C50自密实补偿收缩混凝土配合比试验研究_李影丛.pdf

NORTHERN ARCHITECTURE收稿日期：2022-04-29作者简介：李影丛（1990），男，河北省保定市人，工程师，从事工程施工工作。0引言自密实混凝土具有较多优点：不需要振捣，省工、省时，能有效克服施工现场的各种条件，降低工人劳动强度的同时提高生产效率；改善混凝土质量，由于自密实混凝土能克服混凝土内部的应力，有效填充构筑物，因此不会出现表面气泡或蜂窝麻面等病害；增加了设计的自由度，设计时不需要考虑施工振捣等因素，可以成型形状复杂、薄壁、密集配筋的结构。自密实混凝土也存在部分缺点，例如，干燥收缩较普通混凝土大，耐久性差等。因此，在自密实混凝土中添加粉煤灰、矿粉等矿物活性材料，同时掺加膨胀剂，能有效解决耐久性及干缩的问题，至此，自密实补偿收缩混凝土应运而生。配制混凝土，首先要进行配合比设计，具体按照 自密实混凝土应用技术规程 JGJ/T 28320121C50 自密实补偿收缩混凝土配合比试验研究李影丛（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津300100）摘要：本文首先阐述了自密实混凝土具有的优点及缺点，并结合新建赣州到深圳铁路跨国道G205特大桥工程96 m系杆拱桥自密实混凝土施工经验，研究最优的C50自密实补偿收缩混凝土配合比。研究发现外掺料的掺量对自密实混凝土的性能影响较大。通过改变外掺料的掺量，对C50自密实混凝土进行配合比设计。根据试验数据对比，得出外掺料掺量为8%时的配合比为最优的C50自密实补偿收缩混凝土配合比。通过对该配合比的研究，提高了该工程的经济效益，为后续同类型混凝土的施工提供了经验。关键词：C50自密实补偿收缩混凝土；外掺料掺量；配合比中图分类号：U444文献标识码：A文章编号：2096-2118（2023）01-0028-05Experiment Study of C50 Self-Compacting CompensationShrinkage Concrete Mix ProportionLI Yingcong（The 2nd Engineering Co.，Ltd.of China Railway 16th Bureau Group，Tianjin300100，China）Abstract：This paper first expounds the self-compacting concrete has the advantages and disadvantages，and thencombined with the construction experience of 96 m tied arch bridge of G205 Super Bridge of Ganzhou to Shenzhen Railway，the optimal mix proportion of C50 self-compacting shrinkage-compensating concrete is studied.Itis found that the amount of admixture has a great influence on the performance of self-compacting concrete.Bychanging the amount of admixture，the mix proportion of C50 self-compacting concrete is designed.According tothe comparison of test data，the optimum mix proportion of C50 self-compacting shrinkage compensating concreteis obtained when the admixture content is 8%.Through the research of the mix proportion，the economic benefit ofthe project is improved，and the experience is provided for the following construction of the same type of concrete.Keywords：C50 self-compacting compensation shrinkage concrete；content of external admixture；mix proportion北方建筑工程科技第 8 卷第 1 期 2023 年 2 月28NORTHERN ARCHITECTURE中的要求进行计算和设计，计算的过程采用绝对体积法。区别于普通混凝土配合比设计规程 JGJ5520112的配合比计算步骤，JGJ/T 2832012 中配合比设计步骤第一步优先限定了碎石的用量。试验表明，限定了碎石用量后，外掺料的掺量的改变对混凝土最终的胶凝材料用量、拌和物的和易性及配合比设计的合理性有很大的影响，所以，本文通过改变外掺料的掺量进行不同的配合比设计，最终通过工作性能、经济性、耐久性及强度等指标的比较，选择最优配合比。1工程概况新建赣深铁路跨国道 G205 特大桥结构型式为96 m 系杆拱桥，基础为钻孔灌注桩基础，单层承台，特殊矩形桥墩。拱桥系梁按整体箱形梁布置，采用单箱三室预应力混凝土箱型截面，梁体全长 100 m，结构设计为刚性系梁刚性拱。拱肋采用悬链线线型，上下弦管采用自密实补偿收缩混凝土。为保证混凝土强度及耐久性满足设计要求、工作性能满足施工工艺要求、性价比高，特进行自密实混凝土的配合比设计，以此生产混凝土，用于系杆拱拱肋弦管钢管填充。2试验过程2.1配合比设计原理系杆拱拱肋弦管自密实补偿收缩混凝土的施工工艺为两侧均匀大方量泵送，中间不允许出现泵送长时间中断，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。同时由于钢管内钢筋较密集，其内部无法振捣，需要混凝土要拥有“自密实”的能力，具备良好的填充性、间隙通过率高、抗离析性好。