巴坦路机制砂混凝土配合比设计

俞 斌

（民航机场建设工程有限公司， 天津 300456）

0 工程概况

项目位于巴中市巴州区内，路线北接省道 S302 线，南接金碑乡和平昌县交界处，是连接巴中至平昌县的一条重要通道。工程含大桥一座，中桥三座，桥墩均采用圆端形实体墩，高度8m～28m，设计强度为30MPa，上部结构为预应力混凝土T梁。当地降雨量充足，夏季多涝，部分墩柱处于水位变动区域。根据沿线地表水取样结果显示，其对混凝土结构及钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性。

1 原材料技术要求及选择

1.1 水泥

当地主要水泥供货厂家为巴中海螺水泥和四川旺苍西南水泥。考虑到厂家规模、供货能力及产品价格等因素，根据设计及规范要求，本设计选取了四川旺苍西南水泥有限公司生产的西南P.O42.5普通硅酸盐水泥，强度等级为 42.5MPa。进场后对其进行了比表面积、胶砂强度、安定性、凝结时间等试验，经检测其各项指标均符合JTG/T F50-2011施工验收规范的要求。

表1.1 水泥现场取样检测结果

1.2 集料

巴中市的砂石料（包括山料和破碎卵石）产地主要集中在广元的旺苍和巴中的南江，卵石及其机制砂主要集中在南充嘉陵江沿岸的南部和仪陇。

经过比选，采用砂含泥量较低，细度模数较好，而且级配良好，颗粒粗细均匀的南充卵石机制砂作为细集料。且其碱活性较低，适宜用于混凝土工程。

表1.2.1 卵石机制砂现场取样检测结果

表1.2.2 卵石机制砂颗粒级配曲线图

根据筛析结果，计算出细度模数为3.0，适宜拌合混凝土。

粗集料的选择主要考虑到两方面，含泥量及岩石强度。本工程涉及桥梁上部结构T梁预制，其强度为C50,原石强度应为混凝土设计强度的1.5倍，数据不低于75MPa。经比选，选择质量更为稳定，距离更近的南部破碎卵石。其摻配比例为（16-26.5mm：5-16mm = 7：3）。

表1.2.3 岩石现场取样检测结果

表1.2.4 破碎卵石（5mm-31.5mm）现场取样检测结果

表1.2.5 破碎卵石（5mm-31.5mm）颗粒级配曲线图

1.3 拌合用水

本设计确定选用拌合站接入的自来水。因当地供水时有中断，为不影响施工，同时对自来水及巴中曾口镇南江江水都进行检测，结果均符合 JTG/T F50-2011技术指标要求。

表1.3.1 拌合用水现场取样检测结果

1.4 粉煤灰

经比选，确定与西南水泥色差较小，质量稳定的旺苍新鑫建材有限公司的粉煤灰（F类Ⅱ级），检测结果符合JTG/T F50-2011技术指标要求。

表1.4.1 粉煤灰现场取样检测结果

2 混凝土配合比设计

2.1 混凝土设计主要影响因素

墩柱直接受桥梁上部结构竖直向下荷载的作用，以及受温度、湿度等环境因素的影响，因而对于混凝土的工作性、抗压强度、耐久性等有诸多要求。满足以上的要求，主要取决于三个方面：所选原材料本身的品质，混合料的组成配比以及现场的施工工艺措施。所以在配合比设计过程中，应分析影响其强度的因素，从而选择合理材料，科学设计，合理施工，以满足各项技术指标要求。其中原材料的选用固然重要，但能否合理科学的对墩柱混凝土配合比进行设计，也是影响墩柱混凝土抗压强度等其他性能的一个重要因素。本混凝土配合比设计合理与否，关键取决于水胶比、砂率、碎石级配及外加剂等四个参数对混凝土抗压强度、工作性、耐久性等的影响。

2.1.1 水胶比因素

这是决定墩柱混凝土配合比设计混凝土的强度的一个关键参数，其高低直接影响最终的结果。水灰比太小，塌落度小，和易性差，施工难以控制，且由于用水量太小，水泥水化过程也难以完成；水灰比太大，塌落度增大，混凝土具有足够的流动性，方便施工，但混凝土强度有所降低。故在试拌配合比基础上，水胶比上下浮动0.05，拌合用水量不变，形成三个不同配合比，并分别进行混凝土强度试验和拌合物性能检测。

2.1.2 砂率因素

砂率过大，导致粗集料的相对减少，使其骨架支撑的作用的不能发挥完全，影响混凝土强度；砂率过小，粗集料相应增多，拌合物中砂浆的量不足以包裹骨料，难以使混凝土体呈密实状态，势必降低混凝土强度；选择合理的砂率可以保证拌合料的粘聚性和保水性，提高混凝土的工作性。

2.1.3 粗集料因素

良好的骨料级配及颗粒形状利于相互嵌锁形成密实的骨架结构，对提高混凝土强度十分有利。泥块、土、石粉等的软颗粒使集料与砂浆的界面粘结强度降低，导致硬化后的混凝土强度降低。故应严格控制级配比例。

2.1.4 外加剂因素

外加剂掺量占比虽小，但能明显改善混凝土的性能，并改善经济性。因机制砂自身特点，棱角角多，保水较差，其配置的混凝土主要依靠外加剂去调节混凝土的和易性、凝结时间、保水性等。所以外加剂的调整是本配合比的重中之重。

2.2 配合比设计要求

根据设计要求，本次墩柱混凝土配合比设计28d抗压强度为30MPa，施工拟采用自卸运输车、吊机辅助浇筑。

混凝土采用水泥强度等级为P·O 42.5，拌合物坍落度控制在160±20mm，考虑到拌合站与各桥之间距离较远，且山路较窄，实际行车距离较长，故设定目标1h坍落度经时变化量≤60mm，和易性、工作性满足现场要求。

