高性能混凝土配合比设计和选择
1、原材料选择
水泥: C30普通混凝土和水下混凝土采用宁夏赛马普通硅酸盐水泥P.O42.5
R 密度3.0 g/cm3, 氯离子含量0.015%, 标准稠度用水量28.4%, 比表面积333 m2/kg, 水泥中粉煤灰掺量16.7%。
C50预应力混凝土采用宁夏赛马普通硅酸盐水泥P.O52.5R, 标准稠度用水量25.8%, 氯离子含量0.016%, , 水泥中粉煤灰掺量7%, 水泥密度3.1 g/cm3, 比表面积410m2/kg。
粉煤灰采用宁夏大坝电厂生产的优质Ⅰ级粉煤灰, 表观密度p
f
=2.2g/cm3。
硅粉: 采用宁夏大武口铁合金厂生产, 松堆密度p
b
= 0.18~0.23g/cm3、表
观密度=2.0~2.2g/cm3比表面积: 15~20m2/g、需水量比: ≤125% 、 SiO
2
含量可达 85~90%。
石灰岩粉: 采用柳木高玉明牌石灰岩粉表观密度=2.8g/cm3, 比表面积=450 kg/m2, 含泥量≤2%。
矿粉: 采用青铜峡矿粉表观密度=2.8g/cm3, 比表面积=600 kg/m2。
减水剂采用山西黄恒HY-A聚羧酸高性能液体减水剂, 减水率不小于25%,经正交设计减水剂C30优化为浇凝材料0.8%, C50优化为浇凝材料1.1%。
细集料: 银川天昊水洗砂厂中砂: 表观密度2687kg/m3、堆积密度1640kg/ m3、空隙率39%、含泥量1.3%、云母含量1.3%、坚固性4.3%、细度模数2.
86; 细度模数M
k =2.6~3.2。
要求M
k
浮动小, 具有良好的级配Ⅱ区中粗砂, 太细
的砂配制不出高性能混凝土。
细集料满足JTJ/T F50—《公路桥涵施工技术规
范》6.3要求。
粗集料: 套门沟碎石(5-31.5): 表观密度2727 kg/m3、堆积密度1520 kg/
m3、空隙率44%、含泥量0.7%、压碎值8.7%、针片状含量2.5%、 SO
3
含量0. 02%;
C30水下混凝土和普通混凝土: (20~31.5)mm: (10~20)mm:(5~10)mm=30%: 50%: 20%; C50预应力混凝土: (10~25)mm:(5~10)mm=70%: 30%。
JTJ/T F50—《公路桥涵施工技术规范》6.4要求。
粗、细集料的含泥量分别不大于1%和3%; 泥快含量分别不大于0.5%和1%,这些指标满足JTJ/T F50—《公路桥涵施工技术规范》要求。
工地井水: PH6.4、不溶物含量18mg/L、碱含量1087 mg/L、氯化物含量109 mg/L、硫酸盐含量279 mg/L。
满足JTJ/T F50—《公路桥涵施工技术规范》6.5.1要求。
2、确定混凝土配合比的原则
1) 按具体工程提供的施工图纸, 依据新桥规施工组织设计, 选择原材料和胶凝材料。
”具体问题, 具体分析”, 对不同部位采用不同混凝土配合比以保证混凝土工作性能满足施工需要。
如高立柱和低立柱、天气热和天气冷、路途近路途远、混凝土出料口温度等因素综合考虑。
虽然都为C30普通混凝土, 它们工作性能不同, 这就要求它们坍落度是不一样的。
只有这样作才能够避免混凝土罐车二次加水。
2) 注重骨料级配和粒形, 按最大松堆密度法优化级配骨料, 但级配后空隙率不大于42%, 细集料和粗集料空隙率乘积0.16~0.2;
3) 按《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476— , 选择混凝土浆骨比( 即最小用水量或胶凝材料总量) 原则, 尽量减少骨浆比, 根据混凝土强度等级和最小胶凝总量原则确定浆骨体积比, 按选定的浆骨比得到一方混凝土拌合物浆体体积和骨料体积; 计算粗细集料料积所用的密度应
当是饱和面干状态下所测定出来的; 细集料应过5mm筛;
4) 按《高性能混凝土应用技术规程》CECS 207- ,选择矿物掺合料最大掺量和水胶比;
5) 分别按绝对体积法用浆体体积计算胶凝材料总量和用水量; 用骨料体积计算砂、 石用量; 调整水胶比时, 保持浆体体积不变;
6) 根据工程特点和技术要求选择合适的外加剂, 建议采用第三代聚羧酸减水剂调整拌合物的施工性, 不易采用第二代萘系列减水剂;
