某桥梁用c45耐腐蚀水下混凝土配合比的设计与质量控制

民营科技２０１４年第７期　科技论坛　某桥梁用Ｃ４５耐腐蚀水下混凝土配合比的　设计与质量控制　董　瑛　（中铁八局集团昆明铁路建设有限公司，云南昆明６５０２００）　摘要：在混凝土施工中，评价混凝土结构施工质量的优劣不仅仅是单纯满足混凝土强度等级及施工性要求，对影响工程使用寿　命的混凝土结构耐久性，其技术要求已然成为评定混凝土结构质量的重要因素。设计有耐久性要求的混凝土，在选用检验合格原材料　的同时，要考虑混凝土结构所处的环境条件。通过对某桥梁工程用Ｃ４５耐腐蚀水下混凝土配合比的设计实例，对耐久一ｔ￣．－．ｋｆｉｇ合比　设计以及混凝土的质量控制作一些探讨。　关键词：耐腐蚀水下混凝土；碱含量；电通量；氯离子含量；质量控制　１设计说明　表６减水剂检测结果（见后）　６水，生活用水　某桥梁工程，钻孑Ｌ桩基础采用Ｃ４５耐腐蚀水下砼，设计使　２．用年限１００年，环境作用等级为Ｈ３化学侵蚀环境，５６ｄ电通　量＜１２００Ｃ，塌落度控制在２００￣２０ｍｍ。　２耐腐蚀水下混凝土原材料　表７拌合用水检测结果（见后）　３配合比设计　３．１确定配制强度　２．１水泥，采用云南昆钢嘉华水泥建材有限公司生产的Ｐ．０４２．５　水泥。　物　理　项露　根据《普通混凝土配合比设计规程）（ＪＧＪ５５—２０１１），配制强度　采用以下公式确定：Ｆｃｕ，Ｏ≥ｆｃｕ，ｋ＋１．６４５盯　根据《混凝土　结构工程施工质　表凝结时闻（ｍｉｎ）　１水泥检测结果　比袭面积　（ｍ　／ｋｇ）　密度　ｇ／ｃｍ　）　（３．标准稠度　用水最　安定性　（雷氏　抗折强度　（ｍ　ａ）　抗压强度（ＭＰａ）　性　能　结鬃　初凝ｆ终凝　ｌ８４　ｌ　２５３　０６　３４１　ＭｇＯ　（％）　３　９６　（％）　２６．８　碱含最　（％）　Ｏ．４２　夹法）　３ｄ　ｌ　２８ｄ　３ｄ　Ｉ　２８ｄ　量验收规范》　　３　５．７　ｌ　９．６　２１．４　Ｉ　４９．３　（ＧＢ５０２０４—２００２）Ｃ１　（％）　Ｏ．Ｏ１Ｏ　化　学　性　能　项目　结果　烧失量（％）　４．０９　游离ＣａＯ　（％）　２．０６　ＳＯ３（％）　０　８８　熟３ｌ｛　咔　ｃｎ（％）　７．６２　（２０１１版）、《普通　混凝土配合比设　计规程》（ＪＧＪ５５—　２．２掺合料　２０１１）、《铁路桥涵　１）粉煤灰，采用昆明电厂Ⅱ级粉煤灰（掺量１５％）。　表２粉煤灰检测结果　物　理　程施工质量验收标准）ＴＢ１０４１５—２００３的　规定，盯取值为５．０ＭＰａ，水下混凝土标准　养护试件强度必须符合设计强度等级的　１．１５倍，则：　Ｆｅｕ，ｏ＝４５ｘ１．１５＋１．６４５￣５．０＝６０．ＯＭＰａ　游离ＣａＯ　（％）　０．６８　项目　细度（％）　需水量比（％）　禽水量（％）　性　能　化　学　州：　能　结果　项同　结果　１２．９　碱含篮　（％）　０．４６　９７　Ｃ１　（％）　０．Ｏｌｌ　Ｓ０３　（％）　０．２ｌ　０　３　烧失量（％）　Ｃａ０　（％）　５．６１　３．２根据《铁路混凝土结构耐久性设计　规范》（ＴＢ１０００５—２０１０）、《铁路混凝土工　程施工质量验收标准ＨＴｍ０４２４—２０１０）、　《铁路混凝土》（ＴＢ厂Ｉ’３２７５—２０１１）的规定，　设计使用１００年，Ｃ４５Ｈ３水下混凝土的　胶凝材料最小用量３４０ｋ￣ｍ　，胶凝材料　最大用量６００ｋ＃ｍ，，最大水胶比０．４０，矿　２．６８　２）矿粉，采用昆钢嘉华ｓ７５（掺量１５％）　表３矿粉检测结果　物　理　项目　密度（ｇ／ｃｍ。）　性　比表两积（ｇ／ｋｇ）　４０６　含水率（％）　０．２　流动度比（％）　１０２　能　结果　２．