广深沿江高速公路（深圳段）C40混凝土配合比设计与试验

　　摘要:对广深沿江高速公路（深圳段）第二合同段工程承台、系梁、墩身的混凝土配合比进行了设计，并通过试验测试验证了该配合比的混凝土相应龄期内的抗压强度及氯离子扩散系数，以及进行了混凝土氯离子含量和碱含量的计算。
关键词：广深沿江高速公路，混凝土配合比，配合比设计，配合比试验
1工程概况
广深沿江高速公路起于广州，终于深圳，南向连接香港，是全国高速公路网的重要组成部分，也是继广深高速公路之后，珠江三角洲地区又一条南北向重要的交通要道。本文主要就广深沿江高速公路（深圳段）第二合同段工程（起止里程为K66+103～K74+524，全长8.421km）[1]的承台、系梁、墩身混凝土配合比设计与试验进行探讨。该工程混凝土采用强制式机械拌合,环境作用等级为D、F级[2]。
2混凝土技术条件及参数[1]
设计强度等级：C40设计坍落度：160～200mm
水胶比：033～0.38胶凝材料：400～440kg/m3
承台84d抗氯离子渗透系数：≤2.5×10-12m2/s
墩身84d抗氯离子渗透系数：≤1.5×10-12m2/s
3混凝土原材料选用情况
结合深圳市周边地区粗细集料的实际情况，尽量发挥地区原材料的优势，利用P.Ⅱ42.5水泥和活性矿物掺合料及高效减水剂的超叠加效应，通过合理的计算和调整，并经试验验证，最终确定该混凝土各种成份的最佳配合比，按该混凝土的特性进行试配。
3.1水泥:选用华润（平南）水泥有限责任公司生产的P.Ⅱ42.5水泥，其中氯离子含量为0.02%，碱含量为0.58%。
3.2细骨料:采用西江（肇庆段）河砂，其含泥量为0.6%，氯离子含量为0.002%。
3.3粗骨料:采用四会迳口塘口石5-25mm碎石(双级配)，压碎指标值为6%，氯离子含量为0.003%。
3.4拌和水:采用自来水，氯离子含量为110mg/L，碱含量为137mg/L。
3.5掺合料:混凝土掺合料的添加可以显著改善其和易性和密实性，同时对提高混凝土的后期强度也有极大的帮助。现采用深圳妈湾电厂Ⅰ级粉煤灰，其氯离子含量为0.01%，碱含量为1.78%；韶钢钢铁厂S95矿渣粉，其氯离子含量为0.01%，碱含量为0.91%。
3.6外加剂:对提高和保证混凝土强度及实现混凝土的特殊性能，混凝土所选用的外加剂品质质量极为关键。本工程采用南京瑞迪高新技术公司HLC-Ⅸ聚羧酸盐高效减水剂，其氯离子含量为0.01%，碱含量为2.23%；另选用中国建筑科学研究院建筑材料研究所建研建材有限公司研制的MS-601阻锈剂，其氯离子含量为0.02%，碱含量为1.55%。
4混凝土配合比的设计
4.1设计依据
依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55一2000)的要求[3]，本工程所选用的C40混凝土配合比计算过程主要应包括以下内容：(1)配制强度的确定,(2)水灰比的计算,(3)砂率及单位用水量的选取等过程。
以上计算过程是以鲍罗米公式为依据的，具体规律为混凝土的强度是与灰水比成线性关系的，混凝土的强度会随灰水比的增大而升高。
4.2胶凝材料及水胶比确定
为使得混凝土的强度和耐久性要求以及和易性得到保证，参照工程相关资料及试验室以往的相关试验数据，并根据工程所选用混凝土各成分原料的实际情况，先确定胶凝材料的总量为430kg/m3，其中水泥为215kg/m3，粉煤灰为129kg/m3，矿渣粉为86kg/m3，并确定以0.33作为基准水胶比。
4.3用水量及外加剂掺量确定
在混凝土配合比设计计算中，外加剂的掺量是一个很复杂的过程。根据多年的工程实践经验，外加剂的添加量可按以下计算方法选取。减水类的外加剂，可以各种粉体材料的总重量作参考来计算；而对水泥的凝结时间、强度、耐久性能等有影响的外加剂，其添加量又可仅以水泥用量作参考来计算。因此混凝土配合比外加剂组分的设计过程中，某些缓凝型的减水剂，其掺加量是可以水泥用量来计算，但若用于掺加有粉煤灰和矿渣粉成分的混凝土，要使得混凝土达到一定的减水效果，其外加剂的添加量就应该依据胶凝材料的总用量来计算。
根据本工程石料的粒径及级配情况，高效减水剂的减水率及采用强制式机械拌合引起的坍落度损失等因素来综合考虑确定用水量及外加剂掺量。用水量控制在140-145kg/m3，液体外加剂掺量为3.01kg/m3，MS-601阻锈剂为4.3kg/m3。
4.4砂率及砂石用量确定
根据混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性等方面的要求，选取该混凝土砂率范围为0.39-0.41，经试验对比最终确定以0.40作为生产用砂率。假定该混凝土容重为2400kg/m3，则砂、石总量为2400-430-7.31-142=1820.69kg，砂用量为1820.69×0.4=728.3kg/m3，碎石用量为1820.69×0.6=1092.4kg/m3.
经过计算得混凝土的理论配合比如下表1所示。
C40混凝土理论配合比表1

