论文部分内容阅读
【摘 要】介绍了五河定淮淮河大桥索塔承台大体积混凝土配合比的设计和优化。
【关键词】大体积；低水化热；混凝土配合比；设计
【Abstract】 Given the Huai Huai River Bridge， Five Rivers Sarasota Mass Concrete mix proportion design and optimization.
【Key words】 Large volume；Low heat of hydration；Concrete mix ratio；Design
一、工程概述
徐明高速公路是安徽“四縱八横”高速公路网中的“纵一”部分，位于安徽省东北部，起点徐州，终点明光。五河定淮淮河特大桥，跨越淮河，主桥为独塔斜拉桥，塔墩固结体系。主塔承台混凝土强度等级为C35，承台直径为26m，高3m，混凝土方量为1500m2，属于大体积混凝土。对于这样的大方量混凝土工程，混凝土内外温差产生的裂缝及混凝土耐久性是质量控制的重点。
二、大体积混凝土配合比设计设计原则
（一）满足结构物的设计强度要求
索塔承台混凝土设计强度为35MPa，根据规范要求，并考虑到混凝土原材料、拌和、运输、浇筑和养护等的差异，采用配制强度为43.8 MPa进行配合比设计，以保证工程实体的强度要求。
（二）应满足耐久性的要求
混凝土要具有低水化热、绝热温升小，严格控制混凝土碱含量和氯离子含量，尽可能的降低混凝土的收缩，提高抗氯离子渗透性能，故应大量掺入外掺料。
三、大体积混凝土配合比的材料选择
（一）水泥的选择
大体积混凝土应采用水化热低的水泥，我们针对安徽珍珠水泥集团股份有限公司生产的珍珠牌P.O42.5水泥和山东申丰水泥集团有限公司生产的申丰牌P.O42.5水泥进行水化热和各项性能对比试验
（二）骨料的选择
1.粗骨料
根据施工要求及降低由于岩石种类造成对混凝土干缩性产生的影响，我们采用石灰岩反击破碎石。大体积混凝土宜优先选用连续级配较好的碎石，以保证混凝土的工作性能，为了保证碎石级配的连续性良好，我们采用几种粒径的碎石进行筛分掺配，从而选出最佳的连续级配碎石；碎石的粒径根据钢筋间距及结构截面最小尺寸选用粒径尽可能大的碎石，以减少胶凝材料用量，降低混凝土的绝热升温，最终我们选用安徽凤阳灵泉马岗采石场生产的5-16mm（占35%）及16-25mm（占65%）的碎石组成连续级配碎石进行试配工作。
2.细骨料：
大体积混凝土用细骨料宜采用河砂中的Ⅱ区中砂，细度模数宜控制在2.5～2.8的范围内，含泥量、泥块含量和云母含量等指标必须符合规范要求，避免由于含泥量和泥块含量过大等原因对混凝土的强度、干缩及和易性产生不利的影响。最终我们选用明光市女山湖产的Ⅱ区中砂。
四、大体积混凝土配合比设计、试配及选定
（一）配合比设计及试配
根据原材料的各种性能指标及《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）及《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/T F50-2011）的规定进行配合比设计，按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2002）及《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）的规定，进行混凝土配合比室内试拌、新拌混凝土的各项性能试验及特定龄期的混凝土试件力学性能试验。
（二）配合比的比选、分析及确定
通过对两种水泥相同龄期水化热的对比分析，安徽珍珠水泥集团股份有限公司生产的珍珠牌P.O42.5水泥水化热较小，山东申丰水泥集团有限公司生产的申丰牌P.O42.5水泥水化热较大，在相同配合比的情况下，安徽珍珠水泥集团股份有限公司生产的珍珠牌P.O42.5水泥应优先选用。且山东申丰水泥集团有限公司生产的申丰牌P.O42.5水泥在室内进行配合比试拌中，坍落度损失较快，工作性能得不到保障，不利于结构实体的浇筑施工。通过查阅大量文献资料得知，混凝土中同时加入矿粉与粉煤灰，的确能更有效的改善混凝土的和易性，但早期水化热要比只加入粉煤灰要高，放热高峰时间要早，可见矿渣微粉大大提高了水化速度，增加的放热总量。
五、大体积混 凝土配合比的优化
从大体积混凝土的温控角度出发，在保证结构物强度和耐久性的前提下，降低胶凝材料用量，较小混凝土的绝热升温，故对选定配合比进行优化。采用珍珠牌P.O42.5水泥，粉煤灰掺量不变，进行配合比优化设计。
混凝土水化热温度计算：
配合比编号C1：
3d绝热温升：Tmax=（W×Q）/（C×r）
=（313×206）/（0.96×2413）=27.8（℃）
7d绝热温升：Tmax =（W×Q）/（C×r）
=（313×280）/（0.96×2413）=37.8（℃）
Tmax―绝热温升 （℃）
W―水泥用量（Kg/m3）
Q―水泥水化热 （KJ/Kg）
C―混凝土比热，取0.96 KJ/Kg
r―混凝土容量（Kg/m3）
配合比编号C2：
3d绝热温升：Tmax=（W×Q）/（C×r）
