1、C60高性能混凝土配合比设计与应用1工程概况特点是深水、高墩、大跨，地形为典型的V型深切沟谷，地势陡峭，环境艰险，桥跨组成为88+168+88+40双线预应力混凝土钢构连续梁，主体结构设计寿命100年，梁跨结构混凝土强度等级采用C60。施工要求高，安全风险较大。2混凝土配合比设计要求及参数根据客运专线高性能混凝土暂行技术条件科技基200101号、铁路混凝土工程施工质量验收标准TB10424-2010和铁路混凝土结构耐久性设计规范TB10005.pngfont-family:宋体;的规定，该悬灌梁C60高性能混凝土设计寿命100年，碳化环境类别为T2，无氯盐环境、化学侵蚀环境、盐类结晶破坏环境、
2、磨蚀环境、冻融破坏环境的作用。同时根据设计图纸和混凝土施工工艺要求，确定混凝土设计参数如下：混凝土强度等级：C60；混凝土电通量：小于1000c；混凝土抗渗等级：大于P20；混凝土冻融：200次快速冻融，相对动弹模量不小于60%，质量损失不大于5%；混凝土施工坍落度：160-200mm。混凝土初凝时间不小于7h，含气量在2%-4%之间。混凝土7天张拉强度不小于设计强度的95%，即不小于57MPa，7天张拉弹性模量不小于设计值36.5GPa。3配合比设计思路沅江大桥主体工程设计寿命100年，混凝土最大泵送高度达70米。采用高性能混凝土。高性能混凝土配合比设计以耐久性为主要设计指标，在满足耐久性的
3、前提下在考虑强度，水化热，工作性及体积稳定性。因此，采用“双掺技术+高性能减水剂”的思路，在混凝土中掺加F类一级粉煤灰、S95级矿渣粉和聚羧酸高性能减水剂。高性能混凝土的特点是耐久性好，良好的工作性（流动性，和易性）。为了保证耐久性要低水胶比，大流动性和良好的和易性则要较大的浆集比和砂率，减少碎石的用量则会影响混凝土的弹性模量，增加混凝土的徐变和干缩。这就要合理选择各项参数，采用优质的原材料。根据铁路混凝土工程施工技术指南铁建设2010241号要求，混凝土配合比设计用最大密实度，最小浆集比理论，按照绝对体积法计算。即新拌混凝土有良好的工作性，且浆体刚好包裹住集料，在混凝土内粗骨料之间的空隙由砂
4、填补，砂中的空隙由水泥填补，粉煤灰和矿粉填补水泥留下的空隙。这样形成最密实结构。采用这种方法设计的混凝土更合理，更科学。4混凝土用原材料的选择4.1水泥：选用强度较高、水化热低、C3A含量低、标准稠度用水量低的水泥。试配时，采用湖南海螺水泥有限公司生产的雪峰牌P.O52.5级普通硅酸盐水泥。其物理力学性能见表1。4.2粉煤灰：用粉煤灰取代部分水泥可改善新拌混凝土的工作性，减少泌水和离析现象；具有良好的保水性，有利于泵送施工；能有效降低水化热，降低混凝土的绝热升温；可提高混凝土的抗渗性能，改善混凝土抗化学腐蚀的能力，提高混凝土的耐久性。该工程确定使用湖南华天能环保科技开发有限公司（金竹山电厂）F
5、类I级粉煤灰，各指标中，细度影响用水量，烧失量对减水剂的适应性有较大的影响。检测结果见表2。4.3矿渣粉：矿粉采用湖南泰基建材有限公司S95级，矿粉比水泥细，可以填充水泥中的空隙，并且可提高混凝土的流动度，改善混凝土的耐久性。检测结果见表3。4.4细骨料：泸溪浦市砂场中砂，细度模数Mx=2.8。砂要严格控制含泥量和0.315筛上的通过量。砂的性能见表4。4.5粗骨料：碎石采用仇家碎石场510mm和1020mm两种规格碎石，岩体轴心抗压强度为131MPa。（510mm）碎石与（1020mm）的碎石按2:8合成5-20mm的连续级配，粗骨料的堆积密度是1510kg/m3，振实密度为1720kg/m
