工程实例：桥梁承台大体积混凝土配合比的设计
封明祥 孙福强
摘 要 本文介绍了某大桥承台大体积混凝土配合比的设计和模拟试验，为同类工程砼配合比施工提供经验，以供大家参考。
关键词 大体积混凝土 配合比 设计 模拟 试验
承台平面尺寸为21.6×21.6m，厚6.0m，混凝土方量约为2800m3, 设计强度等级为C30，属典型的大体积混凝土。针对承台大体积混凝土施工特点和其它技术要求，主要从以下两个方面进行混凝土配合比试验：其一、控制混凝土水化热，减少温度应力，防止混凝土出现裂缝；其二、减少混凝土的泌水量和含气量，防止混凝土表面出现砂线、砂面和大面积汽泡，保证承台混凝土表面质量。具体的混凝土配合比试验分为两个阶段进行：配合比设计和模拟试验。
1、配合比设计
（1）、配合比技术要求
根据承台混凝土强度（强度C30级）、温控（减少水化热）、施工（泵送）等要求，采用高集料、低水灰比、低水泥用量、并掺加粉煤灰外加剂进行设计，鉴于工程的重要性，混凝土配合比采用较高的等级标准，变异系数Cu<10%,标准差=4，混凝土设计采用28天强度，掺用粉煤灰采用超量取代法计算，超量部分取代等体积的砂，混凝土的性能指标要求如下：
①、混凝土抗压强度 ：承台混凝土28天强度>设计标号C30
②、混凝土弹性模量：承台混凝土28天E>3.00×104Mpa
③、坍落度：16～20cm
④、含气量：<3.5%
⑤、初凝时间：20小时,终凝时间22-24小时
⑥、压力泌水率：<35%
（2）、优选材料
根据大桥相关技术文件要求：为防止混凝土中组分中如水泥或其它来源碱与骨料中的活性成份发生化学反应，导致混凝土产生异常膨胀，破坏桥梁结构，缩短桥梁使用寿命，在大桥结构物中使用的水泥必须为低碱水泥（碱含量小于0.6%）。经过对多家材料考察、试验，最终拟定了以下材料：
①、水泥：南京中国水泥厂生产的石城牌32.5Mpa矿渣水泥。
②、粉煤灰：镇江谏壁电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。
③、砂：长江武穴中砂。
④、石子：南京白云石，最大粒径40mm，二级配，小石子5-20 mm,含量40%，大石子20～40mm，含量60%。
⑤、外加剂
经过比选，采用以下两种减水剂进行混凝土配合比试验。
a）、NA-F2：南京水利水电科学研究院生产（以下简称水科院）。
b）、JM-Ⅷ：江苏省建筑科学院生产（以下简称建科院）。
（3）、正交试验
利用正交试验考察不同的水灰比，砂率，大、小石子比例，粉煤灰等因素对混凝土强度、和易性影响，试验采用因素、水平及结果见表4.3.1、表4.3.2。
实验结论简述：从表4.3.2试验数据分析可知：对于混凝土的坍落度，各不同因素的水平，影响差值较小；对砂浆多少，则砂率41%时好，石子比例60/40时最好；对于混凝土7天强度以W/C影响最大、粉煤灰次之，粉煤灰掺量越大，7天强度越低，而砂率，大、小石子比例对强度几乎没有影响。
（4）、配合比的提出及验证
根据以上正交试验结果，综合分析，得出以下两组配合比：代码为F1-J1，F1-N1（有待进一步优选）
编号为F1-J1、F1-N1两组混凝土配合比都能满足承台C30混凝土施工的强度和施工技术要求，但在大体积混凝土防裂性能上，F1-N1组混凝土配合比略显优势。两组混凝土配合比28天弹性模量分别为4.58×104、4.45×104Mpa，28天极限拉伸值分别为108×10-6、114×10-6；从混凝土的弹模、拉伸结果看：弹性模量低、极限拉伸大的F1-N1组对承台结构的力学变形有利。F1-J1、F1-N1两组混凝土28天干缩率分别为254.1×10-6、243.1×10-6，均在正常范围之内，但F1-N1组混凝土的干缩率较小，有利于大体积混凝土施工。
同时，还对F1-N1组配合比做了温度变形试验。试验结果：混凝土的28天膨胀系数为8.9×10-6/℃；28天绝热温升为44.25℃，7天前的混凝土绝热温升曲线相对平缓，有利于混凝土的温度控制。
从以上试验结果看出，两组混凝土配合比均能满足承台施工要求，第二组（F1-N1）混凝土配合比的各项性能略好第一组，但慎重起见，两组配合比均进行模拟试验。
2、混凝土配合比模拟试验、最终确定混凝土配合比
