摘要:對廣深沿江高速公路（深圳段）第二合同段工程承臺、系梁、墩身的混凝土配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過試驗(yàn)測試驗(yàn)證了該配合比的混凝土相應(yīng)齡期內(nèi)的抗壓強(qiáng)度及氯離子擴(kuò)散系數(shù)，以及進(jìn)行了混凝土氯離子含量和堿含量的計(jì)算。
關(guān)鍵詞：廣深沿江高速公路，混凝土配合比，配合比設(shè)計(jì)，配合比試驗(yàn)
1工程概況
廣深沿江高速公路起于廣州，終于深圳，南向連接香港，是全國高速公路網(wǎng)的重要組成部分，也是繼廣深高速公路之后，珠江三角洲地區(qū)又一條南北向重要的交通要道。本文主要就廣深沿江高速公路（深圳段）第二合同段工程（起止里程為K66+103～K74+524，全長8.421km）[1]的承臺、系梁、墩身混凝土配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)進(jìn)行探討。該工程混凝土采用強(qiáng)制式機(jī)械拌合,環(huán)境作用等級為D、F級[2]。
2混凝土技術(shù)條件及參數(shù)[1]
設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級：C40設(shè)計(jì)坍落度：160～200mm
水膠比：033～0.38膠凝材料：400～440kg/m3
承臺84d抗氯離子滲透系數(shù)：≤2.5×10-12m2/s
墩身84d抗氯離子滲透系數(shù)：≤1.5×10-12m2/s
3混凝土原材料選用情況
結(jié)合深圳市周邊地區(qū)粗細(xì)集料的實(shí)際情況，盡量發(fā)揮地區(qū)原材料的優(yōu)勢，利用P.Ⅱ42.5水泥和活性礦物摻合料及高效減水劑的超疊加效應(yīng)，通過合理的計(jì)算和調(diào)整，并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定該混凝土各種成份的最佳配合比，按該混凝土的特性進(jìn)行試配。
3.1水泥:選用華潤（平南）水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P.Ⅱ42.5水泥，其中氯離子含量為0.02%，堿含量為0.58%。
3.2細(xì)骨料:采用西江（肇慶段）河砂，其含泥量為0.6%，氯離子含量為0.002%。
3.3粗骨料:采用四會(huì)逕口塘口石5-25mm碎石(雙級配)，壓碎指標(biāo)值為6%，氯離子含量為0.003%。
3.4拌和水:采用自來水，氯離子含量為110mg/L，堿含量為137mg/L。
3.5摻合料:混凝土摻合料的添加可以顯著改善其和易性和密實(shí)性，同時(shí)對提高混凝土的后期強(qiáng)度也有極大的幫助。現(xiàn)采用深圳媽灣電廠Ⅰ級粉煤灰，其氯離子含量為0.01%，堿含量為1.78%；韶鋼鋼鐵廠S95礦渣粉，其氯離子含量為0.01%，堿含量為0.91%。
3.6外加劑:對提高和保證混凝土強(qiáng)度及實(shí)現(xiàn)混凝土的特殊性能，混凝土所選用的外加劑品質(zhì)質(zhì)量極為關(guān)鍵。本工程采用南京瑞迪高新技術(shù)公司HLC-Ⅸ聚羧酸鹽高效減水劑，其氯離子含量為0.01%，堿含量為2.23%；另選用中國建筑科學(xué)研究院建筑材料研究所建研建材有限公司研制的MS-601阻銹劑，其氯離子含量為0.02%，堿含量為1.55%。
4混凝土配合比的設(shè)計(jì)
4.1設(shè)計(jì)依據(jù)
依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55一2000)的要求[3]，本工程所選用的C40混凝土配合比計(jì)算過程主要應(yīng)包括以下內(nèi)容：(1)配制強(qiáng)度的確定,(2)水灰比的計(jì)算,(3)砂率及單位用水量的選取等過程。
以上計(jì)算過程是以鮑羅米公式為依據(jù)的，具體規(guī)律為混凝土的強(qiáng)度是與灰水比成線性關(guān)系的，混凝土的強(qiáng)度會(huì)隨灰水比的增大而升高。
4.2膠凝材料及水膠比確定
為使得混凝土的強(qiáng)度和耐久性要求以及和易性得到保證，參照工程相關(guān)資料及試驗(yàn)室以往的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)工程所選用混凝土各成分原料的實(shí)際情況，先確定膠凝材料的總量為430kg/m3，其中水泥為215kg/m3，粉煤灰為129kg/m3，礦渣粉為86kg/m3，并確定以0.33作為基準(zhǔn)水膠比。
4.3用水量及外加劑摻量確定
在混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算中，外加劑的摻量是一個(gè)很復(fù)雜的過程。根據(jù)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，外加劑的添加量可按以下計(jì)算方法選取。減水類的外加劑，可以各種粉體材料的總重量作參考來計(jì)算；而對水泥的凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、耐久性能等有影響的外加劑，其添加量又可僅以水泥用量作參考來計(jì)算。因此混凝土配合比外加劑組分的設(shè)計(jì)過程中，某些緩凝型的減水劑，其摻加量是可以水泥用量來計(jì)算，但若用于摻加有粉煤灰和礦渣粉成分的混凝土，要使得混凝土達(dá)到一定的減水效果，其外加劑的添加量就應(yīng)該依據(jù)膠凝材料的總用量來計(jì)算。
根據(jù)本工程石料的粒徑及級配情況，高效減水劑的減水率及采用強(qiáng)制式機(jī)械拌合引起的坍落度損失等因素來綜合考慮確定用水量及外加劑摻量。用水量控制在140-145kg/m3，液體外加劑摻量為3.01kg/m3，MS-601阻銹劑為4.3kg/m3。
4.4砂率及砂石用量確定
根據(jù)混凝土拌合物的流動(dòng)性、粘聚性、保水性等方面的要求，選取該混凝土砂率范圍為0.39-0.41，經(jīng)試驗(yàn)對比最終確定以0.40作為生產(chǎn)用砂率。假定該混凝土容重為2400kg/m3，則砂、石總量為2400-430-7.31-142=1820.69kg，砂用量為1820.69×0.4=728.3kg/m3，碎石用量為1820.69×0.6=1092.4kg/m3.
經(jīng)過計(jì)算得混凝土的理論配合比如下表1所示。
C40混凝土理論配合比表1

