淺析Ｃ５０混凝土配合比設計

陳　豐　余　瓊

摘要:C50混凝土普通運用于高速公路橋梁的上部構造中,由于混凝土配合比設計不合理,引起混凝土的強度不合格、收縮裂縫、外觀等質量缺陷的現象常有發生,同時造成生產成本的增大。本文論述了C50混凝土在原材料的選擇及配合比確定時注意的要點,供C50混凝土配合比設計時參考。

關鍵詞:原材料的選擇;配合比的確定

在橋梁的上部結構中,如梁板等混凝土的設計強度基本上采用C50混凝土或大于C50的混凝土。所以對C50以上混凝土的原材料的選擇、配合比的設計、混凝土的施工是至關重要的。下面就對C50混凝土配合比的設計及原材的選擇注意要點作如下簡述。

1 原材料

1.1 集料

混凝土中集料體積大約占混凝土體積的3/4,由于所占的體積相當大,所以集料的質量對混凝土的技術性能和生產成本均產生一定的影響,在配制C50混凝土時,對集料的強度、級配、表面特征、顆粒形狀、雜質的含量、吸水率等,必須認真檢驗,嚴格選材。這樣才能配制出滿足技術性能要求的C50混凝土,同時又能降低混凝土的生產成本。

1.1.1 細集料

砂材質的好壞,對C50以上混凝土的拌和物和易性的影響比粗集料要大。優先選取級配良好的江砂或河砂。砂的細度模數宜控制在2.6以上,細度模數小于2.5時,拌制的混凝土拌和物顯得太粘稠,施工中難于振搗,且由于砂細,在滿足相同和易性要求時,增大水泥用量。這樣不但增加了混凝土的成本,而且影響混凝土的技術性能,如混凝土的耐久性、收縮裂縫等。砂也不宜太粗,細度模數在3.3以上時,容易引起新拌混凝土的運輸澆筑過程中離析及保水性能差,從而影響混凝土的內在質量及外觀質量。C50泵送混凝土細度模數控制在2.6~2.8之間最佳,普通混凝土控制在3.3以下。另外還要注意砂中雜質的含量,比如云母、泥的含量過高,不但影響混凝土拌和物的和易性,而且影響混凝土的強度、耐久性,引起混凝土的收縮裂縫等其他性能。含泥量不超過2%,云母含量小于1%。

1.1.2 粗集料

粗集料的強度、顆粒形狀、表面特征、級配、雜質的含量、吸水率對C50混凝土的強度有著重要的影響。

配制C50以上混凝土對粗集料的強度的選取是十分重要的,高強度的集料才能配制出高強度的混凝土。應選取質地堅硬、潔凈的碎石。其強度可用巖石立方體強度或碎石的壓碎指標值來測定,巖石的抗壓強度應比配制的混凝土強度高50%。一般用碎石的壓碎指標值來間接判定巖石的強度是否滿足要求。碎石的壓碎指標值小于12%。

粗集料的顆粒形狀、表面特征對C50以上混凝土的粘結性能有著較大的影響。應選取近似立方體的碎石,其表面粗糙且多棱角,針片狀總含量不超過15%。影響C50以上混凝土的強度重要因素有集料的強度、水泥石、水泥石與集料之間的粘結強度,而混凝土中最薄弱的環節是水泥石和集料界面的粘結。由于粗集料的表面粗糙、粒徑適中,這樣提高了混凝土的粘結性能,從而提高了混凝土的抗壓強度。

集料的級配是指各粒徑集料相互搭配所占的比例,其檢驗的方法是篩分。級配是集料的一項重要的技術指標,對混凝土的和易性及強度有著很大的影響。配制C50混凝土最大粒徑不超過31.5mm,因為C50混凝土一般水泥用量在440~500kg/m3,水泥漿較富余,由于大粒徑集料比同重量的小粒徑集料表面積要小,其與砂漿的粘結面積相應要小,其粘結力要低,且混凝土的均質性差,所以大粒徑集料不可能配制出高強度混凝土。集料的級配要符合要求且集料的空隙要小,通常采用二種規格的石子進行摻配。如5~31.5mm連續極配采用5~16mm和16~31.5mm二種規格的碎石進行摻配。5~25mm連續級配采用5~16mm和10~25mm二種規格進行摻配。

