连续刚构高性能混凝土配合比设计

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1 Hans Journal of Civil Engineering 土木工程 Published Online Septeber 2013 ( Mix Design of High Perforance Concrete Continuous Rigid Frae Xinjie Jia China Railway 15th Bureau Co. Ltd. Luoyang Eail: JXJLYL@163.co Received: Jul. 9 th 2013; revised: Jul. 30 th 2013; accepted: Aug. 10 th 2013 Copyright 2013 Xinjie Jia. This is an open access article distributed under the Creative Coons Attribution License which perits unrestricted use distribution and reproduction in any ediu provided the original work is properly cited. Abstract: High perforance concrete is a new concept of concrete. It is designed and proposed on the basis of durability of concrete structures by e developed countries in the late 1980 s and early 1990 s. The priary design index is the durability. Different fro the traditional concrete high perforance concrete with high durability high workability high strength and high volue stability of any excellent properties is considered to be the developent direction of concrete technology in the future. By using the ethod of cantilever casting continuous rigid frae concrete not only has the above perforance but al has the early strength and pupability. Cobining the construction practice of continuous rigid frae high-perforance concrete of Banshiu viaduct in Tuen-hunchun Expressway of Jilin Province this paper introduced high-perforance concrete ix design ethods and design process and put forward a nuber of recoendations and views about high-perforance concrete ix design. Keywords: Continuous Rigid Frae; High Perforance Concrete; Mix Proportion; Design 贾新杰中铁十五局集团有限公司洛阳 Eail: JXJLYL@163.co 收稿日期 :2013 年 7 月 9 日 ; 修回日期 :2013 年 7 月 30 日 ; 录用日期 :2013 年 8 月 10 日摘要 : 高性能混凝土是 20 世纪 80 年代末 90 年代初一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土它以耐久性为首要设计指标区别于传统混凝土高性能混凝土由于具有高耐久性高工作性高强度和高体积稳定性等许多优良特性被认为是今后混凝土技术的发展方向连续刚构采用悬臂浇注法施工混凝土不仅要考虑以上性能还要具有早强性可泵性文章结合吉林省图珲高速公路板石沟高架桥连续刚构高性能混凝土的施工实践介绍了高性能混凝土配合比设计方法和设计过程并对高性能混凝土配合比设计提出了一些建议和看法关键词 : 连续刚构 ; 高性能砼 ; 配合比 ; 设计 1. 引言 1.1. 总体概况吉林省图珲高速公路板石沟高架桥为双幅分离式桥左幅跨径 ( ) + ( ) 米桥梁全长米 ; 右幅跨径 (3 40) + ( ) 米桥梁全长米上部结构主桥为米预应力混凝土连续刚构下部结构主桥主墩为双薄 Copyright 2013 Hanspub 247

