灌注桩大流动性混凝土配合比设计与优化

灌注桩大流动性混凝土配合比设计与优化

摘要：灌注桩大流动性混凝土不但要求有较大的流动性，而且还要求有较好的

粘聚性，不离析、减少泌水。据此，提出了大流动性混凝土的配合比设计原理，

通过配合比的设计与优化，配制优良的大流动性混凝土，并应用于实际施工。

关键词：灌注桩混凝土；黏聚性；保水性；配合比设计。

一、概述

当前，为了便于混凝土泵送、运输和浇筑，且力学性能满足设计要求，拌合

物坍落度在160 mm 以上的大流动性混凝土的应用，越来越受到重视。提高混凝

土的流动性并保证其强度、和易性、密实度等性能，是当前混凝土配合比设计的

重点。此次课题的重点是，如何通过优化配合比，设计出高性价比的高强大流动

性混凝土。

烟台港西港区顺岸19#20#通用散货泊位工程顺岸作业区3#立交桥工程是烟台西港区重点工程，该工程对混凝土性能提出了较高的要求，该工程的灌注桩设计

标号为C45，施工要求坍落度为220mm，且水下灌注桩由于在水下成型，施工条

件苛刻，必须连续不间断施工以防断桩；水下混凝土要求满足相应的粘聚性，即

在水中水泥浆体不分散，骨料不离析；同时水下混凝土需要较强的流动性与较好

的保水性，条件约束下水下混凝土不能进行振捣，因此需要其能满足自密实性能。针对该施工部位，原材料选择与配合比设计均要求较高，并且为保证灌注桩实体

检测强度达到设计要求，配合比设计强度指标宜富余较大，根据理论与经验宜按

强度等级C55进行设计与试配，并根据大流动性混凝土的性能指标进行优化设计。

二、配合比设计分析思路

混凝土的受力破坏，主要出现在基体与骨料的界面上以及出现在基体中，因

为这些部位往往存在有孔隙、水隙和潜在微裂缝等结构缺陷，是混凝土中的薄弱

环节。在高强混凝土中，粗骨料被压碎也是一种常见的破坏形式。所以，在骨料

的颗粒强度相同的条件下，混凝土的强度主要决定于基体强度、基体与骨料间的

粘结强度。

1提高基体的强度

1.1采用高强度水泥。水泥是混凝土的活性组分，其强度的大小直接影响着混凝土强度的高低。

1.2采用低水胶比。在水泥品种和强度一定时，混凝土的强度主要决定于水胶比，水胶比越小，在硬化混凝土中残留的水泡或蒸发后形成的气孔及毛细管道数

量就越少，基体的密实度就会提高，强度就会越高。

1.3改善水泥的水化历程。由于高强混凝土的水胶比很低，水泥的水化反应速度要比普通混凝土快，形成的水化产物没有足够的时间向外扩散而集中于水泥颗

粒外表，形成不透水的凝胶体膜层，阻碍水分向未水化水泥颗粒内部深入，影响

水泥的进一步水化，同时也造成水泥石结构不均匀，影响基体强度和基体与骨料

间的粘结强度。因此，通过掺加缓凝剂来适当延缓高强混凝土初期的水泥水化速度，使水化产物中的晶体分布均匀、发育完善，同时提高水泥石结构密实度，对

其后期强度的发展是有利的。

1.4掺加高效能减水剂。高效能减水剂对水泥有高度的分散作用，使水泥颗粒与水接触的表面积增大；此外高效能减水剂能显著降低水的表面张力，使水泥颗

粒表面的亲水性增加，也使水分能较容易地渗入水泥颗粒表面的缝隙内，从而使

水泥颗粒的水化更充分，强度会更高。

2提高基体与骨料间的粘结强度

2.1改善界面过渡区。界面过渡区是由于颗粒不均匀沉降和泌水引起的，混凝土成型后，由于重力作用，水泥颗粒向下运动，水向上运动。当水迂到骨料时，

将在骨料下面富集，形成水囊，使得这一区域水泥浆的含水量较多，水胶比较大，导致这一区域水泥石的结构比较疏松；另外，水泥水化要产生大量的Ca（OH）2（约占水化产物的25%），Ca（OH）2富集并定向排列，形成一种多孔质结构，

强度很低，从而影响了基体与骨料之间的粘结强度。因此，要改善界面过渡区性能，一是合理调整混凝土配合比，尽可能减少拌合用水量，并提高混凝土拌合物

的保水性，避免或减少泌水现象；二是消除或减少Ca（OH）2在界面过渡区的富集，试验表明，在混凝土中掺入优质活性矿物质掺合料，使其有效成分与界面过

渡区域内的Ca（OH）2发生化学反应，生成难溶的水化硅酸钙凝胶沉积在界面过渡区的孔隙内，使界面过渡区的密实度增加，从而提高了基体与骨料间的粘结强度。常用的优质活性矿物质掺料合有：优质粉煤灰、矿粉、硅灰等。

2.2提高基体与粗骨料间的粘结面积。基体与粗骨料之间的粘结面积主要取决于粗骨料的最大粒径和表面特征。对普通混凝土而言，粗骨料的最大粒径和表面

特征对其强度的影响不大，但对高强混凝土而言，加大骨料尺寸，会使混凝土强

度下降，且强度等级愈高影响愈明显。因此，配制高强混凝土的粗骨料宜选用最

大粒径尽可能小的表面粗糙的碎石。

三、配合比设计与优化

1、原材料选用

（1）水泥：生产厂家均为烟台三菱水泥厂，PO 42.5普通硅酸盐水泥，实测

28d 抗压强度为52.8 MPa。

（2）细骨料：蓬莱潮水河砂，细度模数3.0，含泥量1.9%，泥块含量0%，

表观密度为2650kg/m3。

（3）粗骨料：烟台大季家碎石，5～20mm连续级配，含泥量为0.2%，表观

密度为2700 kg/m3。

（4）外加剂：烟台昱兴萘系高效减水剂并复配保塑成分，减水率22 %。

（5）粉煤灰：龙口电厂Ⅱ级粉煤灰，细度15.5%，烧失量2.8%。

（6）矿粉：唐山曹妃甸S95级矿粉，实测28d活性指数为98%。

2、混凝土优化对比试验。

根据《JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程》，及日常配合比设计经验，

设计以下几组配合比进行对比试验，配合比见表1，各组配合比试配与混凝土各

项性能检测情况见表2。

表1：配合比设计方案

表2：试配情况与混凝土各项性能检测情况

根据试配性能情况，综合经济性考虑，最终选用1号配比。用于该工程的实际施工时，

可根据实际施工情况，在此配合比基础上进行微调。

四、实际生产施工情况

目前，该配比已经应用于实际施工中，施工顺利，质量优质、稳定，混凝土质量得到施

工单位和监理单位的一致好评。到场混凝土坍落度220mm，扩展度580~600mm，流动性损

失很小，保水性良好，未出现泌水现象，混凝土能够达到自流平的状态。现场留置试块标准

养护条件下混凝土强度达到C55强度要求，试块强度统计数据处于56MPa~62MPa，灌注桩

实体钻芯强度检测符合设计要求。

五、总结

本次设计的配合比各项性能均能满足此次灌注桩施工对混凝土性能的要求，可以用于实