王万峰 高雪峰 徐华泽

摘  要：集通项目自开工以来指挥部提出了“品质工程”的管理理念，工程建设各方面全面开展标准化活动。通过开展高速公路施工标准化活动，建立科学系统的施工标准化体系，将标准化要求贯穿工程施工各个环节， JTJ01中心试验室为确保混凝土质量，根据碎石、砂、水泥等地产材料的状况，对C30、C40、C50等多种标号混凝土从工作性、耐久性、经济性等多方面综合考虑，进行了配合比设计优化，达到了良好的效果。

关键词：配合比设计  优化设计  研究应用  混凝土  重要性

中图分类号：U415                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）10（c）-0017-06

Abstract： Since the start of the Jitong project， the headquarters has put forward the management concept of "quality engineering"， and all aspects of project construction have carried out standardization activities. Through the development of expressway construction standardization activities， a scientific and systematic construction standardization system has been established， and standardization requirements have been run through all aspects of project construction. In order to ensure the quality of concrete， the JTJ01 central laboratory has adopted the conditions of， sand， cement， etc. C30， C40， C50 and other graded concretes have been comprehensively considered in terms of workability， durability， economy and other aspects， and the mixing ratio design has been optimized to achieve good results.

Key Words： Mixing ratio design; Optimized design; Research and application; Concrete; Importance

1  概述

2016年是集通项目开工第一年，重点工程是桥梁、隧道工程，为了确保工程建设质量。JTJ01中心试验室会同01、03标试验负责人从当地的地产材料入手，进行了全面调查。确保选用优质的地产材料用于工程实体中，并针对地产材料的特点选用高质量的掺和料和两种以上的外加剂进行了混凝土配合比优化设计。从配合比设计上确保混凝土做到满足施工规定所需的和易性要求，满足设计的强度要求，满足与使用环境相适应的耐久性要求，满足施工单位渴望的经济性要求，满足可持续发展所必需的生态性要求。

混凝土配合比设计是混凝土施工质量好坏的关键，在保证混凝土强度和工作性的情况下选用较低的水泥用量，降低混凝土水化热反应和碱含量;保证混凝土具有较好的耐久性。

针对所选用材料的不同和施工工艺水平，进行了不同的混凝土配合比设计，从混凝土强度检测和结构外观状态可以看出取得了良好的效果。

2  混凝土的原材料选择

2.1 水泥

水泥是混凝土中的主要胶凝材料，对混凝土质量影响很大。选用优质的42.5、52.5普通硅酸盐水泥，具有良好的稳定性，与外加剂具有良好的适应性和较小的经时塌落度损失。C40以下混凝土采用42.5普通硅酸盐水泥，C50采用52.5普通硅酸盐水泥。

2.2 集料

在选择骨料时主要检测集料的压碎值、级配、粒径、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量及其有害物质含量;并要求集料必须无碱集料反映;生产集料的岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不小于1.5。通化当地集料以石灰岩为主，有少量的安山岩，符合要求石灰岩压碎值在18%～20%之间，指标偏大;安山岩压碎值为15%左右;因此要求C30以下混凝土可以使用石灰岩，C40以上混凝土必须使用安山岩。混凝土用砂除了进行常规性的含泥量、筛分、坚固性等项目的检测外，考虑到工程用到的混凝土塌落度较大（大部分在160～200mm之间），因此要求混凝土用砂的细度模数宜在2.6～2.9之間，同时通过0.3mm筛孔的砂不宜少于15%，来改善混凝土的流动性。

2.3 掺合料

掺和料选用I级粉煤灰和S95级磨细矿渣粉，掺加适量的I级粉煤灰可以提高混凝土后期强度、改善混凝土工作性能、降低水泥用量、减少混凝土收缩系数、提高混凝土耐久性。磨细矿渣粉可以改善混凝土流动性、减少塌落度损失、提高混凝土早期强度等作用。

2.4 外加剂

减水剂采用聚羧酸，高效减水剂掺量在1%～1.5%之间，减水剂是配制混凝土的关键。要求减水剂与水泥具有良好的适应性，减水剂的1h经时塌落度损失必须合格且具有良好的保塌效果。具有较高的减水率以满足减少混凝土用水量的要求。

2.5 水

拌制商品混凝土一般采非饮用水，水源应事先检验其是否符合标准。

3  混凝土配合比设计的基本原则

3.1 工作性

工作性包括：流动性、保水性、粘聚性;由于现在混凝土均采用聚羧酸高效减水剂，其减水率较高混凝土用水较少，从而导致混凝土土很黏，流动性不好，为满足施工工艺的需要均采用大塌落度的混凝土如160～200mm左右。减水剂掺量过多又会导致混凝土泌水使混凝土保水性不好;因此为改善混凝土的工作性可采用降低水泥用量增加掺和料的办法来改善混凝土的工作性能。

