桥隧施工水泥砼全覆盖配合比设计研究

欧代军

摘 要：桥隧施工水泥砼可施工性、质量、原材料的变化、施工配合比的经济性，已是每个桥隧项目重点关注对象。评价施工配合比的好坏首先是可施工、质量符合要求，其次是经济性和外观质量。本文特提出全覆盖、经济配合比设计、施工理念。

关键词：桥隧施工;全覆盖配合比;设计研究

中图分类号：U445         文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）11-0152-03

1前言

桥隧施工水泥混凝土一般是具有高工作性、高强度、高耐久性的综合性能优良的高性能混凝土。

其特点是：

（1）拌合料呈高塑或流态、可泵送、不离析，便于浇筑密实。

（2）在凝结硬化过程中和硬化后的体积稳定，水化热低，不产生微细裂缝，徐变小。

（3）有很高的抗渗性。其中高工作性是高性能混凝土必须具备的首要条件，即高流动性、高抗离析性、高间隙通过性、高填充性、高密实性、高稳定性;并同时具备低成本的技术经济合理性。

在一般的项目中砼的标号跨度在C25-C50之间，砼的水胶比在0.3-0.5之间，每方砼胶凝材料用量在300-500之间，砂率在32-42%之间。

目前桥隧项目的砼施工和易性的现状：坍落度基本在180-240mm、扩展度在400-700mm，才能符合现在工人对施工的要求。基本施工条件为集中搅拌，砼运输车送到施工现场，砼从输送车中倒出需120mm以上坍落度，运输过程砼需保坍，如果1h小于20mm，则初始坍落度至少在180mm以上。受这些条件的限制，砼初始坍落度设计一般在180-240mm。

2全覆盖配合比设计的定义

原材料变化引起的变量，及时调整施工配合比是施工过程质量控制的关键：砂子细度模数、含泥量、级配的变化，石子级配、含泥量、形状变化。水泥一般来说相对是稳定的材料，但有些水泥使用时温度仍很高也会引起一些变化，粉煤灰的细度需水量比的变化，矿粉的比表面积、需水量比的变化，外加剂对不同材料、环境变化引起的适应性调整。全覆盖配合比设计理念就是找出工地上的一些常变量，通过预先系统的配合比设计、试验，得到项目实施过程中需要实时调整的相关参数，确保工程质量及比例的经济性，这样才能解决当前项目部材料变异性大，地方性材料有时吃“百家饭”现象。充分做好相关预变设计，既能解决一些不稳定因素引起的工程质量问题，又能保证工程施工的连续性，且对经济配合比的充分利用提供技术支撑。

3全覆盖配合比设计的基本思路

设计基本思路包括强度全覆盖思路，预设材料变化全覆盖思路，经济性全覆盖思路，施工适应性全覆盖思路。

3.1强度全覆盖基本思路

固定一个用水量，改变不同的水泥用量， 通过外加剂调整保持基本相同的坍落度， 适当调整砂率保证砼和易性，以表1为例：

这样可以得出在基本施工性能不变的情况下，不同的水泥基水灰比強度发展的全况，基本能了解C25-C55的强度全图，如果数据异常可加密复合，如果两端还不能覆盖可增加点。绘制胶凝材料用量、水胶比的强度关系曲线图。

3.2经济性全覆盖基本思路

其经济性主要体现在胶凝材料总用量，粗集料级配及形状，外加剂用量，胶凝材料比例，用水量，天然砂、机制砂及级配，以表2为例：

经济配合比，就是在满足施工性、力学、耐久性及施工图、规范标准的前提下，通过不同的材料组合找出最佳组合，使材料得到充分利用下，经济效益最大化，满足材料变化引起的施工性能、力学性能、耐久性等变化。通过前期配合比试验预设相关易变性材料及变化的程度对上述性能的影响，调整相关参数使其达到原理想配合比的要求，保证施工过程不受材料变化而影响其可施工性、经济性及其他相关性能。