８２　物掺合料掺量３０％～５０％。研究表明，混　凝土中掺入粉煤灰和矿粉能兼顾混凝土　化　学　项目　性　能　结果　碱含量　（％）　１．５８　Ｃ１一　（％）　０．０ｌ　Ｓ　（％）　０．０　活性指数　烧失量（％）　７ｄ　５８　２８ｄ　８２　Ｏ．８　４．３　ＭｇＯ　（％）　早期强度和后期强度，早期发挥矿粉的　火山灰效应，改善浆体和集料的界面结　构，弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后　２．３细骨料，机制砂（中砂、细度模数：２．８；级配区属：Ⅱ区；碱活：　不存在潜在的碱活性）。　表４机制砂检测结果（见后）　的碱活性）　表５碎石检测结果（见后）　于水泥熟料水化，从而使得火山‘灰反应生成物和水泥水化生成的　凝胶数量不足导致与未反应的粉煤灰之间界面粘结不牢引起的　早期强度损失；后期发挥Ⅱ级粉煤灰的火山灰效应所带来的孑Ｌ径　强度持续得到提高。从混凝土粘聚性方面说，矿粉有增加混凝土　粘聚性和泌水的趋势，Ⅱ级粉煤灰却能明显降低｝昆凝土的粘聚性　和减少混凝土泌水的趋势，二者的互补优势更为明显。为提高混　２．４粗骨料，碎石（５—３１．５ｍｍ连续标准级配；碱活性：不存在潜在　细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的“内核作用”，使混凝土后期　２．５外加剂，采用上海三瑞聚羧酸高效减水剂（固含量：２４％）　科技论坛　民营科技２０１４年第７期　表４机制砂检测结果　３．３根据上述规定，初步选定配合　泥块　含量　（％）　０　项目　松堆积密度　（ｋｇ／ｍ３）　ｌ５７０　紧堆积密度　（ｋｇ／ｍａ）　１６７０　表观密度　（ｋｇ／ｍ￣）　２７３０　石粉含麓　（％）　５８　．云母含　量（％，　比见表８。　表８初步混凝土配合比（见后）　４　Ｃ４５Ｈ３水下砼配合比总碱含量　及氯离子含量计算　４．１计算依据　《铁路混凝土工程施工质量验　物　理　结果　０　性　能　项目　轻物质含量　（铁标）（％）　压碎指标　（％）　有机物含量　（浅于标准色）　吸水率（％）　坚固性（％）　收标准）（ＴＢ１０４２４－－２０１０）；《铁路混　结果　化　学　项目　０　Ｃ１　（％）　Ｏ．０Ｏ　１２　硫化物及硫酸盐　含量（％）　Ｏ．Ｏ１　合格　０．６　５．３　凝土工程预防碱——骨料反应技术　条件》（ＴＢ／Ｔ３０５０４－－２００２）；《铁路混　凝土结构耐久性设计规范》　（ＴＢ１０００５—２０１０）。　性　能　结果　４．２计算方法　泌水率比　压力泌　坍落度ｌｈ　４．２．１混凝土的总碱含量包括水　项目　物　减水率（％）　抗压强度比　（％）　含气量（％）　经时变化　水率比　量　泥、矿物掺合料、外加剂及水的碱含　量之和。其中，矿物掺合料的碱含　量以其所含可溶性碱计算。粉煤灰　７ｄ　２８ｄ　理　性　结果　２７．３　１５６　ｌ４５　５　３９　２．６　６０　的可溶性碱量取粉煤灰总碱含量　能　凝结时间差（ｍｉｎ）　项目　结果　初凝　－２０　终凝　＋１Ｏ　收缩率比（％）　９８　的１／６，矿粉的可溶性碱量取矿渣总　碱量的１／２。　４．２．２钢筋砼中由水泥、矿物掺合　硫酸钠含　量　化　学　项目　碱含量　（％）　Ｃ１一　（％）　ＳＯ３　（％）　甲醛含量　料、骨料、外加剂和拌合用水等引入　的氯离子总含量不应超过胶凝材料　总量的０．１０％。　性　能　结果　２．０６　Ｏ．０５　３．６３　２．０４　０．０２　表５碎石检测结果　松堆积密度　项目　物　理　结果　４．２．３钢筋混凝土中三氧化硫含量　不应超过胶凝材料总量的４．０％。　表观　密度　紧堆积密度　（ｋｇ／ｍ。）　