簡述渝長擴(kuò)能項(xiàng)目C60 高性能混凝土配合比設(shè)計與應(yīng)用

重慶興投實(shí)業(yè)有限公司 重慶 401319

1 工程概況

御臨河特大橋起始于K10+391.081，終止于K11+275，橋長844.5m，斜跨御臨河和渝懷鐵路。該橋地處地貌為侵蝕地貌，河面寬大概237m，河谷寬大概280m，軸線地面高程251.60-140.46-246.50m，相對高差約為111.14m，孔跨布置為：5×40+（110+210+110）+4×40（右幅），3×40+3×40+（110+210+110）+5×40（左幅），主橋?yàn)榇罂缍冗B續(xù)鋼構(gòu)橋，引橋?yàn)檠b配式先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T 梁。引橋橋臺采用U 型重力式橋臺，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)；橋墩采用圓柱墩、柜形墩，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。主橋下部構(gòu)造采用雙肢等截面實(shí)體薄壁墩，橫橋向墩寬8.5m，單肢墩厚為2.5m，雙肢間凈距為5.0m，墩高73m;過渡墩采用空心薄壁墩，最高墩高58m，平均墩高為52m。空心薄壁墩截面尺寸為7.0m×3.0m，壁厚0.6m。全橋共設(shè)計樁徑2m、2.2m、2.5m的樁基礎(chǔ)94 根，均按嵌巖樁設(shè)計；40m 預(yù)制T 梁155 榀，均為后張法預(yù)應(yīng)力T 梁。御臨河特大橋的設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計速度：100km/小時；汽車荷載：公路一Ⅰ級；洪水頻率按1/300 考慮，設(shè)計基準(zhǔn)期：100 年；結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級為一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1；地震基本烈度為Ⅵ度，地震動峰值加速度為0.05g，按Ⅶ設(shè)防。設(shè)計風(fēng)速：27.5m/s。航道標(biāo)準(zhǔn)：御臨河為規(guī)劃Ⅵ級通航。橋梁寬度為16.5m，內(nèi)外側(cè)設(shè)置50cm 寬的墻式防撞護(hù)攔，單幅橋面凈寬為15.50m。施工要求高，安全風(fēng)險較大。

2 配合比設(shè)計思路

御臨河特大橋主體工程根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》。JTGD60-2015 設(shè)計壽命為100 年，橋面混凝土泵送高度最高達(dá)75 米。耐久性和強(qiáng)度是高性能混凝土配合比設(shè)計主要的指標(biāo)，在滿足耐久性和強(qiáng)度的同時，必須考慮水化熱、收縮徐變及工作性。故采用“礦渣粉+硅粉+聚羧酸高性能減水劑”的思路，混凝土試配中摻加S95 級礦渣粉、SF 型硅粉和聚羧酸高性能減水劑。

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011 的要求，同時按照絕對體積法方法計算，配合比設(shè)計采用最小漿集比理論，最大密實(shí)度。滿足新拌混凝土工作性良好，且漿體恰好包裹住集料，在混凝土內(nèi)粗骨料之間的空隙由砂填補(bǔ)，砂中的空隙由水泥填補(bǔ)，硅粉和礦渣粉填補(bǔ)水泥留下的空隙。這樣形成最密實(shí)結(jié)構(gòu)。

3 原材料的選擇

（1）水泥：試配時，采用華新水泥涪陵有限公司生產(chǎn)的華新牌P.O52.5 級普通硅酸鹽水泥。其強(qiáng)度很高，并且水化熱低、C3A含量低、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低。其物理性能見表1。

（2）硅粉：用硅粉取代部分水泥摻入混凝土后可以充分的分散、填充在水泥顆粒的空隙之間，使?jié){體更為致密，硅粉的火山灰活性指數(shù)可達(dá)110，有效取代系數(shù)達(dá)3-4，尤其是對水泥水化后生成的Ca（OH）2有較強(qiáng)的吸收力，形成發(fā)育良好的硅酸鈣凝膠，大大提高混凝土的強(qiáng)度。該工程確定使用重慶惠橋交通科技有限公司提供的HQ 牌SF 型硅粉。檢測結(jié)果如下：二氧化硅含量92.3%；比表面積18.5m2/kg；燒失量3.65%；含水率0.5%；活性指數(shù)93.5%。

（3）礦渣粉：摻入適量礦渣粉，改善混凝土流動性，降低水泥水化熱，提高混凝土抗?jié)B能力，進(jìn)入后期改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高抗?jié)B和抗腐蝕能力。混凝土摻入磨細(xì)礦渣粉后能延緩膠凝材料的水化速度，使混凝土的凝結(jié)時間延長，有利于高溫季節(jié)混凝土的輸送和施工。本工程采用的是重慶祥眾新型建材有限公司S95 級，檢測結(jié)果如下：比表面積459m2/kg；流動度比102%；7d 活性指數(shù)80%；28d 活性指數(shù)97%。

（4）細(xì)骨料：采用中砂，細(xì)度模數(shù)大于2.6，一般在2.7～3.1之間，含泥量（重量比）不大于2%，泥塊含量（重量比）不大于0.5%，并且通過直徑315um 篩孔的顆粒含量不少于15%。本工程采用湖南岳陽細(xì)度模數(shù)MX2.7～2.9 之間的中砂。

