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WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】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

2、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=x104MPa。2配合比设计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

3、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 合高性能混凝土的特点，把7 14天的抗压强度、弹性模量作为试配的前期考核依据材料的选择2.2.1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比表面积m2/kg三300342C3A含量芸8SO3含量芸凝结时间初凝三45125(min)终凝 芸600200CL-含量芸抗压强度3d三(Mpa)28d 三总碱含量芸抗折强度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

4、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芸8轻物质含量芸硫酸盐及硫化物 含量芸云母含量芸CL-含量芸有机物含量颜色应不深于标准色比标准色浅吸水率芸2细度模数/含泥量芸泥块含量芸02.2.3 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芸5表观密度kg/m3/2710so3含量芸紧密密度kg/m3/1670CL-含量芸紧密空隙

5、率 %芸4038吸水率芸2针、片状含量芸5含泥量芸压碎指标值芸10泥块含芸0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项目细度标准规定值芸12试验结果试验项目碱含量标准规定值/试验结 果SO3含量芸游离CaO含量芸CL-含量芸CaO含量芸10烧失量芸含水率芸需水量 比芸1009028天抗压强度比三70932.2.5膨胀剂膨胀剂应作为

6、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规定值试验 结果试验项目标准规定值试验 结果细度芸12MgO含量芸SO含量芸凝结时间初凝三451403(min)终凝芸600216CL-含量芸抗压强度7d三20(Mpa)28d三 40总碱含量VNa+限制膨胀率7d三(水中)28dV2.2.6外加剂抗折强度7d三(Mpa)28d三空气中21d三夕卜加剂应选用与水泥相容性好，减水

7、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O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 结果试验项目标准规定值试验结果减水率三20含气量三Na2SO4 含量 芸10坍落度保留值 (mm)30min60min三180三150185165CL-含量总碱含量Na2O+对钢筋锈蚀芸芸10应说明对钢筋无锈蚀无锈蚀3d抗压强度比7d28d相对耐久性指标(200 次)三130三125三120三8014215513392PCA缓凝高效减水剂的相容性试验结果JM-PCA掺量水泥

8、净浆流动度/mm里“ 初始静置30min 30min流动度损失 静置60min 60min流动度损失26025372431726926452561328828352799305-129863062988287192881728025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

9、凝土工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(202 )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试验水胶 比砂率C粉煤 灰膨 胀水砂碎石粉煤灰膨胀剂水外 加组号W/C AS

10、 BP%C剂%D无 kgkg石kgkgkgkg剂 kg1#38158413659107580431502#4020103756901035107541503#422512338721995134641504#3820123406681090100601505#402583357001051125401506#421510375741102375501507#3825103056771105117471508#401512343718107670561509#4220833775010359438150表9新拌混凝土拌合物作性能测试结果试验密度含气坍落度 初 始mm初凝终凝组号Kg/m3量30m

11、in60min90min120min2h损失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试验条件：温度（202 ）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（x104MPa）电通量/C组号3d 7d 14d28d56d 3d 7d1#2#3#4#5#6#7#8#9#14d28d7d56d18615171639482198241315694242059396163842021303931494

13、46716724402.3.3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）2g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；

14、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二,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砂碎石粉煤灰膨胀水外加坍落度抗压强度MPa385660107775375660107775365660107775表12自由膨率试验结果岸坍落河阁自由膨胀率(x序古初凝

15、，辛m-度r .水中养护号h:minmm137剂40506010-4)1415015015028剂60mm7d28d56d210215210空气中养护37142860123210215210从表11、11:1510:4011:3012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：0.228 kg/m3(5

16、00 x%=0.30 kg/m3);总碱含量为：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80 m3/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

17、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，外卜界温度19-231，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

18、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x】04 MPa，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