（1）、经过多次室内试配、试拌，最终比选出两组较适合承台施工的混凝土配合比，具体如下：
1m3混凝土材料用量kg：
①、配合比F1-N1：
水： 163㎏ （地下水）
水泥： 294㎏ （中国水泥厂 强度等级32.5Mpa矿渣水泥）
黄砂： 755㎏ （湖北武穴 中粗砂）
小石子： 452㎏ （南京 白云石）
大石子： 678㎏ （南京 白云石）
粉煤灰： 90㎏ （镇江谏壁发电厂 II级灰）
外加剂（NA-F2）： 4.61㎏ （水科院 NA-F2外加剂）
②、配合比F1-J1：
外加剂（JM-VIII）： 3.46㎏ （建科院 JM-VIII）
（其它同上）
（2）、考虑到室内试配试拌与承台实体浇筑条件有较大的不同，同时，为了验证以上配合比混凝土的施工性能和外观及内在质量，确保承台混凝土实体的外观及内在质量的优良，最终选出一组作为承台施工配合比。分别于2001年4月28日、5月4日、5月9日和5月10日模拟浇筑了六组混凝土模拟试验块，其试验结果如表7。
①、4月28日，浇筑了第一组试验块（试样检测结果见表7）
经过对第一组模拟试验块混凝土实体检测，混凝土的强度达到设计要求，但其外观质量很不理想，远远不能满足本工程混凝土外观质量的要求。为此又经仔细分析原因，研究确定：在原配合比胶凝材料及粗细骨料数量不变的前提下，微调用水量，采用不同的混凝土外加剂，再做数组对比模拟试验块，以此确定施工配合比。
②、5月4日，浇筑了第二、第三组试验块（试样检测结果见表7）
第二、三组模拟试验块基本克服了混凝土表面析砂露砂现象，但又出现了水气泡较多的问题，同样也不能满足本工程的混凝土表面质量要求。
③、5月9日、5月10日浇筑了第第四、五、六组模拟试验块（试样检测结果见表7）
针对前三组模拟试验块混凝土表面出现的问题，又于5月9日，5月10日分别了做三组模拟试验块，即第四、五、六组。本次三组模拟试验块主要从施工方法上着手，在规范规定范围内加密振捣点，适当延长振捣时间，复振顶层混凝土（间隔时间1小时）。第四组继续掺加水科院NA-F2减水剂，第五组另增掺水科院生产的混凝土增稠剂，第六组掺加建科院改良后的JM-IIIV减水剂（主要是针对第三组模拟试验块水气泡较多而改进的）。
但第四、五、六组试验块拆模后，其混凝土表面质量还是不尽人意，具体结果见表7。
在前六组模拟试验块的基础上，又采取了以下措施进行第七组模拟试验：a、严格控制混凝土坍落度在16～20cm范围内；b、每层浇筑间隔时间隔2小时（即相当于承台混凝土每层浇筑实际间隔时间）；c、调整外加剂的组份：减少引气和泌水成份。
在模拟试验块浇筑前，首先又做了室内试拌，试验结果如下：混凝土机械拌和，人工插捣，实测坍落度17cm、1小时后坍落度为13.0 cm；棍度较好，粘聚性好；3天强度21.6Mpa，7天强度42.7Mpa，28天强度48.3Mpa。室内实验结果初步判定，此配合比设计的混凝土能满足施工要求。
试拌的同时进行现场试验块浇筑：模板的外形尺寸为1.5×1.8×2.0（高）,施工方法除每层浇筑间隔时间隔2小时外（即相当于承台混凝土每层浇筑实际间隔时间）其它同第六组；拆模后，试块的外观质量较好，仅下部50cm内有微量气泡（见表7），通过有关专家及试验技术人员分析，一致认为此配合比浇筑的混凝土，能满足本工程的外观质量要求。
注：各组模拟试验块模板均为大面钢模，拼缝紧密，表面光洁。
（3）、最终确定承台施工配合比如下：（Kg/m3）
水： 140㎏ （地下水）
水泥： 294㎏ （中国水泥厂 强度等级32.5Mpa矿渣）
黄砂： 736㎏ （湖北武穴 中粗砂）
小石子： 339㎏ （南京 白云石）
大石子： 791㎏ （南京 白云石）
粉煤灰： 106㎏ （镇江谏壁电厂 II级灰）
外加剂（NA-F2）： 6.0㎏ （水科院）
3、承台混凝土检测、监测结果
东承台混凝土分别于5月25日、5月31日分两次进行浇筑，西承台分别于5月28日、6月5日分两次进行浇筑。
承台混凝土施工结束后，检测、监测结果如下：（1）、混凝土强度满足设计及规范要求；（2）、通过温度监测和应力监测原件的监测结果显示，混凝土满足抗裂能力；（3）、混凝土外观质量良好，表面光洁度、平整度均满足规范要求。
4、结束语
某大桥南索塔F1标的承台施工证明该配比是成功的、适用的，混凝土质量内实外光，得到了专家的一致好评。