ｌ６９０　泥块含　量（％）　０．Ｏ　含泥量　（％）　０．１　云母含　最（％）　Ｏ．Ｏ　（ｋｇ／ｍ　）　１５５０　４．３计算过程　４．３．１配合比选用材料碱含量和氯　离子含量见表９。　（ｋｇ／ｍ。）　２７００　性　能　项目　轻物质含量　（铁标）　Ｏ．Ｏ　压碎指标（％）　吸水率　（％）　０．５　坚固性　（％）　６．２　有机物含最　（浅于标准色）　合格　表９配合比选用材料材料含　量（见后）。　结果　８　４．３．２理论配合比每立方材料用量　水泥：粉煤灰：矿渣：砂：碎石：　水：减水剂之比为３３６：７２：７２：７２５：　１０４４：１７３：５．８。　化　学　性　能　项目　Ｃ１　（％）　硫化物及硫酸盐含　量（％）　结果　Ｏ．Ｏ　０．２　表６减水剂检测结果　抗压强度比　物　理　性　能　项目　减水率（％）　表１０碱含　算表（见后）　压力泌　水率比　３９　泌水率　比（％）　５　含气量　（％）　２。６　坍落度　ｌｈ经时　变化量　６０　表１　１氯离子含　寸算表（见后）　表１２三氧化哜治量ｉ寸算表（见后）　７ｄ　１５６　２８ｄ　１４５　根据理论配合比和所用材料试　验数据计算砼总碱量、ｃｌ一含量ＳＯ　含量，结果见表１３。　表１３总碱量、Ｃｌ一含量、ＳＯ，　含量对比表（见后）　结果　２７．３　项目　●　凝结时间差（ｍｉｎ）　收缩率比（％）　９８　ＣＩ　（％）　Ｏ．Ｏ５　硫酸钠　含量　３．６３　ＳＯ３　（％）　２．０４　甲醛含　擐　Ｏ．Ｏ２　初凝　Ｊ　终凝　－２０　１　＋ｉ０　碱含量　（％）　结果　化　学　性　能　项目　４．３．３经计算比对，该混凝土总碱　含量及ｃｒ含量、ＳＯ，含量符合《铁　路混凝土｝｝（ＴＢ／Ｔ３２７５—２０１）标准要　求，可以使用。　结果　２．Ｏ６　凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能，配制成本更为经济的混　５混凝土力学性能、抗裂性能及耐久性能　凝土，应在混凝土中掺入适量适宜的粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合　５．１　根据初选配合比进行混凝土拌合物性能试验，混凝土拌合物　料。经研究，矿粉与Ⅱ级粉煤灰掺合使用时，粉煤灰的取代量宜控　性能测试结果见表１４。　制在１５％以内，矿粉宜控制在３０％。　表１４混凝土拌合物性能测试结果（见后）。　民营科技２０１４年第７期　科技论坛　根据混凝土拌合物　性能试验结果，初步选　定的配合比的混凝土拌　合物满足要求。　５．２按初步选定的配合　比成型１５０ｍｍ￣１５０ｍｍｘ　表７拌合用水检测结果　物　理　项目　２８ｄ抗压强度比　凝结时间差　性　能　结果　化　学　项目　性　能　结果　９８　碱含量　（ｏｋ）　２０　Ｃ１一　（％）　ｐＨ值　不容物含量　可溶物含量　（ｍｇ／Ｌ）　（ｍｇ／Ｌ）　１５０ｍｍ标准试件２组，　三氧化硫含量（％）　进行３ｄ、７ｄ、２８ｄ、５６ｄ力　学性能试验。　０．００２８　０．００２３　Ｏ．ＯＯ１ｌ　８．２　０　６７　５．３按初步选定的配合　比进行耐久性能试验　Ｃ４５　Ｈ３水下混凝　土力学性能、耐久性能　试验结果见表１５。　表１５混凝土耐久　表８初步混凝土配合比　性能试验结果（见后）。　６理论配合比确定　根据上述试验结果，　选定的混凝土配合比能　满足设计和施工要求。　７水下混凝土浇筑现　场质量控制　表９配合比选用材料材料含量　水下钻孔灌注桩基　础施工是桥梁施工的关键，因水下灌注桩基础属　材料名称　产地　碱含量（％）　Ｃｌ含量（％）　ｓ　０　ｓ含量（％）　大体积混凝土，钢筋密、混凝土用量多，工程条件　水泥　粉煤灰　矿渣　减水剂　水　机制砂　碎石　昆钢嘉华昆明电厂昆钢嘉华　上海三瑞　自来水大板桥大板桥０．