浅析补偿收缩混凝土配合比设计

浅析补偿收缩混凝土配合比设计

刘伟燕

中铁电气化局集团有限公司

摘　要:混凝土配合比设计阶段的研究工作是混凝土性能优异的基础。结合工程实例对补偿收缩混凝土配合比设计重点进行简单分析，以帮助工程技术人员更好地掌握补偿收缩混凝土配合比的设计方法和解决设计、施工过程中遇到的技术问题。

关键词：补偿收缩混凝土，配合比设计

随着现代施工技术的不断提高，为满足结构整体性的需要，补偿收缩混凝土得到越来越多的广泛应用。和普通混凝土相比，补偿收缩混凝土是在混凝土原有的构成基础上，添加膨胀剂，从而构成的防收缩性能和防控裂缝能力均更强的混凝土。性能优异的补偿收缩混凝土配合比在设计过程具有工作量大、繁琐和技术问题频出的特点。为此，现结合工程实例对补偿收缩混凝土配合比设计要点进行简单分析。

1、配合比设计指标和依据

在混凝土配合比设计之前,需明确混凝土配合比的设计指标和依据,这直接关系到施工质量目标能否实现。补偿收缩混凝土配合比设计依据一般采用JGJ/T 178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》和JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》。同时，混凝土的拌合物性能、力学性能、耐久性能、限制膨胀率要满足TB 10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。

2、配合比原材料的选取工作

混凝土的原材料质量对混凝土工程的质量、稳定性等起着决定性的作用。

水泥应符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》及TB 10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》的有关规定。研究表明[1],水泥中铝相、硫相及强度都会影响混凝土的膨胀性能,一般粒径较小 和早期强度较高的水泥膨胀较小。

膨胀剂质量应符合GB/T 23439-2017《混凝土膨胀剂》及TB 10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》的有关规定。其中硫铝酸钙类和硫铝酸钙-CaO类膨胀剂作为膨胀源的补偿收缩混凝土不能长期处于80℃以上,而CaO类膨胀剂则不受此限制,但CaO类膨胀剂不适用于海水或具有侵蚀性水的工程。

本工程掺合料采用粉煤灰，其质量符合GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土的粉煤灰》及TB 10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》的有关规定。由于粉煤灰中游离钙含量过高会对混凝土体积稳定性造成不良影响,故不得使用高钙粉煤灰。

本工程采用聚羧酸高性能减水剂，其质量符合GB 8076-2008 《混凝土外加剂》及TB 10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》的有关规定，不宜选用收缩率较大的减水剂。

混凝土用粗、细骨料和水应满足TB 10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》相关要求，不得使用碱活性骨料。

3、混凝土配合比设计

混凝土配合比设计应按设计要求和相关规范,通过试配、调整最终确定符合设计和施工要求的最优配合比。补偿收缩混凝土配合比设计除确定水胶比、用水量、胶凝材料用量和砂率外,关键在于膨胀剂掺量不同的情况下,通过分析水胶比分别与混凝土强度、限制膨胀率、耐久性之间的关系,选出符合各项性能要求的最优配合比。

现以盐城市新建大丰铁路支线工程C45补偿收缩混凝土配合比设计为例,介绍补偿收缩混凝土配合比的设计要点、试验内容及结果确定。

3.1配合比设计指标

根据设计图纸的要求, 结合TB/T 3275-2018和TB 10424-2018中的相关规定,本工程C45补偿收缩混凝土的技术指标和参数控制见表1。通过表1可知混凝土配合比的水胶比、胶材用量、坍落度、限制膨胀率等要求，为后期配合比设计提供依据。

表1　C45补偿收缩混凝土技术指标及参数控制要求

3.2.1　水胶比和胶凝材料用量

混凝土水胶比应选取符合规定值中的最大值作为控制上限,胶材用量应满足最小胶凝材料用量及最大胶凝材料用量。以C45补偿收缩混凝土为例,混凝土环境等级为碳化环境，最大水胶比无相关要求，按照JGJ 55—2011，水胶比经保罗米公式计算为0.34。但由于现代混凝土与传统混凝土在功能特性方面差异较大,且现代混凝土中普遍使用化学外加剂和矿物掺合料,使实际水胶比与采用公式计算的水胶比相差较大,所以保罗米公式对混凝土配合比设计而言其意义不大[4],故水胶比采用经验通过试验获得。根据TB/T3275-2018和TB10424-2018要求,最小胶凝材料为330kg/m3，最大胶凝材料为450 kg/m3，故该配合比胶凝材料用量在330-450 kg/m3之间。

