不同配合比高强混凝土工作性能验证分析

曾小聪

（贵港市宏港城乡建设投资有限责任公司，广西 贵港 537000）

0 引言

科学设计混凝土的配合比可以保证混凝土的施工、使用中的工作性能[1]，有利于提高工程的经济性。高强混凝土常用于大型工程及重要工程，对质量要求较高，且其强度受配合比的影响较大，因此，对高强度混凝土配合比应进行严格的控制。混凝土设计一般以强度作为首要控制指标，同时还需满足耐久性及可操作性等要求。关于混凝土的配合比，国家和行业也制定了相应的标准和计算方法，但不同地区、不同项目混凝土配合比的计算不能完全依靠工程经验及规范公式来确定，需要进行混凝土配合比试验验证分析。本文以贵港市苏湾大桥工程为依托，对高强混凝土进行了“工作性”配合比设计，并通过试验验证了混凝土的各项性能指标，为高强混凝土应用于大型桥梁桥面预制件提供经验参考。

1 工程概况

苏湾大桥及布线工程位于广西贵港市，起点为港区大道，终点为江南大道。桥梁为双塔双索面斜拉桥，全长680m，主跨径334m。主梁采用钢横梁预应力混凝土边主梁组合梁结构，桥梁中心线上梁高3.0m，全宽34.0m。桥面板采用C60混凝土，桥面板长9m，宽3m，厚0.25m，根据结构受力和耐久性要求桥面板均采用C60混凝土。贵港苏湾大桥桥面预制件采用商品混凝土，运距18km，广西夏季平均气温28°，最高气温42°。桥面板混凝土施工期间其工作性能难以满足现场施工的需要，因而通过调整混凝土的配合比，使混凝土的工作性满足现场施工的需要。

苏湾大桥桥面预制件A-001至A-009施工期间混凝土现场工作性能的差异主要表现在以下几个方面：

（1）混凝土坍落度160～220mm，现场流动性特别差；

（2）混凝土损失特别大，设计7.5m3的预制件需要供给8m3的材料；

（3）混凝土振动后的悬浮浆>2cm；

（4）混凝土早期强度较快，浇筑后10min内混凝土不能拉毛。

2 材料选择

2.1 水泥

水泥作为混凝土中的胶结材料，其成分、细度等方面对混凝土的使用效果影响很大。本次试验水泥选用华润水泥（贵港）有限公司“润丰”牌P·O42.5R早强型普通硅酸盐水泥，其初始强度较高，有利于施工安排，稳定性较好，华润水泥的初始强度通过添加缓凝剂的方法解决。

2.2 集料

由于起骨架和填充作用的集料在混凝土中用量占大部分比例，合理的集料比例使混凝土既具有良好的强度、稳定性和耐久性，又能更加经济环保。试验细骨料采用冠峰自产混凝土力线砂，细度模数2.8，石粉含量4.1%，泥块含量0%，MB值0.6。粗骨料为冠峰自产混凝土力线5～25mm连续级配碎石，其中配合比例为5~10mm为30%，10~25mm为70%。压坏值为9.2%，泥含量为0.2%，泥块含量为0.1%，针片状碎石含量为4.7%。

2.3 炉渣粉末

适当添加混合物可以改善混凝土的流动度，降低水化热，提高混凝土的使用性能。本文配比试验矿渣粉采用贵港市鸿耀新型建材有限公司生产的S95级矿渣粉。

2.4 添加剂与水

通过将不同的添加剂掺入混凝土中，可以改善其性能。试验使用广西港誉环保科技有限公司LC-2缓凝型高性能减水剂。可以改善混凝土和易度，保证混凝土强度的可靠性，节约水泥用量[3]。水就地采用饮用水。

3 配合比设计

3.1 混凝土配制强度

混凝土设计强度为60MPa，采用公式计算：

式中：fcu,0——混凝土配制强度，MPa；

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；

σ——混凝土强度标准差，MPa。

无历史统计资料，由规范查得强度标准差σ取6MPa。经计算fcu,0=69.9MPa。

3.2 水胶比确定

水胶比计算公式为：

αa、αb——回归系数；

fb——胶凝材料28d胶砂抗压强度，MPa；

γf、γs、γc——粉煤灰影响系数、粒化高炉矿渣粉影响系数和水泥强度等级值的富余系数；

fce,g——水泥强度等级值，MPa。

由于不具备试验统计资料及粗集料采用碎石，由规范表查得强度回归系数αa值取0.53，αb值取0.20，γf取0.90，γs取1.00，水泥富余系数γc取1.10。经计算，为了使C60混凝土有良好的和易性，并保证强度，取水胶比W/B=0.30。

3.3 用水量和外加剂

根据规范选用单位用水量为220kg/m³。每立方米胶凝材料使用2.0%的缓凝高性能减水剂。减水率为25%，可得混凝土加入减水剂后单位用水量为mw0=165kg/m3，再由水胶比0.3计算出胶凝材料用量为mb0=mw0(W B)=550kg/m3，外 加 剂 用 量 为mb0×2.0%=11.0kg/m3。

3.4 掺合料和水泥用量

矿渣粉掺量为15%，则矿渣粉用量为mf0=550×15%=83kg/m3，水泥用量mc0=mb0-mf0=550-83=467kg/m3。

3.5 集料用量

通过规范及经验选定砂率βs为40%，由计算公式：

计算得出细集料用量ms0=694kg/m3，粗集料用量mg0=1041kg/m3，碎石为二级掺配，因此5～10mm为312kg/m³，10～25mm为729kg/m³。可得到基准配合比见表1。

表1 基准配合比（单位：kg/m³）

4 试验结果

将上节计算的水泥混凝土的基准配合比（W/B=0.30）编号为GFP-2；W/B=0.28、用水量和砂率不变的配合比编号为GFP-1；W/B=0.32、用水量和砂率不变的配合比编号为GFP-3。分别对3组配合比的混凝土进行试验搅拌，并测定试验混合混凝土的坍塌度、表观密度及7d的抗压强度，材料用量见表2，测定结果见表3。

表2 拌合数量50L时各材料用量

表3 试验结果

根据试验搅拌结果，GFP-1组坍落度为190mm，GEP-2组坍落度为200mm，GFP-3组坍落度为200mm，均在规范要求范围内，和易性和保水性满足规范要求。GFP-1组的表观密度实测值为2450kg/m3，GEP-2组的表观密度实测值为2450kg/m3，GFP-3组的表观密度实测值为2440kg/m3，与计算值的差均小于表观密度值的2%，因此各组配比的材料用量不作调整。GFP-1组的7d抗压强度实测值为64.1MPa，GEP-2组的7d抗压强度实测值为63.0MPa，GFP-3组的7d抗压强度实测值分别为61.5MPa，7d抗压强度均符合设计要求，但随着水胶比的增大，7d抗压强度有逐渐降低的趋势。比较上述3组配合比试验混合混凝土的测定结果，在保证混凝土抗压强度的前提下，兼顾经济性，采用编号GFP-2、水胶比W/B=0.3的配合比。

5 结束语

本文通过计算得到贵港苏湾大桥高强混凝土的基准配合比，以水胶比为变量，对水胶比分别减少0.02和增加0.02进行试验，并测定试验混凝土的坍塌度、表观密度和7d抗压强度。试验结果表明，3组配合比的试验混凝土和易性、保水性和7d抗压强度均满足要求，随着水胶比的增加，7d抗压强度逐渐降低，综合考虑，选择水胶比为W/B=0.3的配合比，以满足现场混凝土工作性能的要求。