４２　０．４６　１．５　８　２．０６　０．００２３　０．０１　０．０１　１　０．０１　０．０　５　０．００　１　１　０．００　０．０　０　０．８８　０．２１　０．００　２．０４　０．００２８　０．０１　０．２０　复杂，在施工质量的控制上难度非常大，尤其是水　泥水化过程中释放的大量水化热引起的温度变化　和混凝土收缩而产生的温度应力和收缩应力，经　常导致水下大体积混凝土结构产生裂缝，已成为　大体积混凝土浇筑施工的一个质量通病。　水下混凝土通常采用直升导管法浇筑，操作阶　段相对来说并不复杂，但要严格按照预定计划和施＿Ｔ　方案进行浇筑，定时定点测温，做好温度控制工作。　７．１　浇筑水下混凝土前应检查沉渣厚度，同时对　孔内泥浆进行循环。沉渣厚度应满足不大于　表１０碱含量计算表　１０ｃｍ。如沉渣厚度超出规范要求，则利用导管进　行二次清孔。严禁利用超钻深度代替清孔。同时利　用泥浆比重计三件套，对泥浆进行检测，孔内排出　泥浆手摸无２－３ｍｍ颗粒，泥浆比重不大于１．１，含　砂率小于２％，粘度１７—２０ｓ；确保泥浆性能指标符　合规范要求。　７．２控制入模温度。应选择较适宜的气温浇筑，　尽量避开炎热天气浇筑，可选择每日气温较低的　时间段施工，以降低混凝土的入模温度，混凝土人　模温度应控制在２８℃以内。　７．３控制浇筑速度。适当控制混凝土的灌注速　序号　材料　每ｍ。材料用量　每ｍ３碱含量　碱含量（％）　（ｋｇ）　（ｋｇ）　１　２　水泥（昆钢嘉华）粉煤灰（ＩＩ级）０．４２　０．４６　３　３６　７２　１．４１　０．０６　３　４　５　矿渣（昆钢嘉华）　外加剂（三瑞）　水１．５８　２．０６　０．００２３　合计　７２　５．８　１　７３　０．５７　０．１２　０．００４　２．１６　度，尽量减小新老浇筑混凝土的温差。在开浇阶段　通过导管浇筑混凝土堆脚高度不宜小于０．４０ｍ，　以便导管口能埋在混凝土内的深度不小于０．３ｍ。　７．４控制内外温差。加强混凝土内外测温监测ｌＴ　科技论坛　民营科技２０１４年第７期　表ＩＩ氯离子含量计算表　皿作，将温差严格控制在２５￣ＣＰ￣，在混凝土结构　：ｐ，ｒｔ棚　叭土ｎ　Ｌ一　０ｍｌｌ　甘上　、鬲　，／Ｚ－￣土ｎ　　Ｉ壬】：ｒ　ｆｌ由　序号　１　水泥材料　（昆警媾暑旨华）ｓ　含量（％）　每ｉｉ１３村料用量（ｋｇ）　０．８８　３３６　每ＩＩ】３　ｓＯ。含量（ｋｇ）　…２．９５７　……　…………～～　…　～“　苫２斗　ｍＩｌ泪”　上　ｔｌｚｆ－日目糍　』　ｒｈ：ｇｒ．ｒｔ　日Ｉ＝白：　，Ｉ、ｒｈ圭　日：　……一………”　２　粉煤灰（ＩＩ级）０．２１　７２　０．１５１　测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时调整　３　４　矿渣（昆钢嘉华）外加剂（三瑞）　水　碎石（大板桥）　０．Ｏ０　２・０４　。・。。。　叭ｏ’７２　５．８　１７３　１．　０　０．ｉ１８　。・００５　冷却水的流量，控制温差。冷却循环水管采用集　铁管，埋设在混凝土浇筑层的中心位置稍靠下　每层水管的进出水口相互错开，且出水口有诟　、７　０．。’　里ｒ＾田。　却水供给采用潜水豕　叫　。／一Ｈ／。　…　合计　表１２　一氧化硫含量计算表　序号　１　５．３９ｌ　集中供水。　ｖ　；日¨　该配合比在某桥梁应用，效果良好。通过趟　用水化热低的水泥，掺人适量的粉煤灰和矿粉．　隆僻７ｋ　启用暑　，材料　水泥（昆钢搿华）ＳＯａ禽繁（％）　每　材料用溉（ｋｇ）每ｍ　ＳＯ　禽鬣（ｋｇ）　０．