高标号混凝土配合比设计及质量控制.ppt

中铁二局股份有限公司 高标号混凝土 配合比设计及质量控制 中铁二局思剑二标工地试验室 2011.09.01 C55高性能混凝土配合比设计及施工质量控制 一、C55高性能混凝土配合比设计 乌江特大桥桥址处于山区，交通不便，周 围缺乏砂石材料，物资供应困难，因此主桥箱 梁采用机制砂泵送混凝土。本桥泵送混凝土与 一般混凝土的主要区别在于其不仅要满足设计 要求的强度、耐久性等，还要有良好的工作性 能和可泵送性能，即混凝土粘聚性好，不离析 ， 中铁二局股份有限公司 不堵管。尤其是在大高差，长距离采用机制砂泵送条 件下，原材料的质量控制和配合比的设计是实现良好 工作性的首要基础。由于本桥施工场地狭窄，墩高， 混凝土输送距离达到500m，因此做了大量的试验， 通过大量的混凝土配合比试验，来满足C55箱梁泵送 的施工要求，并主要解决用机制砂配制高强、高性能 混凝土，满足高墩混凝土泵送施工以及采用掺加优质 粉煤灰和矿粉等措施来提高混凝土的和易性、降低混 凝土成本等问题。 中铁二局股份有限公司 配合比设计技术路线 基于抗裂和耐久性考虑,“掺入矿物掺和料+高性能 外加剂”是配制预应力混凝土箱梁高性能混凝土的主 要技术路线。 对乌江特大桥主桥箱梁,除预应力措施外,混凝土本 体的抗裂性是首要考虑因素,基于对水化热和体积稳 定性的考虑决定了应积极选择粉煤灰和磨细矿粉作 为辅助胶凝材料,并选择适应箱梁施工的兼有低收缩 、早强、缓凝性能的聚羧酸系高性能外加剂配制其 混凝土成为关键技术措施,也符合混凝土耐久性的技 术实现途径。 中铁二局股份有限公司 1、原材料选择 (1)基于控制水化热和收缩的抗裂要求以及耐久性 要求,选择胶凝材料主要应注意以下几点: 水泥。强度等级应在42. 5以上;应限制使用早 强型水泥;应控制碱含量0. 6%;应控制熟料中的 C3A含量8%;应控制比表面积350 m2 /kg。 粉煤灰。细度12%;控制烧失量5%;控制需水 量比100%; 。 磨细矿粉。控制比表面积350450 m2 /kg。 (2)基于强度和耐久性要求,选择骨料应注意以下 几点: 中铁二局股份有限公司 粗骨料。母岩强度应达90 MPa以上;级配合理,粒形 好,紧密空隙率宜40% ,松堆密度大于1 500 kg/m3 , 压碎值12% ,针片状8%;硬质、洁净碎石;控制吸 水率2% ;非碱活性。 细骨料。细度模数宜为2. 93. 2,石粉含量 7%,吸水率2% ,硬质、洁净、机制砂;非碱活性。 (3)基于抗裂、耐久性、强度、施工性能要求,选 择外加剂应注意:外加剂与胶凝材料的相容性要好, 减水率宜为25%以上,并适度引气,适度缓凝。 中铁二局股份有限公司 经过比选本混凝土配合比采用的原材料如下: 水泥:遵义瑞安拉法基P.O42.5 细骨料:腾龙互通自产料场 机制砂 粗砂 粗骨料:腾龙互通自产料场 520mm 粉煤灰:遵义鸭溪电厂 级粉煤灰 矿粉:贵阳众和物资贸易有限公司 S95级 外加剂:云南天辰TCH-200型高效减水剂 中铁二局股份有限公司 2. 配合比设计方法 预应力混凝土箱梁C55 混凝土配合比是基于抗 裂等耐久性的早强高性能混凝土配合比设计,因此, 应遵循高性能混凝土配合比设计方法,即选择水胶 比、矿物掺和料掺量、含气量、浆集比、砂率(粗 骨料用量)等参数采用绝对体积法和假定容重法(高 性能混凝土用全计算法）进行配合比设计,既可科 学地指导混凝土的实际施工和过程调整,又便于分 析施工中产生问题的原因。 中铁二局股份有限公司 3、混凝土配合比方案的选择 C55高性能混凝土各参数的选择 (1)水胶比 从以往100年设计年限要求预应力混凝土梁C55 高性能混凝土的成功实践来看,水胶比通常选择0. 280. 32较适应国内原材料现状的预应力混凝土 梁C55高性能混凝土的施工。 (2)矿物掺和料方案的选择 因掺合料单掺使用在不同施工季节难以协调混 凝土强度、水化热、耐久性、施工性能之间的矛盾 ,预应力梁混凝土施工以粉煤灰与磨细矿粉二者双 掺较为适宜,通常双掺的掺量组合范围为: 粉煤灰( 10% 20% ) +磨细矿粉(10%30% ) ,总量20% 50%。 中铁二局股份有限公司 混凝土掺入粉煤灰因早期强度偏低,其掺量应根 据水泥实际强度和施工季节的温度条件进行调整, 以适应预应力的预应力张拉要求,掺量通常应选择 10%左右,以利于改善混凝土和易性和水化热。矿 粉的掺量则主要应兼顾到施工性能,如混凝土粘度 过大、拌和物流动性损失过快而影响混凝土可泵性 时则应适当减少用量。 粉煤灰和矿粉由于活性微集料的几大效应（火 山灰效应，填充效应，界面效应，减水效应），对 混凝土耐久性提供了保证，但充分发挥效应还应具 备几个条件，其一，珠形玻璃体含量，其二，混合 材颗粒粒径与水泥颗粒在微观上形成级配体系。 中铁二局股份有限公司 粉煤灰，矿粉和水泥正好形成一个微观级配体系， 混凝土密实性将显著提高，而密实性正是耐久指标 中的关键因素。另外，粉煤灰和矿粉在施工中各有 优缺点。粉煤灰和矿粉都具有火山灰效应，但一般 在后期才体现强度的增长，所以对混凝土塌落度的 损失很小。粉煤灰由于珠形玻璃体的作用，流动性 稍好于矿粉，矿粉减水效果强于粉煤灰，对强度的 增长作用优于粉煤灰，且矿粉具有良好的粘聚性， 泌水性小，保水性好。所以粉煤灰和矿粉双掺方案 正是考虑以上的叠加效应。 中铁二局股份有限公司 (3)矿物掺合料掺量 通常,为有效改善混凝土抗化学侵蚀性能,优质粉煤 灰的掺量宜选择10% 20% ,磨细矿粉的掺量宜选择 10%30%。 考虑生产进度，需要满足施工的早期强度，所以 需要考虑冬季和夏季不同施工条件下的配合比情况 ,一般经验,水泥用量多混合材用量少些,早期强度高 些。通过试验，所以选择20%左右混合材掺量，我 认为是合理的，即粉煤灰掺量10%，矿粉掺量10% 。 中铁二局股份有限公司 (4)浆集比 采用适宜的集料时,浆集体积比0. 350. 65可 以解决强度、工作性和尺寸稳定性(弹性模量等) 之间的矛盾。 预应力混凝土梁C55 高性能混凝土采用聚羧 酸外加剂和大掺量矿物掺合料通常可使单位用 水量降低至145 155 kg/m3 ,按照水胶比0. 28 0. 32 计算,浆集比通常为( 0. 33 0. 37 ) (0. 670. 63) ,保证适宜的含气量( 2% 4% ) ,可 使浆集比参数与泵送施工工艺相协调,获得施工 性能优良的混凝土拌和物。 中铁二局股份有限公司 (5)含气量 保证适宜的含气量,可以提高混凝土的抗冻性 能,改善混凝土的拌和物性能和施工性能,保证适 宜的浆体体积量,改善骨料性能缺陷,提高混凝土 的匀质性和稳定性。 从施工性能和冻融耐久性两方面考虑,预应力 混凝土箱梁C55混凝土通常应保证混凝土含气量 2% 4%,如进行混凝土配合比设计时确因胶凝 材料原因导致混凝土单位用水量较低时,为保证 适宜的泵送施工性能,应按含气量上限进行设计 。 中铁二局股份有限公司 (6)砂率(粗骨料用量) 确定砂率应考虑粗骨料密实堆积下的空隙率, 如粗骨料粒形不好、级配差、空隙率大会造成 填充空隙的胶凝材料浆体和细骨料用量过大、 粗骨料用量过少,造成填充空隙和包裹骨料的胶 凝材料用量增加,影响混凝土的弹性模量。 砂的细度模数通常不能完全反映颗粒组成差 异,砂率还应根据砂自身的颗粒组成进行调整:细 颗粒含量过多时则应适当降低砂率,以防止过多 的细颗粒含量引起骨料裹浆量不足,引起管道润 滑层摩擦阻力增大;细颗粒含量过少时则应适度 增加砂率,增强浆体保水性能,降低离析倾向。 