無收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制

1、無收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制WTD standardization office【W(wǎng)TD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】無收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制武廣客運(yùn)專線東湖特大橋112m提籃拱橋陳昌杰李波摘要通過客運(yùn)專線東湖特大橋112m提籃拱鋼管混凝土的配合比設(shè)計(jì)及施工，闡 述了無收縮混凝土的特點(diǎn)和施工過程的控制要點(diǎn)關(guān)鍵詞客運(yùn)專線提籃拱鋼管混凝土配合比設(shè)計(jì)無收縮混凝土控制要點(diǎn)1工程概況東湖特大橋位于武漢市洪山區(qū)森林公園內(nèi)，主橋112m提籃拱梁全長116m，計(jì)算 跨長112m，矢跨比為1:5，拱肋平面內(nèi)矢高22.4m，拱肋采用懸鏈線線型。提籃拱橋系 梁按整體箱形梁布置，采用單箱三室

2、預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，橋面寬17.8m，梁高 2.5m。提籃拱橋鋼管內(nèi)采用C55無收縮混凝土填充，混凝土彈性模量Ec=x104MPa。2配合比設(shè)計(jì)前言客運(yùn)專線混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限為100年，混凝土配合比設(shè)計(jì)理念應(yīng)以高性能混 凝土的耐久性作為主要指標(biāo)，重點(diǎn)是在原材料的選配上。高性能混凝土是通過對原材 料的優(yōu)選和質(zhì)量控制、配合比優(yōu)化、生產(chǎn)過程的嚴(yán)格控制，使生產(chǎn)的混凝土拌合物具 有良好的工作性，對于提籃拱鋼管拱橋的混凝土而言，其自密實(shí)性有較高的要求；另 外，還要求混凝土和鋼管應(yīng)具有良好的粘接，但還不能因?yàn)榛炷恋呐蛎浂a(chǎn)生內(nèi)應(yīng) 力，這就要求混凝土要具有合適的補(bǔ)償收縮能力。由于鋼管混凝土拱橋的施工加載

3、順 序決定了混凝土應(yīng)具有較高的早期強(qiáng)度和剛度，以確保拱肋的線性符合設(shè)計(jì)要求，結(jié) 合高性能混凝土的特點(diǎn)，把7 14天的抗壓強(qiáng)度、彈性模量作為試配的前期考核依據(jù)材料的選擇2.2.1水泥表1水泥性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果比表面積m2/kg三300342C3A含量蕓8SO3含量蕓凝結(jié)時(shí)間初凝三45125(min)終凝 蕓600200CL-含量蕓抗壓強(qiáng)度3d三(Mpa)28d 三總堿含量蕓抗折強(qiáng)度3d三Na2O+(Mpa)28d 三2.2.2 砂高性能混凝土要使用中粗砂，砂子以偏粗為好，另外，要嚴(yán)格控制砂中的細(xì)顆粒含量和有害物質(zhì)含量，選用非堿活性骨料，試驗(yàn)選用湖北巴河河

4、砂。表2砂性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)固性蕓8輕物質(zhì)含量蕓硫酸鹽及硫化物 含量蕓云母含量蕓CL-含量蕓有機(jī)物含量顏色應(yīng)不深于標(biāo)準(zhǔn)色比標(biāo)準(zhǔn)色淺吸水率蕓2細(xì)度模數(shù)/含泥量蕓泥塊含量蕓02.2.3 碎石粗骨料應(yīng)選用球形粒形、吸水率低、空隙率小、級配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固的潔凈 碎石，并嚴(yán)格控制針、片狀含量、含泥量、泥塊含量，選用非堿活性粗骨料。試驗(yàn)選用湖北武穴郭沖石場5-20mm連續(xù)級配碎石，按二級摻配。表3碎石性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果堅(jiān)固性蕓5表觀密度kg/m3/2710so3含量蕓緊密密度kg/m3/1670CL-含量蕓緊密空隙

