拱脚、系杆混凝土配合比设计

摘要：结合江苏省苏南运河三级航道整治桥梁工程SQ-QL1标望亭桥拱脚及系杆施工情况，就自密实高性能混凝土配合比设计时原材料的选择、坍落扩展度的确定进行了探讨，最终选出满足适用性、经济性及耐久性的混凝土配合比，经检验该配合比效果良好。

关键词：拱脚、系杆，泵送混凝土，配合比，坍落扩展度

苏南运河三级航道整治桥梁工程SQ-QL1标望亭桥主桥为系杆拱结构，其拱脚和系杆部位钢筋与预应力孔道纵横交错比较密集且有拱肋预埋钢筋的影响给施工带来了很大难度，该部位的混凝土必须具备良好的保水性和较高流动性才能满足施工要求，因此我项目部选择采用自密实混凝土浇筑。

一、自密实混凝土工作性的特点和检测方法

自密实混凝土拌合物不仅要求有较大的流动性，而且还要求有较好的粘聚性。自密实混凝土的胶结材浆体要能充分包裹与分隔砂石的每一个颗粒，使砂、石悬浮在胶结材浆体中。因而自密实混凝土工作性就要求同时具备（1）流动性（2）抗离析性（3）自填充性，这三种性能又称自密实性。

流动性可以用检测普通高性能混凝土拌合物坍落扩展度的方法检测。

抗离析性又称抗离析稳定性，日本和欧洲标准均用两种方法检测。一是用一种特殊的V形漏斗，装满10 L混凝土拌合物，打开底盖计量流出时间（S）。另一种方法是计量坍落扩展度扩展到平均50 cm的时间（s）。V形漏斗流出时间欧洲规定不大于20 S，日本虽也同样规定一般自密实混凝土不大于20 S，而钢筋净间距小于60 mm时，规定为不大于25 S，意即当钢筋密度大时，拌合物的粘聚性需要大一些。坍落扩展度扩展Nsocm的时间，日本规定一般自密实混凝土为3-15 S，钢筋净间距小于60 mm时为5-20 S，见图1。

图1 V形漏斗

自填充性又称间隙通过性，用箱形试验（欧洲称U形箱），用一个矩形箱，中间通过隔板分为A、B二室，下端流出19cm高连通口，连通口处垂直放一定间距的钢筋。将A室装满混凝土拌合物，拔开隔板，拌合物即通过钢筋流人B室。停止流动后测两侧混凝土高度差。日本规定高度差小于8 cm为合格，欧洲则规定愈小愈好，（图2）。

图2 箱形实验仪

（a）欧洲型；（b）13本型

2、自密实混凝土的原材料的选择

1）粗细骨料

粗骨料的粒形、尺寸和级配对自密实混凝土拌和物的工作性，尤其是对拌和物的间隙通过性影响很大。颗粒越接近圆形，针、片状含量越少，级配越好，比表面积就越小，空隙率就越小，混凝土拌和物的流动性和抗离析性、自密实性就好；粗骨料的最大粒径越大，混凝土拌和物流动性和间隙通过性就越差，但如果粒径过小，混凝土的强度和弹性模量将降低很多。

2）外加剂

自密实混凝土由于其流动性高，粘聚性、保塑性好，水泥浆体丰富，拌制用水量就大，为了降低胶凝材料的用量和保证混凝土具有足够的强度，就必须掺用高效的混凝土减水剂，来降低用水量和水泥用量，以获得较低的水灰比，使混凝土结构具有所需要的强度。因此高效的混凝土减水剂是配制自密实混凝土的一种关键原材料。

3）胶凝材料

根据自密实混凝土的性能要求，可以认为适于配制自密实混凝土的胶凝材料应具有以下特性：（1）和外加剂相容性好，有较低需水性，能获得低水灰比下的流动性、粘聚性保塑性良好的浆体（2）能提供足够的强度（3）水化热低、水化发热速度小（4）早期强度发展满足需要。由此可见，单一的水泥胶凝材料已无法满足要求，解决的途径是将水泥和活性细掺和料适当匹配复合来满足自密实混凝土对胶凝材料的需要。水泥应选用标准稠度低、强度等级不低于42.5Mpa的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。

三、配合比的设计

1）根据以上材料的要求我们选择了：

1、水泥―溧阳金峰水泥集团有限公司生产的P.O42.5水泥，密度为3100 Kg/M3 2、细集料―安徽芜湖长江砂细度模数2.72，表观密度为2690Kg/M3 3、粗集料―湖州小5-25mm及5-16mm花岗岩碎石按级配比例调成5-20mm连续级配，表观密度为2690Kg/M3 4、掺合料―常熟热电厂II级以上粉煤灰，密度为2200 Kg/M3 5、外加剂―江苏中凯建材有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂型号为JC-701

2）自密实混凝土必须满足：根据自密实性能等级定粗集料绝对体积为0.32～0.35m3，单位用水量范围155～180kg，水粉体积比范围0.80～1.15，单位体积粉体量范围0.16～0.23m3，单位体积浆体量范围0.32～0.40m3

（1） 确定碎石用量：选取碎石用量的绝对体积为0.338 g/cm3，单位体积粗集料体积用量为338L，质量为909kg。

（2） 确定用水量：选择单位体积用水量W=165L和水粉比1.00。计算粉体体积为165L，介于0.16～0.23m3之间的要求范围。

（3） 确定含气量：根据经验以及使用外加剂的性能设定混凝土的含气量为2.0%，既20L.

（4） 计算单位体积细集料用量：S=（1000-20-165-165 -338）=312L，质量为820kg。

（5） 骨料体积为Vg+s=338+312=0.650 m3。

（6） 每立方水泥和粉煤灰用量根据粉体体积、各粉体的密度以及满足强度要求的水胶比确定，确定水胶比为0.34，故胶凝材料总量为490kg，每立方材料为水泥=437kg，粉煤灰=53kg。

（7） 水泥浆体的体积为1-0.020-Vg+s=0.33m3；符合0.32～0.40m3推荐范围。

（8） 每立方减水剂用量为7.35kg，掺量为1.5%。

3）试配情况一览表

表一：

自密实混凝土强度等级 C50

自密实性能等级 三级

水胶比 0.34

水粉比 1.00

含气量（%） 2.0

粗集料最大粒经（mm） 20

单位体积粗骨料绝对体积（m3） 0.338

单位体积材料用量 体积用量（L） 质量用量（kg）

水 165 165

水泥 141 437

粉煤灰 24 53

细集料 312 820

粗集料 338 909

外加剂 高性能减水剂 1.5% 7.35

其他外加剂 无

坍落扩展度（mm） 目标值 600±50

实测值 640

V漏斗通过时间（s） 目标值 3～20

实测值 17″25

T50/S 9″15

抗压强度（MPa） 3d 42.8

7d 52.6

28d 65.4

2015年1月份望亭桥的系杆和拱脚施工过程中，该配合比生产的混凝土既能满足施工又能满足混凝土外观和强度的要求，经过多次检测，合格率达100%。