８８　３３６　２．９５７．　翻Ｉ　先田如『　的　釉含暑　角　粉煤灰　级　４　外加剂（　！瑞）　。・　２．ｏ４　５　８　。－１５１　ｏ．１ｌ８　离子含量严格控制混凝土的配合比，据现场　验数据统计分析：５６ｄ平均强度达到５６．６ＭＰａ＂　Ｃ４５水下混凝土强度应达到４５ｘ１．１５＝５１．８ＭＰ，　５　水０．００２８　１７３　０．００５　６　机制砂（火板桥）碎石‘大板桥’　０・０１　。・　７２５　。　０・０７２　・。　的要求；在浇筑前检查沉渣厚度、控制泥浆肚　重，在施工过程中确保导管埋置深度、合理控静　／Ｊ＼ｉ’下口］　健仁亡１¨］：１　Ｊ—　里１寸　０　ｔ兀・　ＬＪ峦　】乙，　表１３总碱量、Ｃ１一含量、ＳＯ，含量对比表　总碱含量（ｋｇ／ｍ。）　使用部位　标准要求　实测值　标准要求　实测值　标准要求　实　Ｃ１一含量　ＳＯ　ｓ含量　很好的控制。　钻孔桩基础　＜３．０　２．１　６　＜０．１Ｏ％　０．Ｏ１１％　＜４．Ｏ％　【１］ＴＢ一４　。２　１・１　２％　骨料反应技术备件圈．　瑟　土Ｉ程预　表１４混凝土拌合物性能测试结果　表观密度　坍落度（ｍｍ）　扩展度（ｍｍ）　含气量（％）　凝结时间（ｈ：ｍｉｎ）　－２叭。铁路混凝土工程施工质量验　＾　、　Ｉ玉　１．　『３１　ＴＢ】０００５２ｒ）】０铁路ｊ　疑土结构耐久性设计　初始　停放３０ｍｉｎ　初始　停放３０ｍｉｎ　初始　停放３０ｍｉｎ　初凝　终凝　规范阎．　２４２０　２　２０　２０Ｏ　表１５６００　５６０　３．４　３．２　１８：３５　２　１：２２　Ｉ４１　ＴＢ１０４１５—２００３铁路桥涵工程施工质量验＿收　。．　混凝土耐久性能试验结果　抗渗性　５　６ｄ　２８ｄ　抗压强度／ＭＰａ　３ｄ　７ｄ　２８ｄ　电通５６ｄ　ｒ６１　ＩＣｄｑ－－＇２０　１１１　普ｉ甬混疑王配冬比沿计柳程　计柳程Ｉｇｌ　…Ｊ　一一一一　………　一０　一＿ｒＪ’　［７１　ｔ￣．ＲｑｆＯｌ３Ａ一９００９（９０１１黼、洱ｊ　一…一一一…一、一一一…　……圣士拍工弄　端　一’’’一　…一２６．２　３　５，８　５６．３　６１．２　Ｐ２Ｏ　６２４　工质量验收规范因．　（上接９９页）　电力系统保护与控制，２００９，３７（２３）：１６７－１６９．　应用【ｃ】．／／甘肃省电机工程学会２０１１年学术年会论文集．　２０１　１：８４０－８４６．　［４］黄伟，钱奇，刘军，等．调度自动化系统开放式数据维护模型ｕＪ＿电　力系统自动化，２００８，３２（２）：６３—６６．　［６郭东强．６］一体化技术在电力调度自动化系统的应用研究［Ｄ】．山　【５】徐兵．电力调度自动化系统高级应用软件（ＰＡＳ）在庆阳电网中　东大学，２００７．　（上接１Ｏ０页）　是间歇性灌浆，即一定灌浆数量或者灌浆时间为标准，达到这个　程灌浆技术的各项指标，优化设计程序，确保水利工程的质量、安　　标准的时候便要中断灌浆，在等待一定的时间后继续灌浆。至于　全性和效果。参考文献　具体的灌浆间隔时间可以根据工程的要求、灌浆目的以及地质情　况等视情况不同而设定，但是通常不要超过２－８　ｈ。　【１】刘京文．浅析水利工程岩基灌浆施工技术Ⅱ】．科技资讯，２０１０（１Ｏ）．　结束语　【２］武晶．浅谈水利工程基础灌浆施工技术ＩＪ］＿科技与企业，２０１２（８）．　水利工程的灌浆施工技术是一项重要的复杂的技术，对工程　［３］刘湘成．浅论水利工程基础灌浆施工技术［Ｉ１．科技风，２０１１（７）．　４］任凯．试论水利水电工程的灌浆施工技术Ⅱ］．北京农业，２０１２（６）．　设计者和施工人员有很高的要求。为此，我们要仔细研究水利工　［