谷竹高速公路工程混凝土配合比设计优化技术要求

湖北省谷竹高速公路混凝土配合比优化设计的技术要求一、原材料选用与技术要求混凝土原材料除满足《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）相应技术要求外，还应满足下列要求：1.1 水泥（1）桥梁工程用水泥：除桥梁基础混凝土（≤C30）可采用32.5级的复合硅酸盐水泥（P·C）配制以及现浇预应力连续箱梁混凝土（C55及以上）可采用52.5级普通硅酸盐水泥（P·O）、42.5级Ⅱ型硅酸盐水泥（P·Ⅱ）配制外，桥梁其他部位的混凝土（含C50预制T梁）均应使用42.5级P·O水泥进行配制。

（2）隧道工程用水泥：除隧道二次衬砌防水混凝土可使用32.5 级P·C水泥外，隧道初喷支护、隧道路面混凝土均应使用42.5级P·O水泥。

1.2 骨料（1）粗骨料：桥涵、隧道工程混凝土用粗骨料一般采用5~10mm、5~20mm和5~25mm三种公称粒级均可满足要求，对应粗骨料最大粒径（方孔筛筛孔边长尺寸）分别为13.2mm、26.5mm和31.5mm。

本工程所需碎石应采用4.75~9.5mm、9.5~19mm 和19~26.5mm三种规格进行分级生产、采购、储存、掺配使用，合成级配应符合表1-1的要求。

不得使用不分级的统料。

表1-1 碎石颗粒级配范围其中：5~10mm碎石适用于隧道初喷支护混凝土；5~20mm碎石由4.75~9.5mm和9.5~19mm二种规格掺配，适用于预制T梁、预制空心板梁、预应力现浇连续箱梁等部位混凝土；5~25mm碎石由4.75~9.5mm、9.5~19mm、19~26.5mm（方孔筛，没有特殊说明，以下类同）三种规格掺配，适用于桥涵工程的灌注桩、承台、墩柱、盖梁、桥台、桥面铺装、护栏、通道、涵洞等部位混凝土及隧道路面、二次衬砌等混凝土。

为统一碎石生产规格，保证碎石生产质量，碎石料场初次生产或进行生产调整时，建议上述三种规格的碎石生产振动筛的配置宜分别为：4mm、12mm、24mm、30mm （方孔筛筛孔边长）。

最终筛网尺寸应以实际生产的碎石是否符合表1-2规格要求为准。

表1-2 各种规格碎石的规格要求（2）细骨料：用于泵送混凝土的河砂应为中砂，细度模数为2.5~3.0。

其中，大于4.75mm颗粒含量不应超过5%，0.30mm筛孔通过率不应小于15%。

鉴于河砂运距远，建议要求河砂在产地过4.75mm筛。

有关机制砂的质量标准和使用要求详见《机制砂在混凝土中的应用技术指南》，将另文发布。

1.3 外加剂（1）桥梁工程用外加剂灌注桩、高墩、预制梁、现浇梁、桥面铺装等部位混凝土应选用质量标准符合《聚羧酸系高性能减水剂》（JG/T223-2007）的Ⅰ级产品，减水率大于25%；墩柱、承台、盖梁、桥台等部位混凝土可选用聚羧酸系高性能减水剂Ⅱ级产品，减水率大于18%。

减水剂的缓凝时间由施工单位根据施工工艺、浇筑量大小、浇筑季节温度、温控防裂要求，与供应商事先约定，减水剂出厂时预先调配好。

（2）隧道工程用外加剂隧道喷射混凝土的速凝剂，应选用与水泥适应性好、凝结硬化快、28d强度损失少、较低掺量的速凝剂品种，其质量标准应满足《喷射混凝土用速凝剂》（JC477-2005）一等品的技术要求，优先选用以硫酸铝胶为主要成分的低碱液体速凝剂（适用于湿喷法，建议采用湿喷工艺），其pH小于7；减水剂可选用聚羧酸系高性能减水剂Ⅱ级产品。

