无收缩混凝土配合比设计及施工控制文档格式.docx

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125

终凝

≤600

200

3d

≥

28d

2.2.2砂

高性能混凝土要使用中粗砂，砂子以偏粗为好，另外，要严格控制砂中的细颗粒

含量和有害物质含量，选用非碱活性骨料，试验选用湖北巴河河砂。

表2砂性能指标

坚固性%

轻物质含量%

硫酸盐及硫化物

云母含量%

CL-含量%

有机物含量

颜色应不深于标准色

比标准色浅

吸水率%

≤2

细度模数

/

含泥量%

泥块含量%

2.2.3碎石

粗骨料应选用球形粒形、吸水率低、空隙率小、级配合理、质地均匀坚固的洁净

碎石，并严格控制针、片状含量、含泥量、泥块含量，选用非碱活性粗骨料。

试验选

用湖北武穴郭冲石场5-20mm连续级配碎石，按二级掺配。

表3

碎石性能指标

≤5

表观密度kg/m3

2710

SO3含

紧密密度kg/m3

1670

量%

含

紧密空隙率

≤40

38

%

针、片状含量%

压碎指标值%

≤10

泥块含

岩石抗压强度MPa

106

碱活性试验采用岩相法，没有发现骨料含有碱活性的矿物存在

2..粉煤灰

混凝土中加入粉煤灰，可改善混凝土的工作性能，降低干缩变形和水化热，减小

水泥用量，提高混凝土的耐久性。

粉煤灰要选产量稳定、性能稳定的电收尘原状灰。

试验选用湖北科能环保有限公司生产的Ⅰ级原状粉煤灰。

表4

粉煤灰性能指标

试验结

果

细度%

≤12

碱含量%

含量%≤

游离CaO含量%

CaO含量%

烧失量%≤

含水率%

需水量

90

28天抗压强度比%

≥70

93

≤100

比%

2.2.5膨胀剂

膨胀剂应作为细掺料等量取代部分水泥，在高性能混凝土中掺入适量膨胀剂，可

在约束条件下有膨胀而产生一定的自应力，以补偿水泥的干缩和由于低水胶比造成的

“自生收缩”，并在限制条件下增长强度。

试验选用江苏博特新材料有限公司生产的

JM-ⅢC低碱型混凝土膨胀剂。

表5膨胀剂性能指标

标

准

试验

试

验

规定值

结

结果

细度

MgO含量%

140

SO3含量%

（min）

216

7d

≥20

（Mpa）

≥40

限制膨胀率

空气中

21d

（水中）

2.2.6外加剂

外加剂应选用与水泥相容性好,减水率高、高增强、低收缩，坍落度损失小，适量

引气，能提高混凝土的自密性，能明显改善或提高混凝土耐久性并且性能稳定的产品

。

试验选用江苏博特新材料有限公司生产的JM-PCA缓凝高效减水剂。

表6外加剂性能指标

减水率

含气量%

Na2SO4含量%

坍落度保留值

（mm）

CL-含量%≤

抗压强度比%

≤10

应说明对钢筋

相对耐久性指标

对钢筋锈蚀

无锈蚀

（200次）

PCA缓凝高效减水剂的相容性试验结果

水泥净浆流动度/mm

JM-PCA掺量%

静置30min

30min流动度损失

初始

260

253

7

269

264

5

288

283

304

305

-1

306

298

8

17

30min

≥180

185

60min

≥150

165

≥130

142

7d≥125155

28d≥120133

≥8092

静置60min

60min流动度损失

243

256

13

279

9

6

287

19

280

25

由表7试验结果可知,该减水剂与水泥相容性良好,掺量在%以上时水泥净浆的流动

性能已趋于稳定,掺量%时流动度损失最小,为最佳掺量。

2.2.6水

试验采用饮用水。

配合比优化

2.3.1

混凝土的拌合物性能按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002

）进行，混凝土的力学性能按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002

）进行，混凝土耐久性按《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》铁建设[2005]160

