耐久性混凝土配合比设计总结.docx

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耐久性混凝土配合比设计总结

耐久性混凝土配合比设计总结

1、总结

混凝土工程在铁路桥涵、隧道、涵洞等工程中都是一个极其重要的分项工程，使用的混凝土不仅涉及常态混凝土，泵送混凝土,而且涉及喷射混凝土、水下混凝土、预应力混凝土等专业要求较高的混凝土类型。

随着混凝土的发展及人们对工程质量要求的越来越严，混凝土耐久性的质量要求与控制越来越受到人们的关注,为了做好通灌铁路工程混凝土的配合比设计，使配制的混凝土达到设计要求的结构安全、使用功能和耐久性能,满足设计使用年限内正常运营的需要（即满足铁路客运专线工程结构耐久性要求），特对此标段耐久性混凝土配合比设计进行总结。

２、原材料的选择与质量要求

由于目前混凝土配合比报批时须提供原材料检验报告和总碱量、氯离子等指标的计算成果，因此，混凝土配合比设计试验前应按《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[２0０5]160号）要求对水泥、粗细骨料、拌和用水、外加剂、粉煤灰、矿渣粉等原材料进行全部指标的检验，在配合比试验前应完成常规项目的试验。

2．1水泥

2.１.1水泥宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥的混合材宜为矿渣或粉煤灰，有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥,不宜使用早强水泥。

２.2细骨料

2.2．1细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂,也可选用专门机组生产的人工砂,不宜使用山砂。

2.2．２　细骨料的粗细程度应按细度模数分为粗、中、细三级，其细度模数分别为:

粗级：

3.７-3．１；中级：

3.0-2．3;细级:

2.２－１.6。

配制混凝土时宜优先选用中级细骨料（预应力预制梁要求细度模数为2．６~3．0）。

当采用粗级细骨料时,应提高砂率，并保持足够的水泥或胶凝材料用量,以满足混凝土的和易性;当采用细级细骨料时，宜适当降低砂率。

泵送混凝土、抗渗混凝土宜选用中级细骨料。

2．2.3　细骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法检验，试样经５次循环后,其质量损失不应大于8%。

细骨料的吸水率不应大于２%。

当砂中含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验,确认能满足混凝土耐久性要求时,方能采用。

２．2.4细骨料应采用砂浆棒法检验其碱活性，且砂浆棒的膨胀率应小于０.10%；

2.3　粗骨料

2．３.1粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。

2.3.2混凝土应采用二级或三级级配粗骨料。

其松散堆积密度宜大于1500kg/ｍ3，紧密空隙率应小于4０%,吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融环境条件下的混凝土应小于1%）。

2.3．3粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的２／３（在严重腐蚀环境条件下不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的1/２），且不得超过钢筋最小间距的3/４。

配制强度等级C50及以上预应力混凝土时,粗骨料最大公称粒径（圆孔筛）不应大于２5ｍm。

2.３.4　当粗骨料为碎石时，碎石的强度可用岩石抗压强度表示，且岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1．5（预应力预制梁要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比应大于2）。

施工过程中碎石的强度可用压碎指标值进行控制。

碎卵石的强度应用压碎指标值表示。

２.3.5粗骨料应采用岩相法检验其矿物组成。

若粗骨料含有碱-硅酸反应活性矿物,其砂浆棒膨胀率应小于0.1０％，当粗骨料的碱-硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%-0.2０%时，混凝土的碱含量应满足表2-3的要求;当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20％-0．3０%时，除了混凝土的碱含量满足表2-1规定外,混凝土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂,并经试验证明抑制有效。

不得使用具有碱-碳酸反应活性的骨料。

表2-1　　混凝土最大碱含量（kg/ｍ3）

设计使用年限级别

一（1０0年）

二（60年）

三（30年）

环境条件

干燥环境

3．5

3．5

3.５

潮湿环境

３.0

3.0

3.5

含碱环境

*

3．0

3.０

注:

（1）“*”表示混凝土必须用非碱活性骨料。

（2）混凝土的总碱含量包括水泥、矿物掺和料、外加剂及水的碱含量之和。

其中,矿物掺和料的碱含量以其所含可溶性碱计算。

粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的１/6，矿渣粉的可溶性碱含量取矿渣粉总碱量的1/2，硅灰的可溶性碱量取硅灰总碱量的1/2。

（3）干燥环境是指不直接与水接触、年平均空气相对湿度长期不大于75%的环境;潮湿环境是指长期处于水下或潮湿土中、干湿交替区、水位变化区以及年平均相对湿度大于75%的环境；含碱环境是指直接与高含盐碱地、海水、含碱工业废水或钠（钾）盐等接触的环境;干燥环境或潮湿环境与含碱环境交替变化时,均按含碱环境对待。

2．4水

２.４.1拌和用水可采用饮用水。

2.４.2用拌和用水与用蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）进行水泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于3０ｍｉｎ,其初凝与终凝时间尚应符合有关水泥的国家标准的规定。

２.5　外加剂

2．５．1外加剂应采用减水率高、塌落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性能的产品。

当将不同功能的多种外加剂复合使用时,外加剂之间以及外加剂与水泥之间应有良好的适应性。

宜选用多功能复合外加剂。

2.6掺和料

２.6．１矿物掺和料应选用品质稳定的产品，其品种宜为粉煤灰、磨细矿渣粉。

不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定。

3　高性能混凝土配合比设计的要求

３．1　一般规定

3.1.1C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg／m３，C35~C4０混凝土不宜高于45０kg/m3,C50混凝土不宜高于500kｇ/ｍ３．。