=（300×206）/（0.96×2413）=26.7（℃）
7d绝热温升：Tmax =（W×Q）/（C×r）
=（300×280）/（0.96×2413）=36.3（℃）
配合比编号C3：
3d绝热温升：Tmax=（W×Q）/（C×r） =（281×206）/（0.96×2413）=25.0（℃）
7d绝热温升：Tmax =（W×Q）/（C×r）
=（281×280）/（0.96×2413）=34.0 （℃）
綜合分析混凝土强度、绝热温升及泵送混凝土工作性能的要求，经试配优选，最终选用编号为C2配合比作为试验室配合比：水泥：粉煤灰：砂：小石子：大石子：水：外加剂=300：95：726：398：739：150：5.14。该配合比混凝土出机坍落度为215mm，1h后坍落度为200mm，初凝时间19h05min，终凝时间22h40min。能够满足现场施工要求。
六、应用效果
主塔承台混凝土混凝土浇筑采用泵送方式，在浇筑过程中，混凝土工作性良好，无离析泌水现象，较长的缓凝时间也有效保证了混凝土层与层之间不产生施工冷缝。
七、结语
1.粉煤灰和高性能外加剂的掺入使混凝土的工作性能得到很大提高，流动性保持效果也很好。粉煤灰和矿粉双掺的混凝土流动性相对单掺粉煤灰要更好一些，但双掺粉煤灰和矿粉的混凝土早期放热量大，不适用于大体积混凝土施工。
2.粉煤灰的掺入能大大降低水化热，聚羧酸缓凝高效减水剂使水化反应得到有效延迟，这些对大体积混凝土工程来说是十分必要的。
3.混凝土28d强度满足设计要求。掺入粉煤灰对硬化混凝土强度影响不大，特别是混凝土后期强度能持续增长。
综上所述，粉煤灰与高性能外加剂双掺，能有效降低水化热，延缓放热速率，提高工作性能，这些对大体积桥梁承台混凝土工程来说是十分必要的。
参考文献：
[1] JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程. 中国建筑工业出版社. 2011年
[2] GB/T 50080-2002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准. 中国建筑工业出版社. 2003年
[3] GB/T 50081-2002 普通混凝土力学性能试验方法标准. 中国建筑工业出版社. 2003年
[4] GB/T 50082-2009 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准. 中国建筑工业出版社. 2010年
[5] GB/T 12959-2008 水泥水化热测定方法. 中国标准出版社. 2008年
【关键词】大体积；低水化热；混凝土配合比；设计
【Abstract】 Given the Huai Huai River Bridge， Five Rivers Sarasota Mass Concrete mix proportion design and optimization.
【Key words】 Large volume；Low heat of hydration；Concrete mix ratio；Design
一、工程概述
徐明高速公路是安徽“四縱八横”高速公路网中的“纵一”部分，位于安徽省东北部，起点徐州，终点明光。五河定淮淮河特大桥，跨越淮河，主桥为独塔斜拉桥，塔墩固结体系。主塔承台混凝土强度等级为C35，承台直径为26m，高3m，混凝土方量为1500m2，属于大体积混凝土。对于这样的大方量混凝土工程，混凝土内外温差产生的裂缝及混凝土耐久性是质量控制的重点。
二、大体积混凝土配合比设计设计原则
（一）满足结构物的设计强度要求
索塔承台混凝土设计强度为35MPa，根据规范要求，并考虑到混凝土原材料、拌和、运输、浇筑和养护等的差异，采用配制强度为43.8 MPa进行配合比设计，以保证工程实体的强度要求。
（二）应满足耐久性的要求
混凝土要具有低水化热、绝热温升小，严格控制混凝土碱含量和氯离子含量，尽可能的降低混凝土的收缩，提高抗氯离子渗透性能，故应大量掺入外掺料。
三、大体积混凝土配合比的材料选择
（一）水泥的选择
大体积混凝土应采用水化热低的水泥，我们针对安徽珍珠水泥集团股份有限公司生产的珍珠牌P.O42.5水泥和山东申丰水泥集团有限公司生产的申丰牌P.O42.5水泥进行水化热和各项性能对比试验
（二）骨料的选择
1.粗骨料
根据施工要求及降低由于岩石种类造成对混凝土干缩性产生的影响，我们采用石灰岩反击破碎石。大体积混凝土宜优先选用连续级配较好的碎石，以保证混凝土的工作性能，为了保证碎石级配的连续性良好，我们采用几种粒径的碎石进行筛分掺配，从而选出最佳的连续级配碎石；碎石的粒径根据钢筋间距及结构截面最小尺寸选用粒径尽可能大的碎石，以减少胶凝材料用量，降低混凝土的绝热升温，最终我们选用安徽凤阳灵泉马岗采石场生产的5-16mm（占35%）及16-25mm（占65%）的碎石组成连续级配碎石进行试配工作。
2.细骨料：
大体积混凝土用细骨料宜采用河砂中的Ⅱ区中砂，细度模数宜控制在2.5～2.8的范围内，含泥量、泥块含量和云母含量等指标必须符合规范要求，避免由于含泥量和泥块含量过大等原因对混凝土的强度、干缩及和易性产生不利的影响。最终我们选用明光市女山湖产的Ⅱ区中砂。