5、率 %蕓4038吸水率蕓2針、片狀含量蕓5含泥量蕓壓碎指標(biāo)值蕓10泥塊含蕓0巖石抗壓強(qiáng)度MPa/106堿活性試驗(yàn)采用巖相法，沒有發(fā)現(xiàn)骨料含有堿活性的礦物存在2. 粉煤灰混凝土中加入粉煤灰，可改善混凝土的工作性能，降低干縮變形和水化熱，減小水泥用量，提高混凝土的耐久性。粉煤灰要選產(chǎn)量穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的電收塵原狀灰。試驗(yàn)選用湖北科能環(huán)保有限公司生產(chǎn)的I級原狀粉煤灰。表4粉煤灰性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值蕓12試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目堿含量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值/試驗(yàn)結(jié) 果SO3含量蕓游離CaO含量蕓CL-含量蕓CaO含量蕓10燒失量蕓含水率蕓需水量 比蕓1009028天抗壓強(qiáng)度比三70932.2.5膨脹劑膨脹劑應(yīng)作為

6、細(xì)摻料等量取代部分水泥，在高性能混凝土中摻入適量膨脹劑，可 在約束條件下有膨脹而產(chǎn)生一定的自應(yīng)力，以補(bǔ)償水泥的干縮和由于低水膠比造成的 “自生收縮”，并在限制條件下增長強(qiáng)度。試驗(yàn)選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的 JM-mc低堿型混凝土膨脹劑。表5膨脹劑性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn) 結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn) 結(jié)果細(xì)度蕓12MgO含量蕓SO含量蕓凝結(jié)時(shí)間初凝三451403(min)終凝蕓600216CL-含量蕓抗壓強(qiáng)度7d三20(Mpa)28d三 40總堿含量VNa+限制膨脹率7d三(水中)28dV2.2.6外加劑抗折強(qiáng)度7d三(Mpa)28d三空氣中21d三夕卜加劑應(yīng)選用與水泥相容性好，減水

7、率高、高增強(qiáng)、低收縮，坍落度損失小，適量 引氣，能提高混凝土的自密性，能明顯改善或提高混凝土耐久性并且性能穩(wěn)定的產(chǎn)品O試驗(yàn)選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-PCA緩凝高效減水劑。表6外加劑性能指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn) 結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果減水率三20含氣量三Na2SO4 含量 蕓10坍落度保留值 (mm)30min60min三180三150185165CL-含量總堿含量Na2O+對鋼筋銹蝕蕓蕓10應(yīng)說明對鋼筋無銹蝕無銹蝕3d抗壓強(qiáng)度比7d28d相對耐久性指標(biāo)(200 次)三130三125三120三8014215513392PCA緩凝高效減水劑的相容性試驗(yàn)結(jié)果JM-PCA摻量水泥

8、凈漿流動(dòng)度/mm里“ 初始靜置30min 30min流動(dòng)度損失 靜置60min 60min流動(dòng)度損失26025372431726926452561328828352799305-129863062988287192881728025由表7試驗(yàn)結(jié)果可知,該減水劑與水泥相容性良好，摻量在以上時(shí)水泥凈漿的流動(dòng)性能已趨于穩(wěn)定，摻量時(shí)流動(dòng)度損失最小,為最佳摻量。2.2.6 水試驗(yàn)采用飲用水。配合比優(yōu)化2.3.1混凝土的拌合物性能按普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50080-2002)進(jìn)行，混凝土的力學(xué)性能按普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50081-2002)進(jìn)行，混凝土耐久性按鐵路混

9、凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn) 鐵建設(shè)2005160號進(jìn)行。其力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)均采用標(biāo)準(zhǔn)試件?；炷猎嚢杷迷牧显谑褂们?4h放入成型室內(nèi)，室內(nèi)溫度控制在(202 )C, 相對濕度控制在70%-90%?？紤]混凝土施工是采取泵送頂升工藝，拌合物坍落度設(shè)計(jì)為180 220mm，混凝 土的配制強(qiáng)度為。2.3.2配合比試配采用l9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行，即三水平四因素正交試驗(yàn)，選定水膠比W/C( A)，砂率Sp(B)，粉煤灰摻量(C)，膨脹劑摻量(D)作為四個(gè)考察因素，每因素 取3個(gè)試驗(yàn)水平。表8試驗(yàn)按三水平因素正交試驗(yàn)安排試驗(yàn)水膠 比砂率C粉煤 灰膨 脹水砂碎石粉煤灰膨脹劑水外 加組號W/C AS

