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