号进行。

其力学性能和耐久性试验均采用标准试件。

混凝土试拌所用原材料在使用前24h放入成型室内，室内温度控制在（20±

2）℃,

相对湿度控制在70%-90%。

考虑混凝土施工是采取泵送顶升工艺，拌合物坍落度设计为180～220mm，混凝土

的配制强度为。

2.3.2

配合比试配采用L9（34）正交试验进行，即三水平四因素正交试验，选定水胶比W/C

（A），砂率Sp（B），粉煤灰掺量（C），膨胀剂掺量（D）作为四个考察因素，每因素取

3个

试验水平。

表8

试验按三水平因素正交试验安排

水胶

粉煤

膨

外

砂率

胀

水

碎

比

灰

砂

粉煤灰

膨胀剂

加

p

剂

泥

石

组号

W/C

S

kg

B

A

C

D

1#

15

413

659

1075

80

43

150

2#

40

20

10

375

690

1035

107

54

3#

42

12

338

721

995

134

64

4#

340

668

1090

100

60

5#

335

700

1051

6#

741

1023

75

50

7#

677

1105

117

47

8#

343

718

1076

70

56

9#

337

750

94

表9

新拌混凝土拌合物作性能测试结果

密度

含气

坍落度mm

初

Kg/m3

60min90min

120min

2h损失

h:

min

始

2420

195

180

11：

14：

30

2415

210

205

190

10：

13：

2405

220

55

2410

170

2403

215

2417

175

35

2406

00

2412

45

0040

14：

9#240821020520019018525

2030

试验条件：

温度（20±

2）℃,湿度＞90%。

从表9可以看出，新拌混凝土拌合物的坍落度损失与膨胀剂的掺量有关系，掺量越

大，坍落度损失越大。

而混凝土的凝结时间受粉煤灰、膨胀剂的掺量的影响不大，都

能满足施工的要求。

表10

正交试验混凝土的学性能和耐久性指标

抗压强度MPa

弹性模量（×

104MPa）

电通量/C

14d

56d

1861

517

1639

482

1982

1569

424

2059

396

1638

420

2130

393

1494

467

1672

440

2.3.3试验结果分析

水胶比是影响高性能混凝土抗压强度的主要因素。

高性能混凝土的弹性模量与胶凝材料用量、粗骨料用量有一定关系，影响因素大

的是粗骨料的用量。

在相同水胶比条件下，粗骨料用量大，弹性模量相对较高；

在强

度相差不大条件下，胶凝材料用量大，弹性模量稍低。

粉煤灰的掺量对混凝土前期强度影响较小，对后期强度影响较为明显，这是因为

优质粉煤灰后期与水泥水化反应析出的Ca（OH）2缓慢发生火山灰反应，利于后期强度的

增加。

高性能混凝土耐久性指标——电通量主要受粉煤灰的掺量影响较大，早龄期粉煤

灰仅起填充作用，从而导致混凝土内部结构不够致密，有大量的微孔和裂隙存在，电

通量值偏大；

在后期，由于粉煤灰的火山灰效应和微集料效应，降低了混凝土的内部

空隙率，改善了混凝土的孔结构，提高了混凝土强度和密实性，使得电通量值很小，

大大提高了耐久性能。

通过对强度和弹性模量采用正交分析是38C和38C均能满足设计要求，但从试验效果

、经济效益以及对胶凝材料总用量来考虑，选取38C是最好的组合：

即W/C=,砂率Sp=38%,

粉煤灰掺量15%。

改变膨胀剂掺量（

8%、10%、12%）进行试验。

表11

改变膨剂掺量试验结果

序

水泥

碎石

膨胀

外加

坍落度

号

mm

1

385

660

1077

2

3

365

表12

自由膨率试验结果

自由膨胀率（×

10-4）

水中养护

空气中养护

14

28

11:

10:

