无收缩混凝土配合比设计及施工控制

1、无收缩混凝土配合比设计及施工控制武广客运专线东湖特大桥112m提篮拱桥陈昌杰 李 波摘要通过客运专线东湖特大桥112m提篮拱钢管混凝土的配合比设计及施工，阐述了无收缩混凝土的特点和施工过程的控制要点关键词 客运专线 提篮拱 钢管混凝土 配合比设计 无收缩混凝土 控制要点1 工程概况东湖特大桥位于武汉市洪山区森林公园内，主桥 112m提篮拱梁全长116m，计算跨长 112m，矢跨比为1:5,拱肋平面内矢高22.4m，拱肋采用悬链线线型。提篮拱桥系梁按整体 箱形梁布置，采用单箱三室预应力混凝土箱形截面，桥面宽17.8m，梁高2.5m。提篮拱桥钢管内采用C55无收缩混凝土填充，混凝土弹性模量 Ec=

2、3.60X104MPa。2 配合比设计2.1 前言客运专线混凝土结构的使用年限为 100年，混凝土配合比设计理念应以高性能混凝土 的耐久性作为主要指标， 重点是在原材料的选配上。 高性能混凝土是通过对原材料的优选 和质量控制、配合比优化、生产过程的严格控制，使生产的混凝土拌合物具有良好的工作 性，对于提篮拱钢管拱桥的混凝土而言，其自密实性有较高的要求；另外，还要求混凝土 和钢管应具有良好的粘接， 但还不能因为混凝土的膨胀而产生内应力， 这就要求混凝土要 具有合适的补偿收缩能力。 由于钢管混凝土拱桥的施工加载顺序决定了混凝土应具有较高 的早期强度和刚度，以确保拱肋的线性符合设计要求，结合高性能混

3、凝土的特点，把714天的抗压强度、弹性模量作为试配的前期考核依据。2.2 原材料的选择2.2.1 水泥对于高强度的高性能混凝土，要求选用低水化热、低碱水泥 ,试验选用湖北黄石华新水泥股份有限公司生产的堡垒牌P.O52.5水泥表 1 水泥性能指标试验项目标准规定值试验结果试验项目标准规定值试验结果2比表面积 m2/kg> 300342C3A含量%<87.76S03含量%<3.52.78凝结时间初凝台5125（min）终凝<600200CL- 含量 %0.060.02抗压强度3d丝3.027.2（ Mpa ）28d荷2.559.1总碱含量 %<0.800.54抗折强度

4、3d>4.06.4Na2O+0.658K2O（ Mpa ）28d二7.09.12.2.2 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 砂性能指标试验项目标准规定值试验结果试验项目标准规定值试验结果坚固性 %<83.46轻物质含量 %<0.50.30硫酸盐及硫化物含量 %<0.50.24云母含量 %<0.50.23CL- 含量 %<0.020.01有机物含量颜色应不深于标准色比标准色浅吸水率 %<20.73细度模数/2.8含泥量 %<2.00.6泥块含量

5、 %<0.2502.2.3 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 碎石性能指标试验项目标准规定值试验结果试验项目标准规定值试验结果坚固性 %<53.143表观密度 kg/m3/2710SO3含量%<0.50.26紧密密度 kg/m3/1670紧密空隙率CL 含量 %0.020.046%< 4038吸水率 %<20.2针、片状含量 %<53.5含泥量 %切.50.2压碎指标值 %<

6、107.1泥块含量 %0.250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2.2.4 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项目标准规定值试验结果试验项目标准规定值试验结果细度 %< 124.8碱含量 %/1.07S03含量%<3.00.87游离CaO含量%<1.00.26CL- 含量%<0.020.01CaO含量%<103.84烧失量

7、 %<3.02.8含水率 %<1.00.30需水量比 %<1009028天抗压强度比 %身0932.2.5 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-MC低碱型混凝土膨胀剂。表5 膨胀剂性能指标试验项目标准试验试验项目标准试验规定值结果规定值结果细度< 126.7MgO 含量 %<5.02.4S03含量%凝结时间 初凝台5140<3.52.78(min) 终凝<

8、600216CL- 含量%<0.050.05抗压强度7d支031.3总碱含量 %Na2O+0.658K 2O切.750.67限制膨胀率7d丸.0250.030(水中 )28d0.100.07(Mpa)28d台044.6抗折强度7d為.56.2(Mpa)28d为.58.7空气中21d=0.020-0.0102.2.6 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 外加剂性能指标试验项目标准规定值试验结果试验项目标

9、准规定值试验结果减水率> 2025.7含气量 %濾.03.2Na2SO4含量 %<100.73坍落度保留值30min羽80185(mm)60min羽501653d羽30142CL- 含量 %0.200.02抗压强度比 %7d羽25155总碱含量 %N a 2O+0.658K 2O<101.6428d羽20133对钢筋锈蚀应说明对钢筋 无锈蚀无锈蚀相对耐久性指标(200次)%为092表7华新P.O52.5水泥与江苏博特JM-PCA缓凝高效减水剂的相容性试验结果水泥净浆流动度 /mmJM-PCA 掺量 %初始静置 30min30min 流动度损失静置 60min60min流动度损

10、失0.72602537243170.82692645256130.9288283527991.0304305-129861.13062988287191.23052881728025由表7试验结果可知 ,该减水剂与水泥相容性良好 ,掺量在 1.0%以上时水泥净浆的流动性能已趋于稳定 ,掺量 1.0%时流动度损失最小 ,为最佳掺量。2.2.6 水试验采用饮用水。2.3 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

11、程施工质量验收补充标准铁建设 2005160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(20i2)C ,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180220mm，混凝土的配制强度为 64.9MPa。2.3.2配合比试配采用 L9（3 4）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试验水胶 比砂率 Sp粉煤 灰组号W/C%ABC膨胀水砂 k

12、g碎剂泥石% Dkgkg1#0.2838158413659107580431505.362#0.284020103756901035107541505.363#0.28422512338721995134641505.364#0.303820123406681090100601505.005#0.30402583357001051125401505.006#0.30421510375741102375501505.007#0.323825103056771105117471504.698#0.32401512343718107670561504.699#0.324220833775010359

13、4381504.69外 粉煤灰 膨胀剂 水加kgkgkg剂kg表 9 新拌混凝土拌合物作性能测试结果试验组号1#2#3#4#5#6#7#8#9#密度含气3Kg/m 3量%24203.424153.324053.124103.524033.424173.424063.324123.224083.3初始30min60min90min200195185180210205195190220210200195210200195185215210205200200195185175205195185180210200190180210205200190坍落度 mm初凝终凝120min2h损失h:minh:

14、min1802011：4014：301803010：5013：501804011：5514：301704010：2013：501952011：3014：501703010：3513：301703510：5014：001654511：0014：401852511：2014：30试验条件：温度（20i2）C，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试验抗压强度MPa弹性模量（x 104MPa）电通量/C组号3d7d14d28

15、d56d3d7d14d28d7d56d1#45.453.157.662.068.43.343.583.824.2718615172#42.150.455.860.965.63.313.463.744.1716394823#41.848.653.157.762.33.273.323.704.1519824134#40.747.752.959.263.13.513.693.914.3515694245#43.150.856.360.465.73.503.703.944.4220593966#41.549.253.358.864.63.423.543.824.3616384207#40.446.84

16、9.752.259.83.283.353.684.1621303938#38.943.447.150.956.43.113.243.514.1114944679#39.344.148.852.358.13.243.333.594.1316724402.3.3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（0H）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，