混凝土配合比优化设计的要求

湖北省谷竹高速公路混凝土配合比优化设计的要求一、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》（JTG/T F50-2011）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级的符合硅酸盐水泥（P.C）配置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）配置外，桥梁其他部位的混凝土（含C50预制T梁）均宜使用42.5级P.O水泥进行配置。

（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。

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、预制空心梁板、预应力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（方孔筛晒孔边长）。

最终晒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。

碎石的压碎值按混凝土强度等级进行控制，低于C50的混凝土用碎石的压碎值应﹤16%，C50-C60混凝土用碎石的压碎值应﹤12%，C60及以上的混凝土用碎石压碎值应﹤10%。

（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《聚羧酸西高性能减水剂》(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西高性能减水剂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)桥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级产品进行配置。

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，合理拟定配置混凝土的技术要求（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/T55-2000）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：Rp=R+1.645δ。

式中：Rp-混凝土的施工配置强度；R-混凝土设计强度等级；δ-强度标准差。

混凝土强度等级﹤C20，δ-4.0MPa；混凝土强度等级C20-C35，δ=5.0MPa；混凝土强度等级﹥C35，δ-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、高强度混凝土、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，应合理调整混凝土配合比提供依据。

(3)混凝土进行适配时应采用施工相同的原材料，配置的混凝土拌合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，配置的混凝土还应满足弹性模量、收缩、徐变值的要求。

表2-1 结构混凝土耐久性的基本要求(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。

(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2%，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 D62-2005）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≦400 Kg/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、水泥环境或潮湿土中环境的构件可以采用大量粉煤灰（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2.5-3.0的中砂，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泵送混凝土中必须参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300 Kg/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身形成密实体，且桩基较长，一般为20-70m。

因此，要求配置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，减少混凝土的收缩性能、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15%，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3%以内，泥块含量不应大于1%。

(3)配合比设计参数：C25-C30水下灌注桩混凝土的胶凝材料用量宜为370-420 Kg/m3，用水量宜为155-175 Kg/m3，水胶比应小于0.50；砂率宜控制在38-42%之间。

桩基混凝土含气量一般为1.5%-4.0%。

减水剂、矿物掺合料的掺量应根据所需要混凝土性能经过试配确定。

当试拌混凝土不能达到所需要的混凝土工作性能时，应对外加剂掺量、单位体积用水量、单位体积浆骨比进行适当调整。

3.2大体积混凝土(1)技术要求：根据大体积混凝土温度场的特点，要求具有较低的水化热温升、较长的缓凝时间、良好的工作性和较低的收缩，强度≦C30的大体积混凝土的绝热温升不宜超过35℃。

大体积混凝土配合比设计的确定，必须通过实验优化。

(2)原材料要求：①宜选用低水化热和凝结时间长的水泥品种，如42.5级中热硅酸盐水泥、32.5级低热矿渣硅酸盐水泥、32.5级矿渣硅酸盐水泥（A级）、32.5级粉煤灰硅酸盐水泥、32.5级复合硅酸盐水泥等；当采用42.5普通硅酸盐水泥时，应采取添加较大掺量的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰来延缓水化热的释放。