设计要求混凝土的强度等级为 C50，为了保证强度，要求水胶比足够小，为了同时满足低水胶比及大坍落度的要求，必须使用高性能减水剂来减少用水量，提高混凝土的整体性能及强度。用混凝土对弦管进行填充，混凝土与弦管共同承载整体结构的受力，因此混凝土填充的密实性非常重要。普通混凝土硬化成型的过程中产生水化反应，其中多余的自由水会蒸发，这会引起混凝土的收缩及开裂，对混凝土填充的密实性产生不良的影响。为了解决这一问题，混凝土中要掺入一定量的膨胀剂，对混凝土的收缩进行补偿。随着混凝土技术的发展，多种外掺料被应用于施工中，其中粉煤灰及矿粉是最常见且使用最广泛的外掺料材料。粉煤灰的颗粒圆润，且颗粒较大，能较好的填充水泥水化热产物的间隙，同时作为载体吸附水泥水化热产物，混凝土中加入一定掺量的粉煤灰来替代水泥，能有效降低混凝土的前期水化热、增加混凝土的密实性及后期强度、提高混凝土的泵送性能等诸多优点；矿粉是高炉矿渣经研磨后具有较高活性指数的粉体，经试验表明，矿粉能够提高混凝土的粘聚性、减少坍落度损失、提升混凝土的耐久性。粉煤灰与矿粉双掺，能使两种外掺料的性能互补和增加，既减少了水泥用量，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。所以配合比设计过程中，采用粉煤灰和矿粉作为外掺量进行双掺设计3。2.2原材料的生产厂家及规格1）水泥：由英德海螺水泥有限责任公司生产的P O42.5 水泥，密度为 3 090 kg/m3。2）粉煤灰：由广州恒运热电厂有限责任公司生产的 C50 及以上粉煤灰，密度为 2 400 kg/m3。3）磨细矿渣粉：由日照京华新型建材有限公司生产的 S95 级磨细矿渣粉，密度为 2 900 kg/m3。4）细骨料：由观音阁砂厂生产的河砂（中砂），表观密度为 2 690 kg/m3。5）粗骨料：由凯周碎石场生产的 5 mm10 mm及 10 mm20 mm 两种规格的碎石，按 5 mm10mm10 mm20 mm=30%70%掺配，组合成 5 mm20mm 连续级配碎石，表观密度为 2 700 kg/m3。6）减水剂：由中铁十六局集团物贸有限公司（菏泽）分公司生产的 16WM-3 型聚羧酸系高性能减水剂（缓凝型），掺量 1.0%，密度为 1 066 kg/m3。7）水：地下水，密度为 1 000 kg/m3。8）膨胀剂：四川恒泽建材有限公司生产的 HZ16 型膨胀剂，密度为 2 700 kg/m3。2.3配合比设计根据现场的实际情况，外掺料选择 S95 级矿粉及 I 级粉煤灰，同时根据现场材料的各项指标及规范对掺量的要求，对矿粉及粉煤灰掺量均为 8%，10%，12%分别进行设计计算及试拌。2.3.1按照矿粉及粉煤灰均为8%的掺量配合比设计应确定拌和物中粗骨料体积、砂浆中砂的体积分数、水胶比、胶凝材料用量、外掺料的比例等参数。1）确定粗骨料体积分数 Vg。依照 自密实混凝土应用技术规程 JGJ/T 2832012 中表 5.2.1 填充第1期李影丛：C50自密实补偿收缩混凝土配合比试验研究29NORTHERN ARCHITECTURE性为 SF1 时混凝土中粗骨料体积的选取范围为0.320.35，根据经验及试拌结果，选取 0.35。2）确定每立方米粗骨料的质量 mg。每立方米混凝土中粗骨料的质量可按下式计算：mg=Vg g=0.352 700=945 kg（1）式（1）中：Vg为粗骨料体积分数，g为碎石的表观密度，取 2 700 kg/m3。3）确定砂浆体积分数 Vm。砂浆体积分数可按下式计算：Vm=1-Vg=0.65（2）式（2）中：Vm为砂浆占整体混凝土的体积分数，Vg为碎石占整体混凝土的体积分数。4）确定砂浆中砂的体积分数 s。规范中推荐的砂浆中砂的体积分数可取 0.420.45，根据砂的粗细程度，选取 s为 0.43。5）确定每立方米细骨料的质量 ms。每立方米混凝土中砂的体积分数 Vs和质量 ms可按下列公式进行计算：Vs=Vms=0.650.43=0.28（3）式（3）中：Vs为每立方米混凝土中砂的体积分数。ms=Vs s=0.282 690=753 kg（4）式（4）中：s为砂的表观密度，取 2 690 kg/m3。6）确定浆体体积分数 Vp。浆体体积分数可按下式计算：Vp=Vm-Vs=0.65-0.28=0.37（5）式（5）中：Vp为每立方米混凝土中浆体的体积分数。7）确定每立方米混凝土中胶凝材料的表观密度 b。由于本次设计配合比采用水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂 4 种胶凝材料，所以根据各自的掺量及表观密度确定，可按式（6）计算：b=1/m+（1-）c=2 703 kg/m3（6）式（6）中：为自密实混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，%；m为矿物掺合料密度，kg/m3；c为水泥密度，kg/m3。8）确定配制强度。自密实混凝土设计强度为C50，所以取配制强度取标准差为 6.0 MPa，则采用式（7）确定配制强度：fcu，0fcu，k+1.645=50+1.6456.0=54.9 MPa（7）式（7）中：fcu，0为混凝土立方体配制强度标准值，MPa；fcu，k为混凝土立方体抗压强度标准值（设计强度），MPa；为混凝土配制强度取标准差。9）选定水胶比。水胶比通过式（8）进行计算：mw/mb=0.42fce（1-+）/（fcu，0+1.2）=0.32（8）式（8）中：mw为每立方米混凝土中用水的质量，kg；mb为每立方米自密实混凝土中胶凝材料用量，kg；fce为水泥强度等级，MPa；为自密实混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，%（此处为 16%）；为矿物掺合料的胶凝系数，无量纲（此处取 0.4）根据现场的实际施工水平及拌和站的生产状况，0.32 的水胶比可行，所以最终选定水胶比为 0.32。10）确定每立方米自密实混凝土中胶凝材料用量（mb）。可根据自密实混凝土中的浆体体积分数（Vp）、胶凝材料