3.2 耐久性

混凝土的耐久性是它抵抗外来及内部被侵蚀破坏的能力，集通高速位于吉林省东部山区地处严寒地带，混凝土耐久性很重要，特别是抗冻性。所以，在做配合比设计时要充分考虑最大水胶比和最小泥用量规定，但是仅仅执行这些规定还不能完全满足耐久性的要求。为了提高混凝土的耐久性，就必须在配合比设计中考虑采取相应的措施，如水泥品种和强度等级的选择，砂石级配和砂率的调整，但最主要的是用混凝土外加剂和掺合料来提高混凝土的耐久性。

3.3 经济性

混凝土配合比的设计应在保证质量的前提下，省工省料才是最经济的。水泥是混凝土中价值最高的材料，节约水泥用量是混凝土配合比设计中的一个主要目标，但必须是采用合理的措施达到综合性的经济指标才是行之有效的。首先，使用混凝土外加剂和掺合料，使用减水剂既可以改善混凝土的和易性，也可以达到节约水泥的目的，掺加粉煤灰可以代替部分水泥，并改善混凝土的性能。其次，加强技术管理，提高混凝土的匀质性。最后，根据当地的砂石质量情况采用合理砂率和骨料级配。

4  配合比設计结果及工程中使用情况

4.1 配合比设计结果

根据《根据公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011关于混凝土最大水胶比、最小水泥用量的要求：环境类别为II的严寒地区最大水胶比0.50、最小水泥用量300kg/m3，配合比所选用的水胶比和水泥用量均符合要求。

从配合比设计中可以看出不是水泥用量越高混凝土强度越高。在保证一个合理的总胶凝材料用量的情况下，采用相对较低的水泥用量，掺加适当比例的掺和料（总胶凝材料要满足要求），在保证采用一个合理的、较小的水胶比情况下完全可以达到一个较高的混凝土强度且保证混凝土强度满足设计要求。较低的水泥用量可以有效降低混凝土的水化热反应和降低产生混凝土收缩裂缝的可能性。

4.2 施工配合比调整

C50混凝土配合比在实际施工过程中考虑到材料的变化、施工的难度等因素进行了适当的调整。

（1）施工现场出场塌落度根据运输的距离和施工工作性调整为200～220mm之间，且应具有良好的保水性和流动性、不离析、不泌水。

（2）01标因砂子为粗砂，细度模数为3.0，且含有一定数量4.75mm以上的颗粒，故要求其对沙子进行过筛剔除4.75mm以上部分。C50混凝土砂率提高到42%，改善混凝土的和易性。

（3）03标要求其采用细度模数在2.6～2.9的中砂，根据砂子情况C50混凝土砂率在39%～40%左右;同时对外加剂进行了调整，适当增加一部分成分改善混凝土的流动性。

4.3 现场混凝土施工情况

现场混凝土施工情况见图1～图4。

4.4 水泥混凝土工作性不满足施工要求病因分析

混凝土不满足施工要求分析见图5～图7。

5  实体结构混凝土构件回弹强度检测

从结构物实体强度检测结果来看，大约14d左右混凝土强度已经能达到设计要求。7d回弹强度平均值达到或接近设计强度但代表值不满足要求的，到30d以后强度代表值检测结果均符合设计强度要求。

6  配合比优化设计总结

通过比对01、03标C40、C50配合比设计结果（见表1、表2），结合施工现场实际情况和实体工程检测结果总结出以下几点体会：

（1）适当的掺加粉煤灰、矿渣粉有利于改善混凝土的工作性，提高混凝土的强度。

（2）C40混凝土每立方米水泥用量在400kg左右，掺加10%～20%粉煤灰、矿渣粉，水胶比在0.34～0.36之间混凝土7抗压强度已经接近或达到试配强度，满足工程要求。

（3）03标C40抗冻混凝土配合比水泥用量仅为330kg，但胶凝材料总量为497kg，采用粉煤灰、矿渣粉超量替代水泥，水胶比在0.31～0.32之间，混凝土28d抗压强度达到了57.5Mpa以上，大大超过试配强度要求。

（4）C50水泥混凝土水泥用量至少要在400kg以上，胶凝材料在470kg以上，水胶比宜在0.3～0.32之间。单掺粉煤灰或矿渣粉掺量在10%左右，双掺粉煤灰和矿渣粉总掺量可放宽至20%。

（5）粉煤灰为I级粉煤灰，矿渣粉为S95级以上。

（6）外加剂要与水泥和集料有良好的适应性，并保证在较小的水胶比的情况下混凝土有良好的工作性。

（7）C50混凝土要严格控制砂的粗细程度，易选用细度模数为2.6～2.9的中砂;如选用粗砂则应在拌合站过筛剔除大于4.75mm部分。混凝土应根据砂子的粗细在满足混凝土强度的情况下适当调整砂率，一般在39%—42%之间，粗砂可选用高值。

（8）施工过程中混凝土塌落度应控制在200左右mm，为保证混凝土不离析或浇筑时混凝土在腹板处不出现浆水分离的情况塌落度应不超过220mm。

（9）适当的掺加粉煤灰、矿渣粉不但不会降低水泥混凝土的早期强度，对改善混凝土的工作性和、提高水泥混凝土后期强度有很大的帮助。

参考文献

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