2 壁墩主桥边墩为米双柱墩板石沟高架桥连续钢构采用挂篮悬浇法施工泵送混凝土施工工艺主跨跨度在吉林省已建成的同类桥梁工程中跨度最大被业主列为全线重点控制工程 [1] 1.2. 设计标准荷载等级 : 公路 -I 级设计洪水频率 :1/100 桥梁净宽 : 该桥位于分幅路基段落内单幅桥梁全宽 :0.65 米 + 净米米 = 米桥面横披 : 单向横坡 2.0% 混凝土标号 : 连续刚构 C50 2. 泵送高性能 C50 混凝土的技术要求 2.1. 泵送混凝土坍落度要求为达到高效快速浇筑混凝土满足混凝土和易性泌水性保水性等施工性能 ; 同时为满足泵送混凝土施工工艺要求在配置高性能 C50 泵送混凝土时坍落度设计为 :160~ 泵送混凝土强度要求板石沟高架桥连续刚构混凝土强度等级为 C50 [2] 根据现代混凝土配合比设计手册一书可知在配制 C50 高性能泵送混凝土时掺入高效减水剂使混凝土在保证坍落度要求的前提下大幅降低水灰比从而起到提高混凝土强度的要求 2.3. 混凝土耐久性基本要求根据公路桥涵施工技术规范 (JTJ ) [3] 结合设计要求预应力混凝土构件中的最大氯离子含量为 0.06% 最小水泥用量为 350 Kg/ 3 最大水泥用量不宜超过 500 Kg/ 3 最低混凝土强度等级为 C50 特大桥和大桥( 以单孔跨径确定 ) 混凝土中最大碱含量不宜大于 1.8 Kg/ 混凝土早强性要求板石沟高架桥是图珲高速公路控制工期的工程主跨设计为米连续钢构采用挂篮悬臂浇筑法施工其施工进度的快慢除了合理安排平行及流水作业外缩短节段施工周期至关重要设计要求混凝土达到设计强度 100% 时方可进行预应力钢绞线张拉为此在进行配合比设计时需提高混凝土早期强度要求 7 d 强度达到 50 Mpa 以上 3. 泵送高性能混凝土配合比设计板石沟高架桥连续刚构采用挂篮悬臂浇筑法施工采用 C50 高性能预应力混凝土泵送混凝土施工工艺在进行配合比设计时不仅要考虑混凝土强度塌落度工作性 ( 和易性保水性泌水性 ) 等基本指标根据本项目的特点还要着重考虑混凝土可泵性耐久性早强性在原材料选择配合比设计上要围绕这些特点进行 3.1. 原材料的选择 1) 水 : 在配置高性能泵送混凝土过程中对于水的选择很关键如果选择的水中含有过量的酸碱盐都会对混凝土及其中的钢筋起到不利的影响在施工前对工地现场的水进行水质分析经检验得 PH = 7.2 表现为极弱碱性其中的活性钙镁等离子含量符合高性能混凝土配合比设计用水要求 2) 砂 : 在配置高强度混凝土过程中对于砂子的要求是选择细度模数 M s = 2.3~3.0 的中砂为了减少混凝土表面的细微裂纹提高混凝土稳定性选择图们江中砂经试验室检验 : 细度模数 M s = 2.7 含泥量 0.7%(<2%) 坚固性测试值为 4(<8) 集料满足公路工程集料试验规程 (JTG E ) [4] 要求 3) 石子 : 碎石采用图们市庆荣碎石厂生产的石子石子为玄武岩破碎制得其中碎石保水抗压强度为 :135 Mpa > = 75 Mpa 符合碎石抗压强度大于 1.5 倍 C50 混凝土强度值根据高强混凝土性能规范要求碎石最大粒径不大于 25 碎石采用 4.75~ ~19 两个粒级掺配而成根据碎石筛分曲线确定碎石掺配比例为 :(4.75~9.5):(9.5~19) = 4:6 碎石进行碱集料反应试验测试值为 0.05( 小于 0.1) 无潜在碱 - 硅酸反应危害碎石含泥量小于 1% 针片状颗粒含量小于 5% 满足高强混凝土的要求 4) 水泥 : 汪清庙岭水泥厂位于延边自治州境内离图珲高速公路最近一般都采用庙岭水泥但经试验对比发现庙岭高标号水泥性能不稳定早期强度低强度富余系数低碱含量较高不满足耐久性指 248 Copyright 2013 Hanspub

3 标及工期要求为了缩短连续梁节段施工周期尽早进行悬臂浇筑节段张拉作业水泥采用了性能相对稳定早期强度高的长春亚泰鼎鹿牌 P Ⅱ52.5 硅酸盐水泥经试验检验水泥的富余系数 Rc = ) 外加剂 : 外加剂采用北京奥通高效减水剂 (JFL-5) 型经试验室取样检测碱含量为 3.67% 3.2. 配合比设计按强度要求确定水灰比施工中各项原材料的质量能否保持稳定混凝土拌和运输振捣及养护等工序是否到位都会影响混凝土的质量考虑到实际施工条件与试验室条件的差别混凝土试配强度 (f cuo ) 应比设计有所提高可按下式计算 : fcu o fcu k (3-1) 式中 : f cuo 混凝土配制强度 (Mpa);f cuk 混凝土立方体抗压强度标准值 (Mpa);σ 混凝土强度标准 [5] 差 (Mpa) 当无统计资料计算标准差时参考表 1 取值因此有上式 (3-1) 得 : fcu o Mpa 根据 f cuo 水泥实际强度及粗集料种类对于采用碎石配制的高强度混凝土公式计算水灰比可按下列关系式计算碎石混凝土 : f C fce 0.62 W (3-2) cu o 其中水泥实际强度 : f ce c ce g rf (3-3) 式中 :f ceg 水泥强度等级值 ;r c 水泥强度等级值的富余系数亚泰水泥富余系数取 1.12 由上 (3-2) (3-3) 式可知灰水比 C W (3-4) Table 1. Standard deviation values 表 1. 标准差取值混凝土强度等级 (Mpa) C10~C20 C25~C40 C50~C60 标准差 σ(mpa) 所以得 : 确定用水量 (w 0 ) W C (3-5) 在满足施工和易性的条件下当水泥用量维持不变时用水量越少水灰比越小混凝土的质量越好 ; 当水灰比保持不变用水量越少水泥用量越少同时混凝土的体积变化越小因此在混凝土配合比设计时应力求用水量最少对于配制高性能混凝土的 [5] 用水量可参考表 2 石子最大粒径为 20 坍落度为 160~180 以表 2 中坍落度 90 的用水量为基础按坍落度每增大 20 用水量增加 5 Kg 初步确定用水量为 235 Kg 经试验确定掺入 1.8% 外加剂减水率为 22.5% 根据公式 wa w0 1 其中 : wa 掺外加剂混凝土每立方混凝土用水量 ;β 外加剂减水率 ; w0 未掺外加剂混凝土每立方混凝土用水量 ; wa w % 182 Kg (3-6) 计算水泥用量 (c 0 ) 根据上式水灰比值及用水量可以算出 C50 高性能混凝土水泥用量 c0 : W c0 w0 (3-7) C 由上式 (3-7) 可得水泥用量 : c kg (3-8) 根据公路桥涵施工技术规范 (JTJ ) [3] 对于配制高性能混凝土要求水泥用量不宜超过 500 拌合物稠度 Table 2. The aount of water recoend 表 2. 推荐用水量碎石最大粒径 () 项目指标坍落度 () 10~ ~ ~ ~ Copyright 2013 Hanspub 249