10、 BP%C劑%D無 kgkg石kgkgkgkg劑 kg1#38158413659107580431502#4020103756901035107541503#422512338721995134641504#3820123406681090100601505#402583357001051125401506#421510375741102375501507#3825103056771105117471508#401512343718107670561509#4220833775010359438150表9新拌混凝土拌合物作性能測試結(jié)果試驗(yàn)密度含氣坍落度 初 始mm初凝終凝組號Kg/m3量30m

11、in60min90min120min2h損失h:minh:min1#24202001951851801802011 :4014 :302#24152102051951901803010 :5013 :503#24052202102001951804011:5514 :304#24102102001951851704010:2013 :505#24032152102052001952011:3014 :506#24172001951851751703010:3513 :307#24062051951851801703510:14 :50008#241221020019018011-14 -165

12、45二：00409#240821020520019011-14-18525二：2030試驗(yàn)條件：溫度（202 ）C,濕度90%。從表9可以看出，新拌混凝土拌合物的坍落度損失與膨脹劑的摻量有關(guān)系，摻量 越大，坍落度損失越大。而混凝土的凝結(jié)時(shí)間受粉煤灰、膨脹劑的摻量的影響不大， 都能滿足施工的要求。表10正交試驗(yàn)混凝土的學(xué)性能和耐久性指標(biāo)試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度MPa彈性模量（x104MPa）電通量/C組號3d 7d 14d28d56d 3d 7d1#2#3#4#5#6#7#8#9#14d28d7d56d18615171639482198241315694242059396163842021303931494

13、46716724402.3.3試驗(yàn)結(jié)果分析水膠比是影響高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素。高性能混凝土的彈性模量與膠凝材料用量、粗骨料用量有一定關(guān)系，影響因素大 的是粗骨料的用量。在相同水膠比條件下，粗骨料用量大，彈性模量相對較高；在強(qiáng) 度相差不大條件下，膠凝材料用量大，彈性模量稍低。粉煤灰的摻量對混凝土前期強(qiáng)度影響較小，對后期強(qiáng)度影響較為明顯，這是因?yàn)?優(yōu)質(zhì)粉煤灰后期與水泥水化反應(yīng)析出的Ca（OH）2g慢發(fā)生火山灰反應(yīng)，利于后期強(qiáng)度 的增加。高性能混凝土耐久性指標(biāo)電通量主要受粉煤灰的摻量影響較大，早齡期粉煤 灰僅起填充作用，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠致密，有大量的微孔和裂隙存在，電 通量值偏大；

14、在后期，由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，降低了混凝土的內(nèi)部 空隙率，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性，使得電通量值很小， 大大提高了耐久性能。通過對強(qiáng)度和彈性模量采用正交分析是38C和38C均能滿足設(shè)計(jì)要求，但從試驗(yàn)效 果、經(jīng)濟(jì)效益以及對膠凝材料總用量來考慮，選取38C是最好的組合：即W/C二,砂率 Sp=38%,粉煤灰摻量15%。改變膨脹劑摻量(8%、10%、12%)進(jìn)行試驗(yàn)。表11改變膨劑摻量試驗(yàn)結(jié)果序水泥砂碎石粉煤灰膨脹水外加坍落度抗壓強(qiáng)度MPa385660107775375660107775365660107775表12自由膨率試驗(yàn)結(jié)果岸坍落河閣自由膨脹率(x序古初凝