集料中的泥土、石粉的含量要嚴格控制,其含量大,不但影響混凝土拌和物的和易性,而且降低混凝土的強度,影響混凝土的耐久性,引起混凝土的收縮裂縫等。其含泥量要小于1%。

1.2 水泥

優先選取旋窯生產其強度等級42.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,旋窯生產的水泥質量穩定。水泥的質量越穩定,強度波動越小。對未用過的水泥廠要進行認真調研。

1.3 外加劑

因C50混凝土的水泥用量比較大,水灰比低,強度要求高,混凝土拌和物較粘稠,這樣給混凝土的施工提出了更高的要求,為了滿足混凝土的性能及施工要求,改善混凝土的和易性及提高性能,同時降低水泥用量,減少工程成本,外加劑的選擇尤為重要。選用外加劑因著重從以下幾個方面考慮:延緩混凝土的初凝時間,提高混凝土的早期強度,增加后期強度,減少混凝土坍落度的損失,與水泥的相容性,外加劑的穩定性。通常選用高效減水劑、高效緩凝減水劑,高效早強減水劑。

2 配合比的設計

2.1 配合比的計算

2.1.1 試配強度的確定通常C50混凝土施工配制強度要求≥59.9MPa,其計算式如下:

fcu0 =fcuk+1.645σ

式中fcu0——混凝土的施工配制強度,MPa

fcuk——混凝土的設計配制強度,MPa

σ——施工單位的混凝土強度標準差,MPa

水灰比的確定:C50混凝土宜采用以下0.30 、0.32、0.34、0.36、0.38五個水灰比進行試拌,來確定最佳水灰比。通常采用0.34作為基準水灰比。

用水量的確定:根據石料的粒徑,高效減水劑的減水率及摻量來確定,一般坍落度為75~90mm時,用水量宜控制在145~160Kg/m3,坍落度在170~200mm時,用水量宜控制在160~170Kg/m3。

砂率:坍落度在75~90mm時,宜取0.28-0.33。坍落度在170~200mm時,宜取0.37~0.40。

砂、石用量:按絕對體積法計算。

2.2 試拌調整

使用試拌機前,應用與試配時混凝土配合比相同的水灰比及灰砂比進行涮膛,以免正式試拌時水泥砂漿粘附桶壁。試拌量應不小于試拌機額定量的1/4,混凝土的攪拌方式及加料,宜與生產時使用的方法相同,特別是外加劑的摻法,是同時摻還是后摻。試拌得出的拌和物坍落度不能滿足要求或粘聚性和保水性不好時,應保證水灰比不變的條件下,相應的調整水量和外加劑的摻量或砂率,用水量調整的幅度不能過大,因C50混凝土的水灰比低,增加用水量相應水泥用量的增大幅度較大。如通過以上調整,混凝土拌和物仍不能滿足混凝土運輸、泵送等施工工藝的要求或混凝土的性能要求,則要考慮重新選擇水泥或外加劑,或聯系減水劑生產廠家調整好減水劑與水泥的適應性。

混凝土拌和物坍落度的檢驗,應測定0min、30min、60min、90min的坍落度。因拌出的混凝土要經過運輸才入模,如果混凝土的坍落度損失過大,導致運至現場的混凝土無法入模澆注。因此配合比設計時要認真考慮,混凝土在運輸、泵送等施工工藝過程中的坍落度的損失,確保混凝土入模時的坍落度。

2.3 配合比的確定

當拌和物實測密度與計算值之差的絕對值不超過計算值2%時,可不調整。大于2%時按《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2000規定進行相應的調整。C50混凝土配合比確定后,應對配合比進行6~8次的重復試驗進行驗證,其平均值不應低于配制的強度值,確保其穩定性,因有些因素對普通混凝土(C40以下)影響不大,但對C50混凝土(C50以上)的影響往往比較顯著。

3 結語

配制C50橋梁混凝土應選用優質原材料,水泥要求42.5級以上的旋窯水泥;粗集料要求最大粒徑31.5mm、堆積密度大、含泥量少、針片狀少;細集料要求細度模數2.6以上、含泥量低;外加劑應根據季節要求優選高效減水劑或緩凝高效減水劑,以滿足施工需要和強度要求。以上僅為本人在實際施工中的點滴經驗,供同行們參考。

參考文獻

[1]中國建筑科學研究院.JGJ/T55-2000 混凝土配合比設計規程[S].北京:中國建筑工業出版社, 2001.