3.3建立不同粉煤灰掺量配合比数据库

粉煤灰掺量数据库，因为胶凝材料中粉煤灰价格最低且能有效改善砼和易性。

定用水量，定坍落度下，相同粉煤灰掺量，不同水胶比与强度的关系。

定用水量，定坍落度下，相同水胶比不同粉煤灰掺量与强度的关系及与水化温升的关系。

上述二者的集合汇总分析，定用水量，定坍落度，不同的粉煤灰掺量及不同的水胶比，强度的关系，以上详见表3，图1为例。

3.4建立同等级、同等施工要求情况下，配合比数据库

同等级、同等施工工艺要求下不同掺合料掺量数据库，用以选择最优方案。

定用水量，定水胶比，定坍落度下，不同掺合料掺量同龄期下的强度关系-配合比优选的主要参考值。

定用水量，定水胶比，定坍落度下，不同掺合料掺量，不同养护温度下同龄期的强度关系，以真实反映砼构件的强度发展情况，用以指导施工-采用温度同温匹配养护技术获得真实的构件砼强度增长情况。

定用水量，定水胶比，定坍落度下，相同水胶比，不同掺合料掺量与标准温湿度下，养护龄期的关系-采用标准温湿度养护下，获得试件评定强度增长情况，以上详见表4，图2为例。

3.5全覆盖配合比的试验及分析

相同施工性能要求，不同水胶比下的力学性能的汇总分析，找出强度与水胶比的关系。

相同施工性能要求，相同水胶比，不同掺合料掺量比例下，强度与龄期的关系、强度与养护温度的关系，找出最佳经济配合比，及温升与掺合料的关系，对指导有温升要求砼配合比设计及施工提供参考依据。

预设材料变化时（特别是粗细骨料），用相同的施工性能要求，不同水胶比下，对砼施工性能、力学性能的影响，找出需要调整的因子，如水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂，使其施工性与力学性能满足项目要求。

4 单个配合比的优化试验

根据项目的施工要求，如果采用不同粒径的粗骨料或不同的胶凝材，也可根据具体的设计，上下做五个水胶比了解这一级别的强度，新拌砼性能，减少以全项目强度覆盖为目的试验次数，但比现有规范多了二个水胶比，这样可减少工作量，又能了解强度与材料关系的宽度。

某项目C50基准海工砼配合比，其详见表5，表6，表7。

表中C30指水泥保留总量的30%，S10指的是矿粉取代总量的10%，F70指粉煤灰取代总量的70%，其他以此类推。

在水胶比为0.32的情况下，比较方案1#、2#、3#、4#可以得到，在保证水泥30%不变的前提下，随着矿粉取代比例的提高，混凝土强度逐渐上升。到矿粉取代至20%至30%时，强度不再提高。同样在比较方案5#、6#、7#、8#可以得到，保证水泥20%不变的前提下，随着矿粉取代比例的提高，混凝土强度同样逐渐上升。产生这种状况的主要原因在于矿粉受到水泥激发后，在28天的活性可达到115%，超过了水泥和粉煤灰，详见图3。

各方案中水胶比为0.32情况下，仅方案4#、7#、8#的28天强度超过了50MPa，但考虑到施工因素，混凝土配制强度强度应达到60MPa，所有的8个方案均无法满足要求，需要增加水泥比例。在确定水泥50%，粉煤灰取代率30%，矿粉取代率20%的基础上针对不同水胶比进行试验，所得结果如下表8。

比较上述方案，其強度均满足需求，但水胶比0.34状况下坍落度较大，和易性差，易离析。考虑成本因素，水胶比为0.32的最为适合。因此，采用水胶比0.32，水泥50%，粉煤灰取代率30%，矿粉取代率20%的方案。

优化后与原始配合比相同，说明原始配合比已经是最优方案，详见表9，表10。

5 结语

高性能混凝土外观质量通病种类多，造成的原因也不尽相同。因此，在解决这类问题时要根据现场的具体情况做具体分析，进行反复试验，找出其中的主要因素，采取相应的措施，才能收到最佳防治效果。混凝土施工工程是一项多部门、多工种联合作业的施工过程，各部门各工种之间的联合协作对施工管理提出了很高的要求，建议采用全员质量管理的管理模式，一种自上而下的全员质量管理模式。各所属部门和人员进行多层次，多梯队的层层把关制度。领导必须重视和关注，提出明确的质量管理目标并安排落实，跟踪检查，明确奖惩，达到质量管理的目标。

参考文献：

[1]金树理.高性能混凝土施工质量控制措施[J].基层建设， 2016-03-18T10：28：20.057Z.

[2]赵世峰.浅谈高性能海工混凝土配合比设计及施工注意事项[J].四川水泥， 2016（11）.