C40超大体积混凝土配合比设计

摘要：介绍了宁安铁路安庆长江大桥主桥承台大体积混凝土配合比的设计及和优化，以及该配合比在工程实体中的应用效果。

关键词：超大体积混凝土配合比设计

1．工程概况

宁安铁路安庆长江大桥是宁（南京）安（安庆）铁路上的一座特大型桥梁，主桥长1365.09m，采用（101.5 m +188.5 m +580 m +217.5 m +159.5 m +116.0 m）5跨钢箱梁斜拉桥，承台为圆柱体，平面直径51m，高8m，混凝土数量约为16400m3。由于承台尺寸较大，属于大面积、大方量的超大体积混凝土，混凝土在水泥水化热的作用下，将使承台混凝土内部产生较高的混凝土温升，产生不稳定的温度变形，极易导致混凝土开裂。为保证混凝土质量，减小温度裂缝，选择优质的原材料和合理的配合比尤为重要。

2．材料选择与控制

2.1水泥

大体积混凝土所采用水泥宜为低水化热的水泥，如粉煤灰水泥和矿渣水泥，也可采用外掺粉煤灰的普通硅酸盐水泥。

安庆长江大桥采用华新水泥（阳新）有限公司生成的“堡垒”牌P•O42.5级水泥，其主要性能指标如下：比表面积310/；标准稠度用水量26.6；初凝时间180min,终凝时间245min；3天和28天抗折强度分别为4.7 MPa、8.1MPa，；3天和28天抗压强度分别为26.5 MPa、50.9MPa。

2.2粗集料

大体积混凝土宜优先选用连续级配的粗集料配制，并宜选用粒径较大的粗集料，采用该种粗集料配制的混凝土工作性能较好，可以减少水泥和水的用量，减小混凝土的绝对升温。本工程采用安徽和县碎石，性能如下：表观密度2690/m3；紧密堆积密度1670/m3；压碎指标9.2；含泥量0.6%；泥块含量0.1%；针片状颗粒含量5.2%。

2.3细集料

大体积混凝土宜优先选用Ⅱ区中砂，细度模数宜在2.6～3.0范围内。本工程采用江西赣江砂，指标如下：细度模数2.6；含泥量0.5%；泥块含量0.0%。

2.4粉煤灰

掺粉煤灰可以减少水泥用量，降低水化热，优质粉煤灰因其需水量小，还可以减小混凝土的干缩。本工程采用铜陵皖能Ⅰ级粉煤灰，其主要指标如下：细度9.8%；需水量比94%；烧失量3.2%；游离氧化钙0.5%，安定性检测合格。

2.5外加剂

本工程采用武汉格瑞林SP010缓凝型聚羧酸系高性能减水剂。主要指标：减水率31%；含气量3%；常压泌水率比3%；压力泌水率比52%。

2.6水

拌和水采用长江水，其PH值7.8；氯离子含量17%；碱含量15%；不溶物含量7%；可溶物含量142%。

3．配合比设计

3.1大体积混凝土的试配

根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》及《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》中碳化环境T3的要求，最大水灰比应≤0.45，胶凝材料≥320kg/m3；掺用SP010（缓凝型）聚羧酸系外加剂(掺加胶凝材料的1.05%)减少拌和水，经试配后确定基准水灰比为0.36。根据碎石的最大粒径，查用水量表当坍落度为90mm时，标准用水量为195，设计坍落度为180±20mm，坍落度为190mm时用水量为220kg/m3，掺入外加剂，按减水率为31％计算用水量为152kg/m3。根据工艺要求选用砂率40％。按要求确定基准配合比，水胶比以±0.03调整，相应调整砂率与用水量，得出3个配合比，详见表1。

表1 大体积混凝土配合比设计

编 号 mc

(kg) ms

(kg) mG

(kg) mw

(kg) mf

(kg) mAp

(kg) 砂率

β%

A 296 682 427+641 150 159 4.78 39 0.33

B 274 713 428+641 152 148 4.43 40 0.36

C 257 741 426+640 154 138 4.15 41 0.39

3.2混凝土拌和物性能和力学性能检测汇总。详见表2、表3、表4。

表2混凝土拌和物性能汇总表

编 号 mc

(kg) ms

(kg) mG

(kg) mw

(kg) mf

(kg) mAp

(kg) 坍落度

（mm） 扩展度 泌水率% 表观

密度（kg/m3） T1h

(mm) 含气

量%

A 11.84 27.28 17.08

25.64 6.00 6.36 0.191 195 495 mm 0 2370 185

10 2.8

B 10.96 28.52 17.12

25.64 6.08 5.92 0.177 200 490

mm 0 2380 200

0 2.6

C 10.28 29.64 17.04

25.60 6.16 5.52 0.166 200 480 mm 0 2370 195

5 2.7

表3混凝土力学性能汇总表

编 号 F3(kN) R3

(MPa) F56(kN) R56

MPa 56天强度

达到试配强度％

100×100×100mm 150×150×150mm

A 181.12 192.76 176.89 17.4 1336.5 1356.4 1320.2 59.5 123

B 175.34 166.76 180.94 16.6 1246.8 1223.5 1260.6 55.3 115

C 169.74 157.8 183.08 16.2 1125.6 1130.7 1148.5 50.4 105

表4混凝土力学性能及电通量测试汇总表

编 号 F7(kN) R7

(MPa) 56天电通量

（库仑） 代表值

（库仑）

100×100×100mm

A 850.36 800.24 820.37 36.6 442.255 420.331 414.962 426

B 771.29 786.71 750.93 34.2 396.801 405.845 376.451 393

C 715.94 743.26 733.98 32.5 451.637 434.741 462.679 450

3.3配合比选定

综合上述拌合物性能及力学性能检测结果分析，考虑工程耐久性混凝土的指标要求，故可选定编号B为主墩承台C40混凝土理论配合比比较经济合理。

4．工程实体应用

本工程主桥承台采用了该大体积混凝土配合比，施工过程中通过控制原材料的质量和混凝土的搅拌工艺，在承台浇筑时取得了良好的效果，混凝土泵送过程中没有出现堵管现象，保证了混凝土的顺利浇筑；同时，采用该配合比配制出的混凝土，初凝时间与终凝时间也满足了现场施工的要求，保证了层与层之间混凝土浇筑的连续性和整体性。混凝土拆模后，观察混凝土表面，未发现有裂缝、渗漏和其他质量问题。混凝土施工过程中随机取样制作的试块，标准养护至28天时，抗压强度值已经到达46.5MPa，达到了设计强度等级的116%，很好的满足了大体积混凝土的质量要求。

5．结语

（1）大体积混凝土配合比设计中，选择合理的原材料最为关键。原材料选用不当将导致混凝土工程产生质量缺陷或裂缝，直接影响着整个工程结构的质量。

（2）合理的配合比，既能保证混凝土的工作性和浇筑过程的连续性，又能满足混凝土的力学性能和耐久性能的要求。

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