15、，辛m-度r .水中養(yǎng)護(hù)號h:minmm137劑40506010-4)1415015015028劑60mm7d28d56d210215210空氣中養(yǎng)護(hù)37142860123210215210從表11、11:1510:4011:3012可知，隨膨脹劑摻量增加，膨脹率增加，而強(qiáng)度有所降低。膨脹大部分發(fā)生在14d以前，以后只有微小的膨脹，28天趨于穩(wěn)定。水中養(yǎng)護(hù)膨脹較空氣中養(yǎng) 護(hù)的大。終上試配可以得出，東湖特大橋提籃拱C55無收縮混凝土采用了序號1的配合比，即：水泥:砂:碎石:粉煤灰膨脹劑:水:外加劑=385:660:1077:75:40:150:每m3混凝土氯離子含量為：0.228 kg/m3(5

16、00 x%=0.30 kg/m3);總堿含量為：2.565kg/m3( 3 kg/m3)均符合高性能混凝土要求。3混凝土施工控制原材料準(zhǔn)備：各種原材料要準(zhǔn)備充分。東湖特大橋提籃拱C55無收縮混凝土設(shè)計(jì) 方量是606m3,實(shí)際準(zhǔn)備按620m3準(zhǔn)備原材料。原材料經(jīng)試驗(yàn)檢測，質(zhì)量情況都在配合比設(shè)計(jì)要求的可控制范圍以內(nèi)。拌合采用2臺HZS120L攪拌機(jī)，混凝土生產(chǎn)量80 m3/h,拌合站各種衡器都已檢定合 格，每次使用前進(jìn)行零點(diǎn)校核，并進(jìn)行首盤復(fù)核，控制每盤稱量偏差。混凝土拌制前 ，對砂、碎石、粉煤灰含水量測試，并據(jù)測試結(jié)果出具施工配合比。拌合的投料順序 為：砂+碎石+水泥+摻合料攪拌30s，加水，再

17、加外加劑攪拌120s，卸料。檢查試拌混 凝土：工作性能良好，坍落度測試210mm，含氣量?？紤]混凝土的運(yùn)輸時(shí)間在10-20 分鐘內(nèi)，外卜界溫度19-231，濕度大于70%，這與設(shè)計(jì)試配配合比的環(huán)境條件基本一致 ，因此到達(dá)現(xiàn)場的坍落度能滿足施工的要求。在混凝土的拌制及澆注過程中，在拌合站和施工現(xiàn)場分別安排2名試驗(yàn)員，對每 車混凝土的坍落度進(jìn)行測試監(jiān)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，現(xiàn)場泵送 180mm。對于測 試不能滿足要求的（拌合站 190mm或 220mm;施工現(xiàn)場 180mm ），不能用于泵送 頂升，應(yīng)廢棄?；?/p>

18、凝土泵送頂升采用4臺三一HBT60C砼輸送泵，從4個(gè)拱腳同時(shí)泵送，由于運(yùn)距 較近（2.5km ），每臺輸送泵由3臺7m3的輸送罐車供料，保證4個(gè)部位同時(shí)泵料，拱內(nèi) 砼上升速度保持一致，防止鋼管拱受力不均。混凝土的泵送順序是先下管，再上管， 最后是腹板。混凝土抗壓試件留置了60組，彈性模量試件留置了12組，膨脹率試件留置了6組 ，都分別留了標(biāo)養(yǎng)與同條件試件。根據(jù)施工要求，測試了標(biāo)養(yǎng)7天抗壓強(qiáng)度為、同養(yǎng)7天為MPa，同條件養(yǎng)護(hù)10天抗 壓強(qiáng)度為MPa、彈性模量為x】04 MPa，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的90%以上強(qiáng)度可以張拉的條 件。經(jīng)試驗(yàn)測試標(biāo)養(yǎng)28天強(qiáng)度為MPa，同條件養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度為MPa均達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度。28天標(biāo)養(yǎng)膨脹率為，空氣中養(yǎng)護(hù)膨脹率為，并且都趨于穩(wěn)定。4試驗(yàn)體會(huì)水膠比、粉煤灰和膨脹劑摻量是鋼管混凝土的關(guān)鍵和重