3.1．2　混凝土中宜适量掺加符合技术要求的粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料。

不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定。

一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。

当混凝土中粉煤灰掺量大于30%时,混凝土的水胶比不宜大于0.45.。

预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于３0%。

试验时可根据已取得的试验成果，按粉煤灰、矿渣粉各20％的掺量选取。

3.１.３混凝土中宜适量掺加能提高混凝土耐久性能的外加剂，宜选用多功能复合外加剂。

３．1.4钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量（包括水泥、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和）不应超过胶凝材料总量的０.1０%,预应力混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的０.06％。

3.１．5混凝土拌和物的入模含气量应满足设计要求。

当设计无具体要求时,含气量应按下表控制。

表３-１　　　　混凝土含气量

环境条件

混凝土无抗冻要求

混凝土有抗冻要求

Ｄ1

D2、D3

D4

含气量（%）

≥2.０

≥４．0

≥５.0

≥５.5

3．1.6当设计对混凝土的弹性模量、抗渗等级有要求时,其弹性模量、抗渗等级应符合设计要求。

3.2高性能混凝土耐久性指标要求

《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设［２005］157号）3.２．1规定：

　“铁路混凝土结构耐久性应根据结构的设计使用年限、环境类别及其作用等级进行设计”；而3．1.2规定:

“当同一铁路混凝土结构的不同部位或构件所处的环境类别及其作用等级不同时，应根据实际情况分别进行耐久性设计”。

铁路混凝土结构所处环境类别分别为碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境。

通灌铁路DT３标段混凝土结构环境类别及作用等级按下列要求确定。

进行耐久性混凝土配合比设计时，对混凝土结构所处的环境类别、作用等级应首先按照设计文件、设计图纸规定执行；设计文件、设计图纸规定不明确时按《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设［2005]1５7号）及铁建设[200７]140号执行。

根据确定的环境类别、作用等级以及通灌铁路工程设计使用年限100年的要求,按照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》确定电通量、抗冻性等耐久性指标。

3．2.2混凝土的耐久性指标

（1）混凝土的耐久性一般包括混凝土的抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱-骨料反应性等，混凝土耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。

4　混凝土配合比设计步骤

４.1混凝土配合比参数的选定

根据设计要求、相关验收标准、施工规范等要求，结合混凝土所处环境、使用部位、构件状况、施工方式、当地原材料状况,编制混凝土配合比设计计划，确定混凝土技术指标和原材料种类。

核对供应商提供的水泥熟料的化学成分和矿物组成、混合材种类和数量等资料,初步选定混凝土的水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂、拌和水的品种以及水胶比、胶凝材料总用量，矿物掺合料和外加剂的掺量。

当设计无明确要求时,按规定选定。

4.2混凝土配合比设计方法

参照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ５5的规定计算单方混凝土中各种原材料组分用量,并核算配合比的水胶比、胶凝材料总量、总碱含量和氯离子含量是否满足要求。

否则应从新选择原材料或调整计算的配合比，直至满足要求为止。

5混凝土配合比试配和调整

（１）采用工程中实际使用的原材料和搅拌方法，根据确定的混凝土配合比，通过适当调整混凝土外加剂用量或砂率，调配出坍落度、含气量、泌水率符合要求的混凝土配合比。

试拌时,每盘混凝土的最小搅拌量应在1５L以上。

该配合比作为基准配合比。

（2）改变基准配合比的水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料掺量、外加剂掺量或砂率等参数,调配出拌合物性能与要求值基本接近的配合比3-５个。

（3）按要求对上述不同配合比混凝土制作力学性能、弹性模量、耐久性能和抗裂性能对比试件,养护至规定龄期时进行试验。

其中,抗压强度试件每种配合比宜制作4组,标准养护至1ｄ、3d、28d、５6d时试压,试件的边长可选择15０ｍm或1０0ｍｍ（强度等级C5０及以上的混凝土试件边长应采用150ｍｍ）;抗裂性对比试验参照《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》附录C规定的方法试验,耐久性能、弹性模量试件的制作、养护应根据施工具体要求确定。

（4）从上述配合比中优选出拌合物性能和抗裂性优良、抗压强度适宜的一个或多个配合比各成型一组或多组耐久性试件,养护至规定龄期时进行试验。

（５.）根据上述不同配合比对应混凝土拌合物的性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果，按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则，从不同配合比中选择一个最适合的配合比作为理论配合比。

（6）采用工程实际使用的原材料拌合混凝土，测定混凝土的表观密度。

当混凝土拌和物表观密度实测值与计算值之差的绝对值超过２%时,应对理论配合比进行校正（即以理论配合比中每项材料用量乘以校正系数后获得的配合比作为混凝土配合比）。

校正系数按下式计算：

校正系数=实测拌合物密度值／理论配合比拌合物密度值

（7）当混凝土的力学性能或耐久性能试验结果不满足设计或施工的要求时,则应重新选择原材料,按上述步骤重新试拌和调整混凝土配合比,直至满足要求为止。

（8）当混凝土原材料、施工环境温度等发生较大变化时,应及时调整混凝土配合比。

6　混凝土配合比选定试验

《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》规定混凝土配合比选定试验的检测项目应符合表6-1的规定。

表6－1　　　　　　混凝土配合比选定试验的检测项目

序号

检测项目

试验方法

1

坍落度

《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》（ＧB/T5０08０）

必检

2

泌水率

3

含气量

4

抗裂性

《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》附录C

5

抗压强度

《普通混凝土力学