4 Kg/ 3 水泥与混合材料的总量不超过 550~600 Kg/ 3 水泥用量满足耐久性要求确定砂率 (βs) 1) 砂率是砂子质量与砂石质量的百分数按普通混凝土配合比设计规程 [5] 要求可按集料品种 [5] 规格及水灰比值通过查表表 3 确定连续钢构采用 C50 高性能预应力混凝土塌落度为 160~180 碎石最大粒径 20 塌落度大于 60 混凝土在表 3 的基础上按塌落度每增加 20 砂率增加 1% 的幅度予以调整水灰比 0.4 碎石最大粒径 20 查表得砂率 29%~34% 以塌落度 60 砂率 34% 为基础 C50 泵送混凝土塌落度 160~180 经计算对应砂率 39%~40% 2) 可按下列确定原则经试验确定合理砂率值混凝土拌和物的合理砂率是指在一定用水量及水泥用量的情况下能使混合物获得最大流动性且能保持粘聚性及保水性能良好时的砂率值根据公路桥涵施工技术规范 (JTJ ) [3] 对于泵送高性能 C50 预应力混凝土砂率宜控制在 40%~50% 综合以上两方面考虑到连续钢构预应力混凝土要求早期强度高碎石最大粒径为 19.5 等关系在配置主桥悬浇段 C50 高性能预应力混凝土时砂率宜采用低值 : s 40% (3-9) 确定砂和石子用量或 s (3-11) 式中 :β s 砂率 (%); 混凝土中砂子用量 (Kg/ 3 ); 混凝土中石子用量 (Kg/ 3 ) 解此联立方程组求得砂子石子的用量查找工地试验室资料可知 : 水泥的视密度 : c = 3.1g/c 3 水的视密度: w = 1.0 g/c 3 砂子的视密度 : = 2.51 g/c 3 石子的视密度: = 2.69 s g/c 3 有上式 (3-10) (3-11) 及试验数据可作如下方程组 (3-12) 其中 C50 高性能预应力混凝土为不加引气剂所以有 α = 1.0 由下式可得砂子石子用量 : 所以 : 得出初步配合比 679 Kg 1018 K g g (3-12) (3-13) 由式 (3-6) (3-8) (3-12) (3-13) 可得 C50 高性能预应力混凝土个原材料用量 : : : : : 外加剂 492 :182 : 679 :1018 : 8.8 co wo 用体积法计算时可以用以下两个关系式 : : : : 外加剂 1: 0.37 :1.38 : 2.07 :1.8% co wo (3-14) co wo 10a 1000 (3-10) (3-15) c s g w 为提高混凝土强度达到密实效果石子采用两种 Table 3. Concrete sand ratio 表 3. 混凝土的砂率水灰 (W/C) 卵石最大粒径 () 碎石最大粒径 () ~32 25~31 24~30 30~35 29~34 27~ ~35 29~34 28~33 33~38 32~37 30~ ~38 32~37 31~36 36~41 35~40 33~ ~41 35~40 34~39 39~44 38~43 36~41 注 :1) 本表数值系中砂的选用砂率对细砂或粗砂可相应地减少或增大砂率 ;2) 只用一个单粒级粗集料配制混凝土时砂率应适当增大 ;3) 对薄壁构件砂率取偏大值 ;4) 本表中的砂率系指砂与集料总量的质量比 250 Copyright 2013 Hanspub