中铁二局股份有限公司 4、按照上述方法选定本工程的C55配合比如下： 水泥：400kg/m3 粉煤灰：50kg/m3 矿粉 50kg/m3 砂：776kg/m3 粗骨料：1076kg/m3 用水量：145kg/m3 外加剂：6.0kg/m3 坍落度：210mm 扩展度:550mm 浆集比：0.32 含气量：2.5 碱含量：1.8kg/m3 氯离子含量0.06% 3天抗压强度：51.3Mpa 7天抗压强度：61.3Mpa 28天抗压强度：72.9Mpa 7天抗压弹性模量：39600Mpa 28天抗压弹性模量：46400Mpa 中铁二局股份有限公司 二、C55混凝土质量控制 C55混凝土胶凝材料用量相对较多,进行适当 控制容易使浆体含量适应泵送施工要求,但由于 水胶比低、掺和料用量大、聚羧酸外加剂相对敏 感而使拌和物性能不容易掌控,极易因原材料品 质的波动出现混凝土工作性不良。通过上述引起 工作性不良的原因分析,可以明确主要通过严格 控制计量、控制混凝土搅拌时间、控制骨料含水 率波动、按照实际原材料及时调整相应参数的办 法对混凝土施工性能进行控制。 根据高性能混凝土的特点和聚羧酸外加剂的 特性,泵送C55高性能混凝土可从如下参数和环节 的控制。 中铁二局股份有限公司 (1)施工时应合理控制混凝土的流动性,优化可泵性 。 泵送混凝土的可泵性与混凝土粘着管道产生的 阻力及其在管道内流动的速度快慢产生的阻力有关 ,混凝土流动性过低、粘度过大会引起摩擦阻力增 大导致泵送压力增加,增加到一定程度即引起堵管 。 采用聚羧酸外加剂拌制的C55混凝土单位用水量 及水胶比较低并大量使用掺合料,混凝土粘度相对 较大,同时混凝土中细粉料在聚羧酸外加剂适宜掺 量时的保水能力非常强,如按照以往对采用萘系减 水剂的泵送混凝土的控制观念进行坍落度单指标控 制时,将引起混凝土压力泌水过少,黏度大,极易造成 泵送压力上升过高引起泵送受阻。 中铁二局股份有限公司 结合聚羧酸外加剂在适宜掺量时混凝土常压泌 水和压力泌水较小的特点,应适当提高混凝土的流 动性,降低混凝土黏度,以扩展度和坍落度双指标控 制流动性并以倒坍落度筒流下时间评价黏度,以满 足泵送工艺要求的可泵性。 (2)施工时应保证适宜的混凝土浆体含量,优化可 泵性。 为保证浆体包裹性,保证可泵性和振捣密实度,应 采取措施保证浆体数量。如采用的骨料空隙率大, 考虑钢筋密集的箱梁施工时振捣的难度,因胶凝材 料用量的限制,混凝土不应过分追求低用水量,防止 低用水量引起浆体量不足,造成振捣缺陷。必要时 应提高对骨料空隙率的要求。 中铁二局股份有限公司 (3)严格材料的进场和混凝土生产过程控制,保持 拌和物性能的稳定性。 (4)加强对混凝土施工人员的技术培训，使混凝 土施工每个环节正常运行。 三、对C55混凝土配合比设计和质量控制的体会 1、低水胶比，大坍落度； 2、对原材料的选择必须对本地所能得到的原材 料进行优选，它们除了要能达到设计要求的性能 外，还必须质量稳定，在施工期间内不能有太大 的变化； 3、对机制砂必须严格控制，石粉含量控制在7% 左右，石粉含量太少，很容易引起混凝土泌水； 中铁二局股份有限公司 4、混凝土在运输过程中其坍落度随时间的增加 而减小，因此在施工中要着力解决坍落度损失的 问题； 5、混凝土泵送距离远，在施工要解决可泵性问 题； 6、施工时的质量和控制方面一定要严格，在试 验室能配置出符合要求的高强混凝土相对来说较 容易，但是在整个施工过程中均要求混凝土很稳 定，这一点相对来说比较困难； 7、一些在普通情况不太敏感的因素（比如碎石 含泥量）在低水胶比的情况下就会变得相当敏感 ，这就要求在整个施工过程中必须注意各种条件 ，因素的变化，并且要根据这些变化随时调整 中铁二局股份有限公司 配合比和工艺参数。 8、高性能混凝土的配合比设计应充分考虑混 凝土矿物掺合料掺量大和采用聚羧酸外加剂的混 凝土拌和物特点、骨料等原材料的品质现状,增 进对适应泵送工艺要求的混凝土性能参数的考虑 ,并充分考虑实际机械、设备能力和控制水平及 难度,才更有利于保证混凝土的施工质量。 中铁二局股份有限公司 对贵州高速公路混凝土施工的体会 1、 机制砂高性能混凝土的配合比设计中胶凝材料 总量不宜过多，对和易性和强度有利。 2、 机制砂高性能混凝土的配合比设计中水胶比宜 较低（最好在0.4以下）。 3、 粉煤灰掺量在胶凝材料中占3