从表11、12可知，随膨胀剂掺量增加，膨胀率增加，而强度有所降低。

膨胀大部

分发生在14d以前，以后只有微小的膨胀，28天趋于稳定。

水中养护膨胀较空气中养护

的大。

终上试配可以得出，东湖特大桥提篮拱C55无收缩混凝土采用了序号1的配合比，

即：

水泥:

砂:

碎石:

粉煤灰:

膨胀剂:

水:

外加剂=385:

660:

1077:

75:

40:

150:

每m3混凝土氯离子含量为：

0.228kg/m3（＜500×

%=0.30kg/m3）;

总碱含量为：

2.565kg/m3（＜3kg/m3）均符合高性能混凝土要求。

3混凝土施工控制

原材料准备：

各种原材料要准备充分。

东湖特大桥提篮拱C55无收缩混凝土设计方

量是606m3,实际准备按620m3准备原材料。

原材料经试验检测，质量情况都在配合比设计要求的可控制范围以内。

拌合采用2台HZS120L搅拌机，混凝土生产量80m3/h,拌合站各种衡器都已检定合

格，每次使用前进行零点校核，并进行首盘复核，控制每盘称量偏差。

混凝土拌制前

，对砂、碎石、粉煤灰含水量测试，并据测试结果出具施工配合比。

拌合的投料顺序

为：

砂+碎石+水泥+掺合料搅拌30s，加水，再加外加剂搅拌120s，卸料。

检查试拌混

凝土：

工作性能良好，坍落度测试210mm,含气量%。

考虑混凝土的运输时间在10-20分

钟内，外界温度19-23℃，湿度大于70%，这与设计试配配合比的环境条件基本一致，

因此到达现场的坍落度能满足施工的要求。

在混凝土的拌制及浇注过程中，在拌合站和施工现场分别安排2名试验员，对每车

混凝土的坍落度进行测试监控，混凝土的泵送垂直高度40米，泵送坍落度控制在180～

200mm，因此在拌合站控制坍落度在200～220mm，现场泵送≥180mm。

对于测试不能

满足要求的（拌合站≤190mm或≥220mm;

施工现场≤180mm），不能用于泵送顶升，应

废弃。

混凝土泵送顶升采用4台三一HBT60C砼输送泵，从4个拱脚同时泵送，由于运距较

近（2.5km），每台输送泵由3台7m3的输送罐车供料，保证4个部位同时泵料，拱内砼

上升速度保持一致，防止钢管拱受力不均。

混凝土的泵送顺序是先下管，再上管，最

后是腹板。

混凝土抗压试件留置了60组，弹性模量试件留置了12组，膨胀率试件留置了6组，

都分别留了标养与同条件试件。

根据施工要求，测试了标养7天抗压强度为、同养7天为MPa，同条件养护10天抗

压强度为MPa、弹性模量为×

104MPa，达到了设计要求的90%以上强度可以张拉的条

件。

经试验测试标养28天强度为MPa，同条件养护28天强度为MPa均达到了设计强度

28天标养膨胀率为%，空气中养护膨胀率为%，并且都趋于稳定。

4试验体会

水胶比、粉煤灰和膨胀剂掺量是钢管混凝土的关键和重要因素，在采用低水胶比

，满足无收缩条件下，应加大粉煤灰的掺量，从而降低水泥用量，提高混凝土的耐久

性指标。

客运专线钢管混凝土作为高性能混凝土，其发展、应用前景很好，要严格控制原

材料质量，抓好施工过程控制，保证施工产品使用年限达到100年以上。

参考文献:

[1]《钢管混凝土拱桥》（第二版）.陈宝春.人民交通出版社

[2]《大型钢管混凝土拱桥泵送混凝土配合比设计》.王远锋.陈来发.水利水电快报（2002）

[3]《高性能混凝土》吴中伟.廉惠珍.中国铁道出版社.

作者简介：

陈昌杰（1970

—），男，工程师，

1995

年毕业于西南交通大学

李

波（1974

1998