×0.016=8.51kg（16）式（16）中：mca為每立方米混凝土中外加劑的質(zhì)量，kg；α為減水劑摻量，%。減水劑含固量為29.84%，所以每立方米混凝土所需減水劑中含水為6kg，最終核減外加用水量為:170kg-6kg=164kg。所以，最終計算得到的C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土配合比見表1。2.3.2按照礦粉及粉煤灰均10%的摻量計算過程類比2.3.1中的計算，將礦粉及粉煤灰的摻量調(diào)整成10%，最終計算得到的C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土配合比見表2。2.3.3按照礦粉12%的摻量計算過程類比2.3.1中的計算，將礦粉及粉煤灰的摻量調(diào)整成12%，最終計算得到的C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土配合比見表3。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1拌和物性能比較上下弦肋管安裝完成后形成一個完全封閉的空間，鋼管混凝土的澆筑無法振搗，要保證混凝土的成型，難度較大，對混凝土的性能要求比較高。普通的混凝土拌合物性能指標(biāo)無法完全體現(xiàn)此自密實(shí)混凝土的性能。且拱肋的填充密實(shí)度對于整體結(jié)構(gòu)的受力影響也比較大，所以需要混凝土具有補(bǔ)償收縮功能。根據(jù)JGJ/T283-2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范，對不同外摻料摻量下計算得出的理論配合比進(jìn)行試拌，對填充性、間隙通過率、抗離析性等指標(biāo)進(jìn)行測試并分析比較，其數(shù)據(jù)見表4。依照《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012中表4.1.2及表4.1.3，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，選定拌和物的性能等級為坍落擴(kuò)展度SF1，擴(kuò)展時間T500VS1，坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值PA2，離析率SR2，其具體要求見表5。通過拌和物性能的測試，外摻料摻量均為8%時，混凝土的坍落擴(kuò)展度為640mm，為3種摻量中的最大值，滿足規(guī)范要求的550mm～655mm的規(guī)定范圍，意味著在此外摻料摻量下混凝土的整體流動性最好?；炷恋臄U(kuò)展時間T500的值在外摻料摻量8%時也達(dá)到了3種摻量測試值的最大值，滿足逸2%的規(guī)范規(guī)定范圍，表示混凝土的黏度較好。間隙通過率指標(biāo)坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值也在外摻料摻量8%時為最小，為10mm，滿足規(guī)范要求的0≤PA2≤25mm的范圍值，表示混凝土抵抗鋼筋阻礙的能力較強(qiáng)。同時外摻料摻量為8%時，抗離析性也滿足規(guī)范要求。所以通過上述不同外摻料摻量下的拌合物性能的比較，外摻料摻量為8%時，混凝土的拌合物性能指標(biāo)最優(yōu)。3.2強(qiáng)度及耐久性性能比較對不同外摻料摻量下的計算理論配合比進(jìn)行試拌，對28d軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量、電通量進(jìn)行測試，其數(shù)據(jù)見表6。通過28d強(qiáng)度及耐久性的比較，當(dāng)外摻料摻量各8%