2.3 计算初步配合比

为满足配合比设计要求，粗集料采取双级配，破碎卵石规格分别为5-16mm：16-26.5mm=3:7，水泥采用P.O42.5，掺加聚羧酸高性能减水剂，在保证强度及工作性的前提下，考虑经济性，以节约成本。现简要概述初步配合比计算过程如下。

（1）计算水泥混凝土配制强度：fcu,0≥30+1.645×5.0=38.2Mpa

（2）粉煤灰掺量为 10%，胶凝材料 28d胶砂抗压强度：fb= 0.85×44.6=37.9MPa

（3）计算水胶比：W/C=0.53×37.9/(38.2+37.9×0.53×0.20)=0.48

（4）根据计算，暂定水灰（胶）比：W/C = 0.48

（5）每方用水量：mw0=233kg

（6）外加剂减水率：25%；推荐外加剂掺量：1.0%；

（7）掺外加剂后每方用水量：mw0’=233×（1-25%）=175 kg/m3；

（8）每方混凝土所用胶凝材料用量：mco=175/0.48=365kg/m3；

（9）每方减水剂用量: mWJ=365×1.0%=3.65 kg

（10）暂定砂率βs=43%

（11）砂石料总重量为 2400-365-175=1860kg；每方机制砂用量（ms）为744kg，每方碎石用量（mG）为1116kg。

2.4 试拌、调整配合比

在初步配合比的基础上，通过工作性验证及调整，确定基准配合比。拌合方式采用强制式机械拌合，初步配合比为水泥：粉煤灰：砂：石：水：减水剂=328：37：744：1116：175：3.65（w/c=0.48）。

外加剂选用山西方兴，其初步配比为每t外加剂减水成分：保坍成分：缓凝剂=300：100：20。减水和保坍母液为方兴自产，缓凝剂采用葡萄糖酸钠。经试拌后，调整砂率为46%，出机坍落度为175mm，满足要求。因机制砂棱角分明，保水性差，细度模数偏大，混凝土出现不可消除的有害气泡，且坍落度损失较快，仅30min损失超过90mm，不能满足现场运输及施工要求。在试验过程中，还出现泌水现象。初步判断为缓凝剂不能与水泥很好适应，保坍成分不足导致。

外加剂的缓凝成分更改为与现场水泥适应性更好的柠檬酸钠，且柠檬酸钠具有提升混凝土耐久性的功能，并增加保坍成分比例。因保水成分具有一定减水效果，按比例减少减水成分，加入消泡剂减少因骨料间隙产生的较大有害气泡。加入引气剂引入均匀分布的微小封闭气泡，减少有害气泡，并改善混凝土拌合物的和易性。最后加入一定量的调节剂，在不减少混凝土拌合物的坍落度的前提下，增加部分粘聚性，改善混凝土流变性，增加混凝土工作性能。选取引气剂为德国科莱恩公司的α烯烃硫酸钠(AOS)，因其适应性强，起泡性好，稳定性好；消泡剂为聚醚系列消泡剂，可有效减少混凝土表面的气孔和蜂窝、麻面等缺陷，市面上应用较广；调节剂为纤维素，小掺量时有较好的增粘效果。确定外加剂的成分比例为每t 减水成分：保坍成分：缓凝剂：消泡剂：引气剂：调节剂=260：150：20：0.2：0.3：0.5。

经检验，外加剂固含量为25%，其含水量对水胶比影响小于0.01，故无需调整配合比中拌合用水量。

按配合比为水泥：粉煤灰：砂：石：水：减水剂=328：37：856：1004：175：3.65（w/c=0.48）进行试拌。

表2.4.1配合比试拌1h坍落度经时变化量

2.5 确定试验室配合比；

保持用水量不变，水灰比分别采用0.43和0.53，砂率分别为45%和47%。

检验强度，确定试验室配合比：采用水灰比为 0.53、0.48、0.43分别制作混凝土试件，标准养护至7d、28d进行试压，其各项指标结果如下：

表2.5.1 三种水胶比的配合比试拌数据

根据28d标养强度结果，暂选定编号B配合比进行耐久性评估。

2.6 碱含量评估

根据编号B配合比各原材料的碱含量综合计算混凝土总碱含量。

表2.6.1 总碱含量计算

2.7 氯离子评估

根据编号B配合比各原材料的氯离子含量综合计算混凝土氯离子含量。

表2.7.1 氯离子含量计算

2.8 混凝土电通量试验

因环境中微腐蚀性，本设计用电通量法表征结构的抗氯离子性能。

表2.8.1 电通量试验数据及整理

2.8 确定最终配合比

根据混凝土配合比工作性、试件强度等情况，综合经济性，选用B组（水灰比0.48）作为试验室配合比即：水泥：粉煤灰：砂：石：水：减水剂=328：37：856：1004：175：3.65（w/c=0.48）

在施工阶段，因根据天气、实际运输情况等实际情况，结合料仓中粗、细集料含水率，在水胶比应确保不变的前提下，调整混凝土拌合用水量、实际砂率和外加剂掺量。

通过巴坦路施工实践证明，此配合比在工作性能、强度、耐久性等方面都满足了实际要求，确保了现场施工的持续性和成品质量。

3 结束语

本文通过对机制砂混凝土配合比设计过程论述，阐明机制砂完全可以配制出强度和工作性能满足川北地区桥梁墩柱技术性能要求及实际需求的混凝土。综合考虑到机制砂特性及现场的施工条件，择优选择最佳配比，并在施工过程加强数据收集以及技术总结，可为施工条件相似的地区提供有效的技术支持和经验。