混凝土預制管配合比設計與應用

姚全營 ，楊 易

1.中國港灣西部非洲區域公司，科特迪瓦 999063 KTDW

2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000

1 工程概況

科特迪瓦PK24工業園一期項目土地開發面積為1.27km2，雨排水管網總長度約為2.1萬m，其中鋼筋混凝土管約2萬m，直徑為300～2000mm。

該項目位于西非，當地社會經濟較為落后，當地鋼筋混凝土管預制件價格較高，雨排管網多為明渠和箱涵。項目部為取得核心技術并降低施工成本，引進了國內成熟的懸輥制管成套設備，按國標Ⅱ級鋼筋混凝土管進行設計和自主施工。

2 配合比設計

該試驗主要選取了砂率、膠凝材料總量、水灰比進行了力學試驗研究。運用強度對比方法，進行混凝土配合比的設計和結果分析，配置混凝土預制管配合比。

2.1 混凝土原材料

（1）水泥。水泥是混凝土中最主要的材料，它在混凝土中起到膠凝和填充作用。科特迪瓦主要生產的水泥如下：①CPA-CEM Ⅰ——波特蘭水泥；②CPJ-CEM Ⅱ/A 和B——波特蘭復合水泥；③CHF-CEM Ⅲ/A和B——礦渣硅酸鹽水泥。

根據該工程技術標準要求，優先選擇CPA42.5波特水泥，這種水泥質量穩定。水泥的質量越穩定，強度波動越小。為了快速脫模、快速投入使用，選用R“快凝”的水泥，采用CPA42.5R水泥，這種主要用于水泥快速脫模的鋼筋混凝土或預應力混凝土預制，符合施工技術要求。

（2）粗集料。粗集料采用4～10mm規格碎石，碎石級配及物理性能如表1、表2所示。

表1 粗骨料集料篩分

表2 粗骨料物理性能

（3）細集料。細集料采用機制砂，級配如表3所示。

表3 細集料篩分及篩分表

2.2 混凝土配合比計算

（1）干硬性混凝土的配合比設計原理和步驟，與普通混凝土并無多大區別。由于干硬性混凝土用水量少、水灰比小，普通混凝土的成型方法不適用于干硬性混凝土。但干硬性同普通塑性混凝土一樣，通過多次配比試驗，通過實際試驗找出混凝土強度與水灰比的關系，以及用水量與干硬度的關系[1]。

（2）根據設計強度，計算配置強度；在根據CPA42.5R水泥28d強度，計算出配合比水灰比。確定配比的水灰比0.36及選取每方混凝土用水量140kg。然后，計算水泥用量389kg和骨料用量，選定合適的砂率，計算出配合比。

（3）根據計算配合比1∶1.68∶3.12∶0.36進行試拌，成型混凝土試塊，由于干硬性混凝土用水量及水泥用量都較小，粗集料占比例大，結合該工程懸輥工藝特點，配合比未摻入其他結合材料及外加劑，成型采用國標150mm×150mm×150mm正方形鑄鐵試模，分兩層加入試模，每層插搗25下，在振搗出漿，成型試塊進行養護。檢查混凝土拌和物的干硬度、工作性及強度[2]。

（4）對計算的基準配合比進行室內試驗驗證，采用水膠比為0.31、0.36、0.41三組不同配合比，分別配制混凝土拌和物。

（5）進行試配拌制成型后，經測定坍落度符合要求，干硬性、工作性均良好，并分別進行7d、28d抗壓強度試驗，各組試驗結果為經現場驗證配合比試驗，混凝土28d強度達到38.5MPa，坍落度20s。

（6）根據干硬性與工作性要求滿足混凝土設計及施工要求，確定配合比為水泥∶水∶碎石∶砂=489∶140∶1216∶655=1∶0.36∶3.12∶1.68。

3 配合比的應用

項目部在預制管試生產階段，在未改變選定配合比的情況下，通過調整上料時間、上料轉速、上料后連續旋轉時間及轉速等參數，預制質量不斷提高，管體外表面光滑、無色差，管體無無裂紋，端部混凝土密實、沒有嚴重缺陷。此次干硬性混凝土配合比設計在鋼筋混凝土管預制施工中獲得了較為成功的應用[3]。

4 配合比應用建議

合適的混凝土配合比是鋼筋混凝土預制的前提和關鍵技術，施工中要注意以下幾點。

（1）選擇合適的原材料。①配制快硬高強度干硬性混凝土時，宜采用高標號的水泥；②干硬性混凝土的用砂應嚴格控制含泥量，并選用級配良好的粗、中砂，含泥量過多會影響水泥與砂石的黏結，并增加水泥用量；③用于干硬性混凝土的石料含泥量≤1%，吸水率要小，級配要好。

（2）投料計量要精確。①檢測砂石含水率，計算施工配合比。準確控制水灰比，避免混合料太濕或太干造成涵管表面出現蜂窩麻面或不易成型等質量問題；②混凝土用料計量要準確，粗、細集料允許誤差≤±2%，水及水泥允許誤差≤±1%；③料倉、上料斗都要增加防雨措施；④鋼筋混凝土管用的干硬性混凝土因用水量較少，不摻外加劑，攪拌時不易分散均勻，且攪拌時間適一般為120～150s，西非區域溫差大、氣溫高，因此每盤用量要控制在每個管涵的用量。

（3）混凝土拌和與布料。①在從攪拌地點往澆筑地點的運輸過程中，應注意防止分離，運輸工具應加遮蓋，以免水分過多蒸發，應盡量減少倒運次數，縮短運輸時間及混凝土停放時間；②小直徑管節預制時，要控制每盤混凝土生產量，做到即拌即用，減少混凝土的水分蒸發。

5 結束語

干硬性混凝土以其特殊的性能和施工方法，得到了廣泛應用。干硬性混凝土與其他混凝土比較，具有用水量小、水灰比小、砂率小、快硬、高強、密實性好，抗凍性、抗滲性強，收縮小等特點，對節約水泥、提高質量、降低成本、提高模板周轉率等有十分重要的意義。項目部結合預制管混凝土施工特點，對混凝土配合比進行了設計，著重研究了混凝土工作性能。通過預制管試生產，驗證了配合比的適應性。科特迪瓦PK24工業園一期項目鋼筋混凝土管的成功生產，有效降低了施工成本，為今后在西非市政管道施工提供了參考經驗。