四、大体积混凝土配合比设计、试配及选定
（一）配合比设计及试配
根据原材料的各种性能指标及《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）及《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/T F50-2011）的规定进行配合比设计，按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2002）及《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）的规定，进行混凝土配合比室内试拌、新拌混凝土的各项性能试验及特定龄期的混凝土试件力学性能试验。
（二）配合比的比选、分析及确定
通过对两种水泥相同龄期水化热的对比分析，安徽珍珠水泥集团股份有限公司生产的珍珠牌P.O42.5水泥水化热较小，山东申丰水泥集团有限公司生产的申丰牌P.O42.5水泥水化热较大，在相同配合比的情况下，安徽珍珠水泥集团股份有限公司生产的珍珠牌P.O42.5水泥应优先选用。且山东申丰水泥集团有限公司生产的申丰牌P.O42.5水泥在室内进行配合比试拌中，坍落度损失较快，工作性能得不到保障，不利于结构实体的浇筑施工。通过查阅大量文献资料得知，混凝土中同时加入矿粉与粉煤灰，的确能更有效的改善混凝土的和易性，但早期水化热要比只加入粉煤灰要高，放热高峰时间要早，可见矿渣微粉大大提高了水化速度，增加的放热总量。
五、大体积混 凝土配合比的优化
从大体积混凝土的温控角度出发，在保证结构物强度和耐久性的前提下，降低胶凝材料用量，较小混凝土的绝热升温，故对选定配合比进行优化。采用珍珠牌P.O42.5水泥，粉煤灰掺量不变，进行配合比优化设计。
混凝土水化热温度计算：
配合比编号C1：
3d绝热温升：Tmax=（W×Q）/（C×r）
=（313×206）/（0.96×2413）=27.8（℃）
7d绝热温升：Tmax =（W×Q）/（C×r）
=（313×280）/（0.96×2413）=37.8（℃）
Tmax―绝热温升 （℃）
W―水泥用量（Kg/m3）
Q―水泥水化热 （KJ/Kg）
C―混凝土比热，取0.96 KJ/Kg
r―混凝土容量（Kg/m3）
配合比编号C2：
3d绝热温升：Tmax=（W×Q）/（C×r）
=（300×206）/（0.96×2413）=26.7（℃）
7d绝热温升：Tmax =（W×Q）/（C×r）
=（300×280）/（0.96×2413）=36.3（℃）
配合比编号C3：
3d绝热温升：Tmax=（W×Q）/（C×r） =（281×206）/（0.96×2413）=25.0（℃）
7d绝热温升：Tmax =（W×Q）/（C×r）
=（281×280）/（0.96×2413）=34.0 （℃）
綜合分析混凝土强度、绝热温升及泵送混凝土工作性能的要求，经试配优选，最终选用编号为C2配合比作为试验室配合比：水泥：粉煤灰：砂：小石子：大石子：水：外加剂=300：95：726：398：739：150：5.14。该配合比混凝土出机坍落度为215mm，1h后坍落度为200mm，初凝时间19h05min，终凝时间22h40min。能够满足现场施工要求。
六、应用效果
主塔承台混凝土混凝土浇筑采用泵送方式，在浇筑过程中，混凝土工作性良好，无离析泌水现象，较长的缓凝时间也有效保证了混凝土层与层之间不产生施工冷缝。
七、结语
1.粉煤灰和高性能外加剂的掺入使混凝土的工作性能得到很大提高，流动性保持效果也很好。粉煤灰和矿粉双掺的混凝土流动性相对单掺粉煤灰要更好一些，但双掺粉煤灰和矿粉的混凝土早期放热量大，不适用于大体积混凝土施工。
2.粉煤灰的掺入能大大降低水化热，聚羧酸缓凝高效减水剂使水化反应得到有效延迟，这些对大体积混凝土工程来说是十分必要的。
3.混凝土28d强度满足设计要求。掺入粉煤灰对硬化混凝土强度影响不大，特别是混凝土后期强度能持续增长。
综上所述，粉煤灰与高性能外加剂双掺，能有效降低水化热，延缓放热速率，提高工作性能，这些对大体积桥梁承台混凝土工程来说是十分必要的。
参考文献：
[1] JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程. 中国建筑工业出版社. 2011年
[2] GB/T 50080-2002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准. 中国建筑工业出版社. 2003年
[3] GB/T 50081-2002 普通混凝土力学性能试验方法标准. 中国建筑工业出版社. 2003年
[4] GB/T 50082-2009 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准. 中国建筑工业出版社. 2010年
[5] GB/T 12959-2008 水泥水化热测定方法. 中国标准出版社. 2008年