隧道二次衬砌防水混凝土用防水剂的性能指标应满足《砂浆、混凝土防水剂》（JC 474-2008）、《水泥基渗透结晶型防水材料》（GB 18445-2001）一等品的技术要求，其品种应采用脂肪酸及其盐类防水剂、有机硅表面活性剂（甲基硅酸钠、乙基硅醇钠、聚乙基羟基硅氧烷）防水剂、渗透结晶类防水剂，三乙醇胺早强防水剂、上述各类与引气剂、减水剂和调凝剂等外加剂复配的复合型防水剂。

禁止使用氯化铁、氯化铝、水玻璃、硅灰、石蜡、地沥青、橡胶及水溶性树脂、聚合物乳液等类型的防水剂。

当通过试验验证能满足抗渗等级设计要求时，亦可单独采用聚羧酸系高性能减水剂Ⅰ级产品进行配制。

隧道路面混凝土可选用聚羧酸系高性能减水剂Ⅱ级产品进行配制。

二、配合比设计的基本规定（1）混凝土的配合比应根据设计要求、使用部位及施工中的输送方式、浇筑和振捣方式等，合理拟定配制混凝土的技术要求（包括坍落度及其损失、强度、凝结时间、外观质量、耐久性等），并根据这些选用原材料（水泥品种、等级；砂的品种、规格；碎石的最大粒径；外加剂品种与技术要求；确定是否掺矿物掺合料及掺合料品种）。

所有预拌混凝土均应掺用减水剂。

（2）混凝土的配合比，应以质量比表示，应按照现行《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ/T 55-2000)进行计算，并通过试配和配合比参数优化确定。

混凝土的试配强度，应根据设计强度等级、环境作用、耐久性、工程要求、工作性等要求，按下式计算确定：σ。

式中：P R—混凝土的施工配制强度；R─混凝土设计=RR+.1645P强度等级；σ─强度标准差。

混凝土强度等级＜C20，σ=4.0MPa；混凝土强度等级C20~C35，σ=5.0MPa；混凝土强度等级＞C35，σ=6.0MPa。

对于有特殊要求的混凝土的配合比设计(包括防水混凝土、抗冻混凝土、高强混凝土、高性能混凝土、泵送混凝土、大体积混凝土)，在符合国家现行有关标准的专门规定条件下，亦可参照上述规程，经过试配确定。

在施工过程中，应及时积累资料，为合理调整混凝土配合比提供依据。

（3）混凝土进行试配时应采用与工程施工相同的原材料，配制的混凝土拌和物性能应满足施工工艺要求（和易性好、凝结时间符合施工需要、不泌水、不离析、坍落度损失小等）；制成的混凝土应符合强度、耐久性(抗冻、抗渗、抗侵蚀)等质量要求，还应满足经济合理。

当设计有要求或构件有变形控制要求时，配制的混凝土还应满足弹性模量、收缩、徐变值的要求。

（4）根据工程耐久性设计要求，谷竹高速公路结构混凝土的基本要求应符合表2-1的规定。

表2-1 结构混凝土耐久性的基本要求注：①本表中的氯离子含量系指其与胶凝材料用量的百分比。

预应力混凝土构件中的最大氯离子含量为0.06%，最小水泥用量为350 kg/m3，最低混凝土强度等级为C40。

②碱含量是指单位体积混凝土中由各种原材料带入的碱含量之和，按等效Na2O当量计。

（5）为提高水位变动区混凝土的抗冻性，对水位变动区的墩、台身混凝土提出如下技术要求：应选用42.5级普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，不应使用火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥；碎石最大粒径不应大于31.5mm（方孔筛），含泥量不应大于1%、泥块含量不应大于0.5%，吸水率不应大于1%；砂的含泥量不应大于3%、泥块含量不应大于1%；混凝土的最大水胶比不得超过0.45，胶凝材料中的粉煤灰掺量不得超过30%，并应限制所用粉煤灰的烧失量不应大于3%。

注：谷竹高速公路最冷月（一月）平均最低温度为－2.4℃、极端最低温度－17.6℃（据1971~2000年房县累计30年气候资料统计），按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）规定，最冷月平均气温在-4℃~0℃之间为微冻地区，微冻地区淡水环境下水位变动区混凝土的抗冻等级应不低于F150，对于水位变动区的墩、台身抗冻等级应不低于F200。