由表1可知，该配合比混凝土各成分含量均符合其技术条件及参数要求。当混凝土拌合物的实测密度与计算密度值之间的差值不超过2%时可不用调整；大于2%时依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ/55-2000的相关规定进行调整，直到满足要求为止。配合比经过确定后，对其进行6到8次重复试验进行验证，试验测得的混凝土强度平均值应不低于配制强度值，以确保其强度的可靠性。
5混凝土配合比试验
试验室混凝土的搅拌方法分为人工搅拌和机械搅拌。而且使用搅拌机种类的不同也对混凝土的某些性能有较大影响。试验室通常使用立轴、单卧轴和滚筒式搅拌机三种。使用立轴搅拌机搅拌混凝土时，旁边会留有很多余料，不适合进行添加外加剂混凝土的搅拌，相比较而言滚筒式搅拌机更适合搅拌添加外加剂的混凝土，单卧轴搅拌机适合搅拌掺有粉煤灰，矿渣粉等掺和料的混凝土。以上通过强制式搅拌配出的混凝土，其坍落度损失都较大[4]。通过强制式搅拌配出的混凝土坍落度损失虽然大，但混凝土在工程施工当中应用的很好，本工程混凝土既是采用强制式机械拌合。
本次混凝土配合比试验，共制作成型150mm×150mm×150mm的立方体试件6组，经合理养护后分别用于测试7d和28d混凝土抗压强度，以及84d氯离子扩散系数。主要测试获得的性能指标如下表2所示。

由表2可知，该配合比混凝土坍落度为200mm，满足其160-200mm范围的要求，其84d氯离子扩散系数试验测得的数值为：1.34×10-12m2/s，满足工程设计中承台84d抗氯离子渗透系数≤2.5×10-12m2/s，墩身84d抗氯离子渗透系数≤1.5×10-12m2/s的要求。
6混凝土碱含量计算
承台、系梁、墩身混凝土碱含量计算详细见下表3所示。
混凝土单方总碱含量计算表表3

结论    总碱含量满足不大于3.0kg/m3的标准要求[5]
注：粉煤灰的碱含量取其总碱量的15%，矿渣粉的碱含量取其总碱量的50%。
7混凝土氯离子含量计算
承台、系梁、墩身混凝土氯离子含量计算详细见下表4所示。

结论    氯离子总含量满足不超过胶凝材料总量的0.1%的标准要求[5]
8结论
通过对该工程混凝土原材料的检验和混凝土配合比的各项性能指标的计算和试验验证，表明该混凝土配合比拌合物性能和力学性指标均满足设计的要求，其中84d氯离子扩散系数也已满足承台、系梁设计要求,故选用该配合比用于广深沿江高速公路（深圳段）项目第2合同段承台、系梁工程施工。
通过对该C40混凝土进行的多次配合比试验可知，活性矿物掺合料种类及用量的不同对混凝土强度，坍落度以及其搅拌方法的选择都有影响,表明配制混凝土应采用合理的矿物成分、安定性稳定、各项技术指标合格的矿物掺合料,并非所有掺合料都适合制作混凝土。
参考文献
[1]《广深沿江高速公路（深圳段）施工设计图》
[2]《广深沿江高速公路（深圳段）土建工程专用施工技术规程》
[3]《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000
[4]《公路工程水泥及混凝土试验规程》JTGE30-2005
[5]《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTG/TB07-01-2006