6、3，在此条件下搭配的粗骨料空隙率最小（38%），振实密度较大，其级配比较理想。其性能指标见表5。4.6外加剂：掺加高性能减水剂后，能在一定的和易性要求下显著降低用水量，使混凝土更加密实，从而提高强度、耐久性等。与水泥的适应性试验：对两种不同配方的减水剂选用不同掺量，分别测定在3、30、60min的水泥净浆流动度。通过数据对比，最终选用与水泥适应性较好的山西凯迪建材有限公司KDSP-1型聚羧酸盐高性能减水剂。并重复流动度试验，确定最佳用量为1.2%。（表6）4.7拌合用水：饮用水。5混凝土配合比设计5.1试配强度按下式计算（fcu,0）：fcu,01.15fcu,kfcu,0=1.15*60=6
7、9.0（MPa）式中fcu,0为混凝土试配强度，fcu,k为混凝土设计强度。5.2确定砂率。通过筛分试验确定5-10mm和10-20mm的碎石的组成比例是2:8；采用四个不同的砂率38%、39%、40%、41%分别和碎石混合后做表观密度试验，经试验对比当砂率为39%时混合表观密度最大为2720kg/m3。取基准砂率为39%试拌，根据混凝土状态进行调整。5.3根据原材料试验结果分析，依据配合比设计原则及工程施工的具体要求，结合类似工程的施工经验，相关参数确定如下：混凝土中浆体体积取Vp=0.35，基准水胶比取0.27。混凝土中含气量=3%。采用体积法计算得到：胶材总量：526kg，水：142kg
8、，聚羧酸减水剂掺量为1.2%，6.31kg。5.4选用砂率为39%。水胶比、粉煤灰和矿粉不同的掺量三个因素，每个因素三个不同的水平采用正交试验分析如表7。三个水胶比0.25、0.27、0.29；粉煤灰和矿粉的掺量8%、10%、12%。从表8可以看出：当水胶比是0.25时，混凝土的强度，弹模均能满足要求，但扩展度有些偏低。在试拌时粘底。水胶比是0.29时。28天强度能满足要求，7天张拉强度有些偏低。考虑到施工要求和经济性最终确定混凝土配比如下：每立方米混凝土材料用量（kg）水泥:粉煤灰:矿渣粉：细骨料:粗骨料:水:减水剂=420:64:42:677:1059:142:6.315.5凝结时间和坍落
9、度损失的测定。对该配合比进行凝结时间的测定，初凝9小时30分，终凝13小时20分。分别进行30分钟、60分钟坍落度损失测定，结果如表9。5.6混凝土耐久性能校核。按照铁路混凝土工程施工质量验收标准TB10424-2010和铁路混凝土结构耐久性设计规范TB10005.pngfont-family:宋体;的规定对该配比进行耐久性校核，检验结果如表10。6工程施工应用情况施工过程中混凝土控制的较好，混凝土的工作性和硬化后的性能均能满足设计要求。在施工中出机坍落度控制在180-200mm，施工现场坍落度控制在160-180mm，泵送施工比较顺利。混凝土拆模后颜色均匀，有光泽，气泡较少。在现场随机抽取混
10、凝土制作试件，同条件养护，7d强度在58.5MPa到62.5MPa之间，7d弹性模量在37.2GPa到42.0GPa之间。28d强度在63.0MPa到72.5MPa之间。完全满足7d张拉和设计强度等级要求。7存在问题及心得体会聚羧酸减水剂减水率高，对材料的适应性比较敏感。每批减水剂进场后要及时进行试拌，看混凝土的状态，及时进行适应性调整。砂、碎石质量波动比较大，要严格控制砂中含泥量，超5mm颗粒含量。碎石进场后及时进行筛分，确定最佳比例。和砂混合后的最大表观密度，以便及时对砂率微调，使混凝土达到最佳状态。由于砂、碎石全部水洗，砂、碎石中的含水量每工作班均要测定，以便及时调整混凝土用水量。砂进场后及时筛分。特别是砂中0.315mm以下颗粒含量要注意保证。如果砂中0.315筛上的通过量不能满足规范要求，则泵送会比较困难。要及时调整砂率，甚至要调整胶材的用量。严格控制搅拌时间和用水量。搅拌时间120秒。由于胶材数量较多，要充分搅拌均匀才能使混凝土达到最佳状态。聚羧酸高性能减水剂对用水量非常敏感，用水量稍微增多，就容易发生离析，有的拌和站司机不按要求搅拌，在现场容易导致混凝土坍落度忽大忽小，无法正常施工。矿物掺和料要实行车检制度。检验合格方可卸车。