3.2.2　确定试拌用水量和最优砂率

首先按JGJ 55—2011中参考的用水量计算出未掺加减水剂时满足设计坍落度的用水量,再按减水剂的减水率计算出用水量。采用经验水胶比、计算的用水量、初选砂率、粉煤灰掺量、膨胀剂推荐掺量及减水剂最佳掺量等进行初步拌和，根据拌合物的坍落度、和易性和粘聚性等情况适当调整用水量、砂率和减水剂掺量,使其满足施工工艺要求。保持调整后的用水量不变,选择坍落度最大时的砂率作为最终砂率,再用最终砂率找出满足施工工作性要求的用水量,该用水量即为混凝土试拌用水量。根据水胶比即可计算得出胶凝材料用量

3.2.3　确定外加剂和掺合料的掺量

减水剂掺量是通过减水剂与胶凝材料相容性试验和混凝土试拌确定。补偿收缩混凝土中掺入膨胀剂后,其减水剂的减水率和保坍效果与不掺加膨胀剂相比一般会变差,适当提高减水剂掺量和延长混凝土拌和时间可缓解上述现象。膨胀剂掺量应在厂家推荐掺量的基础上,根据混凝土中其他掺合料的品种、掺量以及混凝土坍落度大小等进行适当调整,通过试验确定其最终掺量。

3.3　混凝土配合比试验

补偿收缩混凝土配合比试验过程中,应先选取满足配制强度的配合比参数,在此基础上进行限制膨胀率试验,如有需要再根据进行电通量、氯离子扩散系数等耐久性能的测定,最终确定各项指标都满足设计要求的配合比作为理论配合比。

3.3.1　水胶比与用水量关系

相同的用水量，随着水胶比的增大，坍落度会逐渐减小，坍落度损失会逐渐变大。这是由于较小水胶比的混凝土中减水剂掺量相对较大水胶比中较大,能更好起到减水和保坍效果。因此要满足混凝土的设计坍落度,需要随着水胶比的增大，增加水的用量。故在混凝土试拌过程中，为满足混凝土拌合物工作性，应根据水胶比变化适当调整用水量。

3.3.2水胶比与混凝土抗压强度关系

膨胀剂掺量分别为6%、8%、10%的混凝土抗压强度试验结果见表2，水胶比结合经验定为0.26、0.31、0.36。由图1可看出，随着混凝土中膨胀剂掺量的提高,其前期抗压强度逐渐降低,但后期强度降低幅度较小。根据C45混凝土的设计强度，选取略大于设计强度的水胶比为最终水胶比，本工程水胶比选为0.31。

表2 水胶比与不同膨胀剂掺量的混凝土抗压强度试验结果

3.3.3　膨胀剂掺量与混凝土限制膨胀率关系

膨胀剂掺量分别为6%、8%、10%的混凝土限制膨胀率见表3。当混凝土水胶比为0.31时,随着膨胀剂掺量的提高,混凝土限制膨胀率逐渐升高。根据TB 10424-2018中的相关规定，水中14d限制膨胀率≥1.5×10-4，水中14d转空气中28d限制膨胀率≥-3.0×10-4，故本工程选取的混凝土掺量为8%。若混凝土有耐久性要求,可在膨胀剂不同掺量下,对水胶比为0.31对应的混凝土配合比做进一步的试验验证。

表2膨胀剂掺量不同的混凝土限制膨胀率变化情况

4　结语

补偿收缩混凝土可以有效预防混凝土早期开裂,其较强的抗裂性和耐久性在工程结构安全和中起着重要作用。补偿收缩混凝土配合比的设计要点简要概括为:一是明确混凝土的试验依据、设计指标;二是选择合格的原材料;三是合理选定配合比参数,在满足工艺性能、力学性能、耐久性能的基础上选择经济性最优的混凝土配合比。

参考文献:

[1] JGJ/T 178——2009,补偿收缩混凝土应用技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2]钱晓倩,梁文泉.减水剂的应用对使用水灰比定则的影响[J].商品混凝土,2013(2):2.