機制砂C50高性能混凝土配合比設計

黨慧媛

摘要：高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土。針對不同用途要求，對耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性提出更高的要求。本文以貴州安紫高速公路40米預制T梁為例介紹機制砂配置C50混凝土的材料選取、配合比設計及使用要點。

關鍵詞：機制砂；高性能；混凝土；配合比；設計

1.引言

高性能混凝土是針對具體應用發展而來的，高性能混凝土的性能比普通混凝土性能的要求更高、更多、更廣泛。我們通過提高原材品質、降低水膠比，調整外加劑摻量、合理控制施工時間，使混凝土具有高的流動性、自密實性、粘聚性、體積穩定性、耐久性。在滿足強度的前提下提高外觀質量，對經濟性進行優化。安紫高速5標段共有橋梁16座。共有1069片預制T梁，其中20米T梁175片；30米T梁548片；40米T梁346片，貴州地區河砂匱乏，從省外運入建設成本大大提高且建設速度會受到嚴重制約，使用機制砂替代河砂，因地制宜已經成為一條切合我國國情的道路。

2.配合比設計

2.1設計思路

用機制砂配制混凝土比普通天然砂配置的混凝土需水量多，所以要通過降低水膠比來達到高的混凝土強度。機制砂中石粉含量較天然砂中含泥量易控制，和水泥更容易水化反應成結晶物，雖然不具備活性，但是增強了混凝土的密實性，提高混凝土的抗滲性。水泥是混凝土強度保證的主要材料，一定要性能穩定，水化熱低，堿含量低的水泥才能配制高性能混凝土。

另外選用級配良好的碎石能提高混凝土流動性，還能降低水泥用量，減少混凝土內部孔隙，對提高混凝土強度及耐久性都有較好的效果。從而使混凝土達到既能滿足施工現場又能節約成本的目的。

2.2原材選取

2.2.1水泥

水泥是決定混凝土質量高低的最重要材料，要選取穩定性好、水化熱低、需水量小的水泥。其細度、堿含量、游離氧化鈣、氯離子含量會影響混凝土需水量、凝結時間和耐久性性能。水泥加水形成水泥漿可以填充混凝土縫隙，攪拌后和砂、碎石充分混合后膠結成形，是混凝土由不定形態轉變為承受一定力的定型固態的決定性材料。

本工程選用貴州紫云西南P.O42.5水泥經檢測各項指標符合要求

2.2.2 機制砂

天然砂顆粒圓潤，表面光滑，對混凝土工作性十分有利。機制砂適應缺乏天然砂的地區，可以通過人為的破碎篩選出粒徑、級配合理的機制砂，且機制砂顆粒尖銳更容易和水泥粘結，但是其需水量較高，所以要控制水膠比來控制混凝土強度。機制砂顆粒形狀和級配不合理會導致拌合物流動性下降。使用機制砂配制C50混凝土要嚴格控制機制砂細度模數控制為粗砂為宜，機制砂的細度模數影響著混凝土的砂率及用水量，砂率高用水量大，坍落度損失快。砂率低時容易產生泌水和離析且混凝土流動性低。同時機制砂的石粉含量對混凝土水泥用量及和易性有很大影響，石粉含量高需水量增加降低混凝土強度，石粉含量過低會增加水泥用量骨料包裹不好，以5%-7%效果最好。

本工程機制砂檢測指標如下：

2.2.3碎石

碎石的最大粒徑和級配影響著混凝土的砂率、用水量和工作性。在粒徑允許范圍內盡量選擇大粒徑碎石可以提高混凝土強度并降低砂率和用水量因而降低混凝土成本。配置高性能混凝土應選用材質好的碎石（無風化巖和軟質巖），選用兩級級配碎石摻配成最大粒徑為19mm的級配碎石。嚴格控制碎石的針片狀含量，提高混凝土工作性。

本工程選用碎石檢測指標如下：

2.2.4拌合用水

拌合用水要嚴格控制堿含量和氯離子含量。水中的堿會和骨料引起堿骨料反應，所以要嚴格控制水的堿含量。氯離子含量超標將會腐蝕鋼筋降低混凝土構件的耐久性。

本工程用水檢測指標如下：

2.2.5外加劑

選用外加劑應同時滿足以下原則：對應性，根據混凝土功能選用相符的外加劑種類；適應性，根據砂石料、水泥的種類及配合比強度等級確定外加劑的摻量及減水率；經濟性，選擇的外加劑盡量的在滿足混凝土需求的前提下降低成本已達到創造效益的目的。