7) 当拌合物表观密度超过±2%时, 应重新测定粗细集料、 胶凝材料密度, 直达达到要求;
3、 HPC 配合比设计 3.1目标配合比计算:
根据混凝土设计标号, 依据JTJ/T F50— 《公路桥涵施工技术规范》、 《高性能混凝土应用技术规程》CECS 207- 、 《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476— 、 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204— 初步进行混凝土设计计算, 即水泥: 粉煤灰: 石灰岩粉: 矿粉、 硅粉: 水: 细集料: 粗集料=m co : m fo : m pLo : m SLo : m SFO :m so : m Go
1) 确定HPC 的配制强度f cu,o
f cu,0≥f cu,k +1.645σ ( 6-1)
式中
f cu,0---沸凝土配制强度(MPa);
f cu,k --- 混凝土立方体抗压强度标准值(MPa); σ---混凝土强度标准差(MPa);
高性能混凝土不易离析和泌水, 混凝土质量易于保证。
根据大量混凝土强度统计资料, 混凝土强度保证率在95%情况下, 回弹强度均方差和抗压试块强度均方差: C30均方差不大于3, 离差系数不大于10%; C50均方差不大于2.5, 离差系数不大于5%。
混凝土均方差σ宜按表6-1采用, 以减少配合比水泥用量。
标准差σ值 表6-1
2) 确定水胶比
水胶比: 混凝土拌合物中用水量与胶凝材料总量的重量比。
高性能混凝土耐久性: 在设计确定的环境作用和维修、使用条件下, 结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。
环境作用: 温、湿度及其变化以及二氧化碳、氧、盐、酸等环境因素对结构的作用。
根据新桥规表6.15.9-2按耐久性设计高性能混凝土, 新桥规依据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/750476- 编制得, 见表- 结构所处环境按其对钢筋和混凝土材料的腐蚀机理可分为5类, 并应按表6- 2确定。
环境类别表6-2
注: 一般环境系指无冻融、氯化物和其它化学腐蚀物质作用。
环境对配筋混凝土结构的作用程度应采用环境作用等级表示, 并应符合表6- 3的规定。
环境作用等级表6-3
注明:
1.当结构构件受到多种环境类别共同作用时.应分别满足每种环境类别单独作用下的耐久性要求。
2.在长期潮湿或接触水的环境条件下, 混凝土结构的耐久性设计应考虑混凝土可能发生的碱一骨料反应、钙矾石延迟反应和软水对混凝土的溶蚀, 在设计中采取相应的措施。
对混凝土含碱量的限制应根据附录B确定。
3.混凝土结构的耐久性设计尚应考虑高速流水、风沙以及车轮行驶对混凝
土表面的冲刷、 磨损作用等实际使用条件对耐久性的影响。
混凝土结构的设计使用年限应按建筑物的合理使用年限确定, 不应低于现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的规定; 对于城市桥梁等市政工程结构应按照表-20 的规定确定。
混凝土结构的设计使用年限 表6-4
高性能混凝土耐久性公式:
+38.3W B ( 6-2) W —用水量 B —胶凝材料用量
C — 钢筋保护层厚度( cm) , 室内保护层比室外增加2cm α—劣化外力区分系数, 室外1.0, 室内1.7; t — 按耐久性实际使用年限( 年)
3) 选定单位用水量( m wo )
按表6-5确定高性能混凝土用水量和最大骨胶比, 一般情况下含水量每增减±5 kg/m 3, 坍落度增减±20mm 。
不同等级混凝土最大浆骨比 表6-5
4) 计算单位胶凝材料用量
混凝土原材料中具有胶结作用的硅酸盐水泥和粉煤灰、硅灰、磨细矿渣、石灰岩粉等矿物掺合料与混合料的总称为胶凝材料。
见表6-6
高性能混凝土最大水胶比和最小胶凝材料用量( kg/m3) 表6-6
注: 1表中数据适用于最大骨料粒径为20mm的情况.骨料粒径较大时宜适当降低胶凝材料用量, 骨料粒径较小时可适当增加;
2引气混凝土的胶凝材料用量与非引气混凝土要求相同;。