预应力混凝土连续刚构拱桥拱部

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C50自密实混凝土配合比设计思路

一、设计背景

一）结构特点

1、钢筋最小净间距为8.4cm，钢筋用量约为350kg/m3；

2、一次性连续浇筑混凝土方量大，约为2000 m3；

3、截面尺寸不规则，最厚处达3m，最薄处达0.3m；

4、浇筑高度最大达11m；

5、混凝土强度等级设计为C50，弹性模量为3.55*104MPa。

二）施工要求

1、局部或全部采用自密实混凝土（即免振混凝土），应参照《自密实混凝土应用技术规程》（CECS203：2006）；

2、为减少后期收缩徐变变形，耐久性指标应符合《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号）、《客运专线铁路桥涵用高性能混凝土技术条件》（科技基[2005]101号）的相关要求；

3、施工工艺应参考《客运专线铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）。

二、自密实混凝土技术指标的目标值

根据结构特点，确定混凝土自密实性能等级为二级，即为：

1）坍落扩展度650±50mm（坍落度经时损失≤20mm/h）；

2）抗离析性：T50试验为13s以内；

3）填充性：U型箱连通器试验高度为320mm以上，且高差≤5mm。

三、自密实混凝土配制原理与技术难点

按流变学理论,新拌混凝土属宾汉姆流体,其流变方程为：

τ=τ0+ην（1）式中,τ为剪切应力; τ0为屈服剪切应力；

η为粘度系数；ν为剪切速度。

与普通混凝土采用机械振捣时因触变作用令骨料与砂浆之间的屈服剪切应力τ0大幅减小，使振动影响区内的混凝土呈液化而流动并密实成型的道理相似，制备自密实混凝土的原理是通过外加剂、胶凝材料和粗细骨料的选择搭配和配合比设计，使τ0减小到适宜范围，同时又具有足够的塑性粘度η，使骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌充分填充模型内的空间，形成密实且均匀的结构。

自密实混凝土拌和物的特点是高流动性而无离析，因此流动性和抗离析性是互相矛盾的。如何达到流动性、抗离析性之间的平衡，对于浇筑高度达11米来说，是本次自密实混凝土配合比设计的第一个难点。

同时，砂率的控制也是一个重要方面。大量的试验表明，自密实混凝土的砂率一般在45%-55%范围内取值比较适宜，粗细骨料比以0.85-1.20较为适合。又根据美国混凝土专家P.K.Mehta和P.C.Aitin 的观点，高性能混凝土同时达到最佳的施工和易性和强度性能，其水泥浆与骨料的体积比应为35:65。这样势必会造成自密实混凝土的砂率比普通混凝土要大很多，容易引起混凝土的弹性模量下降，进而产

生较大的收缩。因此，如何达到砂率与弹性模量之间的平衡，成为本次自密实混凝土配合比设计的第二个难点。

另外，要使自密实混凝土具有良好的流动性，需要足够的胶凝材料用量，对于C50自密实混凝土更应如此；而从耐久性的角度考虑（C50及以上混凝土的胶凝材料总量不宜高于500kg/m3），应尽可能使用较低的胶凝材料用量。因此，如何达到流动性、耐久性之间的平衡，成为本次自密实混凝土配合比设计的第三个难点。

四、原材料的确定

针对本次自密实混凝土配合比设计中存在的诸多技术难点，对原材料的选用相应地提出以下技术要求：

1、外加剂

自密实混凝土的性能特点不同于普通混凝土，也不同于一般的高性能混凝土，必须具有以下性能：①具有可控制工作性能，应像粘稠液体一样柔软的混凝土；②减水率≥30%；③混凝土体积的稳定性应达到不离析、不泌水、有稳定的表观密度。

2、水泥：选用亚东P.O42.5水泥。

3、粉煤灰：选用信阳Ⅰ级灰，需水量比≤95%。

4、砂子：选用第2级配区的中砂。

5、石子：根据现阶段原材料供应质量和施工要求，采用5-10和10-20粒径的组合级配。

6、其它材料：当新拌混凝土性能不能满足目标值时，再考虑其它材料。

四、自密实混凝土配合比的确定

一）确定前的准备工作

1、原材料的检验工作

水泥：强度和表观密度试验；

粉煤灰：需水量比和表观密度试验；

细骨料：颗粒级配、表观密度以及小于0.075mm的细粉含量试验；

粗骨料：颗粒级配与组合粒径达到最大表观密度的比例试验；

外加剂：减水率、泌水率和固含量试验。

2、试验仪器的准备

从中心试验室现有设备仪器来看，还需要U型箱等。（建议：自行设计一全量检测仪，用于浇筑过程中实时检测自密实混凝土的自密实性能）

二）自密实混凝土配合比技术要点

1、保证足够的胶凝材料用量，以确保混凝土的大流动性和粘聚性；

2、掺加粉煤灰以改善混凝土和易性，增加流动性；

3、在配合比设计中掺加聚羧酸系高效减水剂，降低混凝土单方用水量，降低水胶比，提高混凝土强度，改善混凝土和易性，提高混凝土流动性。

三）自密实混凝土试配计划

1、配合比设计采用绝对体积法。设计步骤如下：

1）确定单位体积粗骨料绝对体积；

2）选择单位体积用水量和水粉比；

3）确定含气量；

4）计算单位体积细骨料量；

5）计算单位体积胶凝材料体积用量；

6）计算水灰比与理论水泥用量；

7）计算单位体积掺合料量和实际水泥用量；

8）计算水胶比和确定减水剂掺量；

2、正交试验方案

以粗骨料单位体积、水粉比、浆体单位体积为因素安排正交试验，试验见表1。

3、正交试验的分析与配合比的确定

通过对正交试验的极差分析、方差分析，找出最优配合比。当工作性能满足要求时，应验证硬化混凝土性能是否符合设计要求，尤其是混凝土的弹性模量、收缩等指标。

4、主要试验方法

1）坍落扩展度试验方法

参照《自密实混凝土应用技术规程》（CECS203：2006）。

2）U型箱试验方法

参照《自密实混凝土应用技术规程》（CECS203：2006）。