本工程采用的是山西黃河新型化工有限公司的HJSX-A聚羧酸高性能減水劑（緩凝型），產品檢測指標如下：

2.3配合比設計要求

強度要求C50、彈性模量Ec=3.45*104、坍落度140-180mm、和易性良好、總堿含量小于3.0Kg/m?、總氯離子含量小于0.06%。

2.4配合比設計步驟

2.4.1混凝土配置強度的確定

fcu，0=fcu，k+1.645×σ=50+1.645×6.0=59.9Mpa

2.4.2計算水膠比

W/B=αa×fb/（fcu，0+αa×αb×fb）

=0.53×42.5×1.16/（59.9+0.53×0.2×42.5×1.16）=0.4

根據JTG/T F50-2011要求，取W/B=0.30。

2.4.3確定用水量

根據混凝土配合比設計規程查表計算用水量，取外加劑減水率為31.0%，則摻加外加劑后每立方米混凝土的用水量根據計算得出用水量為149Kg/m?。

2.4.4計算每方混凝土水泥用量

mb0 =149÷0.30=497㎏/m3，水泥用量為497kg/m3.

2.4.5確定每方砂石用量

選用基準砂率為43%，假定混凝土容重為2450Kg/m?

mso+mgo=2450-497-149=1804

mso/（ mso+mgo）=0.43

得 mso=776㎏

mgo=1028㎏

2.4.6得出初步配比?如下：

2.4.7保持用水量不變水膠比減少（增加）0.05，砂率增加（減小）1%得出另外兩個試拌配比?、?：

2.4.8經試驗得出三個配合比的新拌混凝土性能及7天、28天強度：

考慮到現場施工和綜合成本選用配合比?。

2.4.9計算堿含量及氯離子含量

各材料中堿含量：水泥0.49%；外加劑2.15%；水144.2mg/L

配合比總堿含量=497×0.49%+7.44×2.15%+149÷1000×0.1442=2.616Kg/m3<3.0Kg/m3，符合要求。

各材料中氯離子含量：水120.46mg/L；外加劑0.022%；水泥0.016mg/L

配合比氯離子含量=[（149÷1000×0.12046+7.44×0.022%+497×0.016%）/497]×100=0.02 %<0.06%，符合要求。

3機制砂混凝土使用過程中應注意的問題

機制砂在混凝土結構工程中應用還處于研究階段，因地制宜的推廣機制砂在混凝土特別是橋梁工程中的應用。要注意以下幾個方面：

1、機制砂的顆粒級配。選用合適的生產設備和制砂工藝，安紫高速選用31.5mm碎石破碎機制砂同時輔以超徑顆粒循環系統生產的機制砂，確保了級配的穩定性。

2、控制機制砂中石粉含量，使其達到合理的范圍不僅可以改善混凝土的和易性還可以提高混凝土強度。

3、加強機制砂配比的研究，全方位的研究機制砂混凝土的各項性能。

4、機制砂混凝土攪拌過程也要注意。不易采用小型攪拌設備，需用大型強制攪拌機才能滿足混凝土的各項性能尤其是混凝土外觀質量。

外加劑成分也是機制砂混凝土的重要影響因素。外加劑應與其他原材相適應，隨天氣、運輸距離和使用時間及時調整摻量避免混凝土坍落度損失過大影響施工，同時對拌合站和現場混凝土做坍落度試驗掌握實時情況及時對原材各組分做出微調保障現場施工順利，對成型構件做外觀和強度跟蹤記錄發現問題及時解決。

4應用總結

高性能混凝土是通過使用低水灰比高質量砂石料來使用P.O42.5水泥配制生產C50混凝土，原材選用必須嚴謹否則造成以增加水泥用量來彌補砂石料質量缺陷的現象就失去了高性能混凝土的意義，安紫高速2#預制梁場已使用此配合比生產T梁121片，拆模后顏色均勻一致、無開裂，回彈強度7天達到45.7MPa，28天強度評定大于50MPa，獲得業主的肯定被選為亮點工程。

參考文獻

[1]中華人民共和國建設部 《普通混凝土配合比設計規程 JGJ55-2011》 北京，中國建筑出版社 2011

[2]中華人民共和國交通運輸部 《公路橋涵施工技術規范 JTG/T F50-2011》 北京 人民交通出版社 2011

[3]交通部公路科學研究院 《公路工程水泥混凝凝土外加劑與摻合料應用技術指南 》人民交通出版社 2006

（作者單位：中鐵十五局集團有限公司計量測試中心）