5 粗集料进行掺配其中石子粒径为 (4.75~9.5):(9.5~ 19.5) = 4: 试配与调整得出试验室配合比根据上式计算得出的 C50 高性能泵送预应力混凝土进行试配作为基准配合比同时根据要求上下调整水灰比 0.02 配制一个水灰比为 0.35 和一个水灰比为 0.39 的 C50 配合比并适当调整砂率保证混凝土的体积不变水灰比为 0.35 的坍落度的水泥用量超过 500 Kg 不符合规范要求不予配制对水灰比为 0.37 和 0.39 进行试配进行混凝土坍落度泌水性及棍度试验结果如下 : 水灰比为 0.37: 坍落度 170 满足 160~180 要求工作性满足要求水灰比为 0.39: 坍落度 175 满足 160~180 要求工作性也满足要求分别对水灰比为 0.37 和 0.39 的混凝土各制作 2 组标准试块进行 7 天和 28 天抗压强度试验结果得表 4 根据连续钢构节段施工工期的要求 7 d 混凝土强度大于设计强度方可进行预应力张拉由表 4 确定 C50 高性能泵送混凝土配合比采用水灰比 0.37 混凝土中各原材料用量如表 5 所列 3.4. 碱含量验证计算根据规范和设计规定特大桥和大桥 ( 以单孔跨径 Table 4. The copressive strength of ceent concrete value 表 4. 水泥混凝土抗压强度值混凝土水灰比值 7d(Mpa) 28d(Mpa) 坍落度 () Table 5. The table of aterial usage aounts 表 5. 材料用量表材料名称材料型号 1 3 砼材料量 (Kg) 配合比比例亚泰水泥 P Ⅱ 饮用水砂子 M s = 石子 4.75~ 石子 9.5~ 高效减水剂 JFL % 确定 ) 预应力混凝土中最大碱含量不宜大于 1.8 Kg/ 3 经试验室取样检测长春亚泰水泥 P Ⅱ52.5 硅酸盐水泥碱含量为 0.29% 北京奥通 JFL-5 型高效减水剂碱含量为 3.67% 总碱含量 = 0.29% % 8.8 = 1.75 < 1.8 满足碱含量耐久性要求 3.5. 施工配合比确定试验室所得的配合比是在原材料完全理想状态下拌制的而在实际施工过程中配合比所用砂石料本身的含水量不可能为 0 因此在施工过程中所用原材料数量根据砂石的含水量要根据实际情况进行调整假定现场实际测定砂子的含水量为 :a% 石子的含水量为 :b% 为使实际施工的配合比与试验室设计配合比达到基本一致所以实际施工配合比所用水泥 : wo 砂子: 石子: 用水量: 与试验室配合比所用水泥 : co 砂子: 石子: 用水量: wo 有如下关系 (3-17): co co 1 a% (3-16) 1 b% wo wo a% b% 4. 总结与建议 1) 连续钢构高性能泵送预应力混凝土配合比设计不同于普通混凝土在考虑混凝土强度工作性 ( 塌落度和易性可泵性 ) 等指标的同时还要考虑耐久性混凝土总碱含量必须要控制在规范允许范围内为此水泥减水剂必须选择碱含量低的品种 ; 砂碎石必须无碱集料反应否则总碱含量控制在规范允许范围内非常困难 2) 连续钢构采用挂篮悬臂浇筑法逐段施工预应力张拉必须在混凝土强度达到 100% 时才能进行故施工进度的快慢取决于混凝土的早期强度为此配合比设计比选应充分考虑这一因素在配合比设计中试配强度在成本允许的情况下尽量提高在选材上宜采用稳定性好有一定强度富余系数的早强水泥宜选择减水性能好的外加剂从而减小水灰比 ; 在砂率的确定上选择较低的砂率适当提高碎石用量从而提高混凝土早期强度 Copyright 2013 Hanspub 251

6 3) 连续刚构高性能混凝土优化后的配合比经配料检测总碱含量刚刚满足规范要求如要大幅度降低碱含量必须减少水泥用量采用粉煤灰混凝土是优化配合比的途径之一但经取样试验该地区粉煤灰碱含量及稳定性不符合要求同时粉煤灰混凝土早期强度较低不满足连续刚构节段张拉工期要求支线图们至珲春段高速公路两阶段施工图设计 [Z] [2] 现代混凝土配合比设计手册. 北京 : 人民交通出版社 [3] 交通部重庆公路科学研究所. 公路桥涵施工技术规范 (JTJ )[Z]. 北京 : 人民交通出版社 [4] 交通部公路科学研究所. 公路工程集料试验规程 (JTG E )[Z]. 北京 : 人民交通出版社 [5] 中国建筑科学研究院. 普通混凝土配合比设计规程 (JGJ )[Z]. 北京 : 中国建筑工业出版社参考文献 (References) [1] 吉林省公路勘测设计院. 同江至三亚国道主干线长春至珲春 252 Copyright 2013 Hanspub

国学思想与大学数学

国学思想与大学数学 Pure Mathematics 理论数学, 2013, 3, 201-206 http://dx.doi.org/10.12677/pm.2013.33030 Published Online May 2013 (http://www.hanspub.org/journal/pm.html) Chinese Traditional Culture and College Mathematics