（5）粗骨料：粗骨料采用最大粒徑不大于20mm，同時要求隱含在粗骨料中的針片狀顆粒含量不大于5%，含泥量不大于0.5%，泥塊含量（重量比）不大于0.2%，粗骨料巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度之比不小于1.5，本工程采用重慶市巴南天順砂石廠5-10mm 和10-20mm 兩種規(guī)格碎石，巖體抗壓強(qiáng)度為116MPa。

（6）外加劑：外加劑摻入量對混凝土整體工作性能有重要影響，使用量事先經(jīng)過精密計算、試驗(yàn)室科學(xué)配比、現(xiàn)場試配調(diào)整得到的合理摻入量，已求最優(yōu)的摻入量。做混凝土的試配試驗(yàn)：針對不同配方的減水劑選擇不同摻量，測定初始狀態(tài)、30 分鐘、60 分鐘、90 分鐘的混凝土坍落度和擴(kuò)展度。通過結(jié)果對比，最后選擇與混凝土坍落度和擴(kuò)展度比較好的重慶迪翔建材有限公司DXPC-1 緩凝型聚羧酸鹽高性能減水劑。其摻量2.0%為最佳。

（7）拌合用水：地下水。

4 混凝土配合比設(shè)計

（1）試配強(qiáng)度按下式計算（fcu，0）：fcu，0 ≥1.15fcu，kfcu，0=1.15＊60=69.0（MPa）式中fcu，0 為混凝土試配強(qiáng)度，fcu，k 為混凝土設(shè)計強(qiáng)度。

（2）確定砂率。根據(jù)篩分試驗(yàn)確定5-10mm 和10-20mm的碎石的組成比例是2.6:7.4；采用四個不同的砂率35%、36%、37%、38%分別和碎石混合后做表觀密度試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)對比當(dāng)砂率為36%時混合表觀密度最大為2680kg/m3。取基準(zhǔn)砂率為36%試拌，根據(jù)混凝土狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

（3）通過原材料試驗(yàn)得出分析，根據(jù)配合比設(shè)計原則和工程施工的要求，依照相似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，得出下列相關(guān)參數(shù)：混凝土中漿體體積取Vp=0.35，基準(zhǔn)水膠比取0.27。混凝土中含氣量α=3%。采用體積法計算得到：膠材總量：560kg，水：151kg，聚羧酸減水劑摻量為2.0%，11.2kg。

（4）選用砂率為36%。不同的摻量三個因素：水膠比、硅粉和礦渣粉，三個因素在三個不同的水平使用正交試驗(yàn)。三個水膠比分別為0.25、0.27、0.29；硅粉和礦渣粉的摻量為20%、22%、24%。水膠比為0.25，混凝土強(qiáng)度可以滿足要求，但是擴(kuò)展度偏低。會在試拌時粘底。當(dāng)水膠比為0.29。28 天強(qiáng)度可以滿足要求，7 天張拉強(qiáng)度有些偏低。根據(jù)施工要求及經(jīng)濟(jì)性最后確定混凝土的配比為：每立方米混凝土材料用量（kg）水泥:硅粉:礦渣粉：細(xì)骨料:粗骨料:水:減水劑=435:35:90:621:1106:150:11.5

表1 水泥的物理性能指標(biāo)

（5）凝結(jié)時間和坍落度損失的測定。該配合比凝結(jié)時間測定得出，初凝9 小時5 分，終凝12 小時35 分。并依次進(jìn)行了30min 和60min 的坍落度損失測定。

（6）混凝土耐久性能校核。依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》JTGF80-1-2017 和《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》JTG/T3310 的規(guī)定對該配比進(jìn)行耐久性校核。該配合比C60 混凝土耐久性檢驗(yàn)結(jié)果：混凝土電通量，檢測結(jié)果為900C；混凝土抗?jié)B等級，檢測結(jié)果為P20。

5 現(xiàn)場混凝土澆筑情況

從2018 年12 月起御臨河特大橋C60 混凝土開始施工，施工澆筑過程中混凝土施工性能控制得很好，混凝土硬化后的性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求。在生產(chǎn)過程中出機(jī)坍落度控制在220-240mm，到施工現(xiàn)場時澆筑坍落度控制在210-230mm，泵送較為順利。混凝土拆模后氣泡較少、顏色青黑色，很均勻。到2020年11 月底全部澆筑完成。澆筑過程中工地試驗(yàn)室人員從罐車卸料處隨機(jī)抽取混凝土制作試件，同條件養(yǎng)護(hù)，7d 強(qiáng)度在60.5MPa 到64.5MPa 之間，28d 強(qiáng)度在65.0MPa 到74.5MPa 之間，7d 彈性模量在37.8GPa 到42.6GPa 之間。完全滿足7d 張拉和設(shè)計強(qiáng)度等級要求。

6 結(jié)語

綜上所述，通過對C60 高性能混凝土配合比的設(shè)計思路，混凝土用相關(guān)原材料的選擇詳細(xì)分析，得出適合本項(xiàng)目混凝土配合比設(shè)計要求，從而促進(jìn)本項(xiàng)目施工進(jìn)程的有序進(jìn)行，在保證項(xiàng)目質(zhì)量的前提下，加快了項(xiàng)目的完成。