由表1可知，該配合比混凝土各成分含量均符合其技術(shù)條件及參數(shù)要求。當(dāng)混凝土拌合物的實(shí)測密度與計(jì)算密度值之間的差值不超過2%時(shí)可不用調(diào)整；大于2%時(shí)依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ/55-2000的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，直到滿足要求為止。配合比經(jīng)過確定后，對其進(jìn)行6到8次重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)測得的混凝土強(qiáng)度平均值應(yīng)不低于配制強(qiáng)度值，以確保其強(qiáng)度的可靠性。
5混凝土配合比試驗(yàn)
試驗(yàn)室混凝土的攪拌方法分為人工攪拌和機(jī)械攪拌。而且使用攪拌機(jī)種類的不同也對混凝土的某些性能有較大影響。試驗(yàn)室通常使用立軸、單臥軸和滾筒式攪拌機(jī)三種。使用立軸攪拌機(jī)攪拌混凝土?xí)r，旁邊會(huì)留有很多余料，不適合進(jìn)行添加外加劑混凝土的攪拌，相比較而言滾筒式攪拌機(jī)更適合攪拌添加外加劑的混凝土，單臥軸攪拌機(jī)適合攪拌摻有粉煤灰，礦渣粉等摻和料的混凝土。以上通過強(qiáng)制式攪拌配出的混凝土，其坍落度損失都較大[4]。通過強(qiáng)制式攪拌配出的混凝土坍落度損失雖然大，但混凝土在工程施工當(dāng)中應(yīng)用的很好，本工程混凝土既是采用強(qiáng)制式機(jī)械拌合。
本次混凝土配合比試驗(yàn)，共制作成型150mm×150mm×150mm的立方體試件6組，經(jīng)合理養(yǎng)護(hù)后分別用于測試7d和28d混凝土抗壓強(qiáng)度，以及84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)。主要測試獲得的性能指標(biāo)如下表2所示。

由表2可知，該配合比混凝土坍落度為200mm，滿足其160-200mm范圍的要求，其84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)測得的數(shù)值為：1.34×10-12m2/s，滿足工程設(shè)計(jì)中承臺84d抗氯離子滲透系數(shù)≤2.5×10-12m2/s，墩身84d抗氯離子滲透系數(shù)≤1.5×10-12m2/s的要求。
6混凝土堿含量計(jì)算
承臺、系梁、墩身混凝土堿含量計(jì)算詳細(xì)見下表3所示。
混凝土單方總堿含量計(jì)算表表3

結(jié)論    總堿含量滿足不大于3.0kg/m3的標(biāo)準(zhǔn)要求[5]
注：粉煤灰的堿含量取其總堿量的15%，礦渣粉的堿含量取其總堿量的50%。
7混凝土氯離子含量計(jì)算
承臺、系梁、墩身混凝土氯離子含量計(jì)算詳細(xì)見下表4所示。

結(jié)論    氯離子總含量滿足不超過膠凝材料總量的0.1%的標(biāo)準(zhǔn)要求[5]
8結(jié)論
通過對該工程混凝土原材料的檢驗(yàn)和混凝土配合比的各項(xiàng)性能指標(biāo)的計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，表明該混凝土配合比拌合物性能和力學(xué)性指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)的要求，其中84d氯離子擴(kuò)散系數(shù)也已滿足承臺、系梁設(shè)計(jì)要求,故選用該配合比用于廣深沿江高速公路（深圳段）項(xiàng)目第2合同段承臺、系梁工程施工。
通過對該C40混凝土進(jìn)行的多次配合比試驗(yàn)可知，活性礦物摻合料種類及用量的不同對混凝土強(qiáng)度，坍落度以及其攪拌方法的選擇都有影響,表明配制混凝土應(yīng)采用合理的礦物成分、安定性穩(wěn)定、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)合格的礦物摻合料,并非所有摻合料都適合制作混凝土。
參考文獻(xiàn)
[1]《廣深沿江高速公路（深圳段）施工設(shè)計(jì)圖》
[2]《廣深沿江高速公路（深圳段）土建工程專用施工技術(shù)規(guī)程》
[3]《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2000
[4]《公路工程水泥及混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTGE30-2005
[5]《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》JTG/TB07-01-2006