（6）不同强度等级的混凝土的最大胶凝材料总量(水泥和掺合料质量之和)宜符合如下要求：大体积混凝土（强度等级C30及以下）≤350kg/m3；C40以下≤400kg/m3；C40~C45≤450 kg/m3 ；C50≤470 kg/m3 (非泵送混凝土)和500 kg/m3（泵送混凝土）；C60≤500 kg/m3（非泵送混凝土）和530 kg/m3（泵送混凝土）。

一般环境下除长期处于潮湿环境、水中环境或潮湿土中环境的构件可以采用大掺量粉煤灰（掺量30%~50%，水胶比应随粉煤灰掺量增加而减小）混凝土外，对于暴露于空气中的一般混凝土，粉煤灰掺量一般不应大于20%，且每方混凝土的硅酸盐水泥用量不应小于240 kg/m3。

（7）采用泵送工艺施工的混凝土，其原材料和配合比设计应符合下列技术要求：①应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，不应使用火山灰质硅酸盐水泥；②粗骨料应采用连续级配，其针、片状颗粒不应大于10%；细骨料应采用细度模数2.6~3.1的中粗砂，砂中粒径小于0.3mm颗粒所占的比例不应小于15%。

③碎石最大粒径与输送管径之比应为：泵送高度＜50m，≤1:3；泵送高度50~100m，≤1:4；泵送高度＞100m，≤1:5；④泵送混凝土中必须掺入泵送剂或高效减水剂，并宜掺入质量符合国家现行有关标准的Ⅱ级及以上级的粉煤灰或其他需水量比小于100%的活性矿物掺合料。

⑤泵送混凝土试配时要求的坍落度值应为：入泵时的坍落度加从拌和站至入泵前的预计经时损失值，一般泵送混凝土的坍落度损失1h不应超过30mm。

⑥用水量与水泥胶凝材料总量之比不应大于0.55；⑦胶凝材料总量不应小于300kg/m3；⑧泵送混凝土的砂率宜为35%~45%；⑨当掺用外加剂时，其混凝土含气量不应大于4%。

⑩当掺用掺合料较多时，除应满足强度要求外，还应进行钢筋锈蚀及混凝土碳化试验。

（8）通过设计和试配确定配合比后，应填写试配报告单，提交施工监理或有关方面批准。

混凝土配合比使用过程中，应根据混凝土质量的动态信息，及时进行调整、报批。

三、桥梁工程主要部位混凝土配合比设计由于桥梁的桩基、承台（或拱座、锚碇、0号块、空心薄壁墩实心段等大体积混凝土）、预制梁、现浇预应力箱梁、桥面铺装等混凝土处于不同的环境条件和不同的受力行为，且施工工艺也不相同，进行混凝土配合比设计时，应针对环境条件和结构构造特点进行专门试验设计。

3.1 灌注桩混凝土（1）技术要求：由于灌注桩混凝土依靠混凝土自重形成密实体，且桩基较长，一般为20~70 米。

因此，要求配制的混凝土除满足强度、抗渗、耐久性能外，还应具有坍落度损失小（1h损失小于30mm）、扩展度大于500mm、扩展度达到500mm的扩展时间（T50）为8~15s及泌水率小的工作性能，初凝时间应大于8h。

（2）原材料要求：①选用减水率高、缓凝效果好、坍落度经时损失小的缓凝型聚羧酸盐高性能减水剂Ⅰ级产品，减水率大于25%，确保混凝土有良好的可泵性、流动性和自密实填充性能的前提下，降低单方混凝土用水量；②应选择保水性较好的水泥，并宜掺入适量矿物掺合料代替水泥，以改善混凝土的工作性，减少混凝土收缩性能、提高自密实性能，确保体积稳定性及与地基的结合紧密；③粗骨料应采用5~25mm 连续级配，最大粒径不应大于31.5mm，其针、片状颗粒不应大于10%，含泥量不大于1.0%，泥块含量不大于0.5%；④砂子应选用级配合理的中砂，其细度模数2.5~3.0，含泥量控制在2%内，泥块含量不应大于0.5%。