樁基自密實混凝土配制技術研究1.1配制要求烏江大橋主塔樁基深73米，混凝土強度等級為C30，采用干澆自密實混凝土施工，因此配合比設計除應具有較高的強度等級、耐久性和經濟性外，還應具備較高的工作性能。對樁基自密實混凝土提出了如下的配制要求：⑴工作性：樁基自密實泵送混凝土應具有較高的流動性，在不使用振動器和人工插搗情況下通過混凝土自重完成自流平，因而樁基自密實混凝土應具有較大的流動性，具有便于施工的和易性。同時，為使得樁基混凝土質量穩定，在一定距離下落后不產生離析或少離析，應具有較好的粘聚性。具體控制指標見表3.1.5。⑵力學性能：混凝土強度等級為C30，考慮施工過程可能會有一定的強度損失，試配時應留有一定的強度富余。⑶凝結時間：混凝土的初凝時間應根據澆筑強度，至少大于每次混凝土連續的澆筑時間，樁基自密實混凝土初凝時間一般宜控制為10h以上。⑷耐久性。樁基混凝土承受荷載和土中腐蝕介質作用。因此除強度滿足要求外，還必須考慮混凝土耐久性能，如抗氯離子滲透性（采用電通量指標控制）。1.2配合比設計1.2.1配合比設計原則樁基自密實機制砂混凝土最顯著的特點是使用機制砂作為細骨料配制具有較高工作性的混凝土。良好的泵送性能主要通過采用穩定優質的骨料、膠凝材料以及與水泥、細骨料（機制砂）適應性好、堿含量低、保坍效果好的高性能聚羧酸外加劑來實現。為提高混凝土的工作性能，配制過程中常用的措施是適當增大粉體用量、摻入摻合料、改善骨料級配及降低空隙率，采用高性能減水劑改善工作性能。對于機制砂自密實混凝土，由于機制砂中含有一定的石粉，MB值較低、細度適中的石粉可增大混凝土中粉體用量，提高混凝土的工作性能。1.2.2技術路線樁基自密實機制砂混凝土的配制宜通過合理選用原材料，采用適中水膠比、適量礦物摻合料（粉煤灰、礦粉）和高性能外加劑為基本手段，以工作性能作為重要的衡量指標。樁基自密實機制砂混凝土配合比設計主要采用以下技術方案：⑴適當增大粉體用量提高混凝土的工作性能，可通過增大膠凝材料和機制砂的優質石粉的量實現。⑵選擇適合的膠材比例，發揮級配效應，提高混凝土的致密性。⑶優化混凝土中集料的級配設計，獲取最大堆積密度和最小空隙率，以便減少水泥漿的用量，同時避免混凝土泌水、離析。⑷控制混凝土水膠比在一定范圍內，保證混凝土強度。⑸充分發揮礦物摻合料與高性能減水劑的疊加效應，從而達到減少膠凝材料用量和密實混凝土內部結構，使混凝土強度持續發展，耐久性得以改善。1.3配合比參數選擇配合比設計時的4個關鍵參數：水膠比、漿骨比、砂率和礦物摻合料用量均對混凝土性能產生重要影響。在進行樁基自密實機制砂混凝土配制時按如下步驟選擇。1.3.1水膠比強度對水膠比較為敏感，水膠比過大時強度得不到保證，同時會加大混凝土的孔隙率，特別是毛細孔比例，使得抗滲性得不到保證。過小水膠比會影響混凝土的工作性能，增大混凝土的自收縮。因此，水膠比選擇時宜選擇適中的水膠比。在水膠比選擇時，根據混凝土結構的耐久性和配制強度要求選擇，選擇兩者的低者作為最大水膠比作為初步選水膠比，再依次減小0.05～0.1百分點取3～5個水膠比試配，得出水膠比和強度的關系，找出上述配制強度所需要的水膠比，進行再次試配。樁基自密實混凝土處于土中環境，依據《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T50746-2008）最大水膠比為0.40，配制強度要求最大水膠比為0.45。結合施工經驗，樁基自密實混凝土水膠比宜選擇在0.35~0.40。1.3.2漿骨(體積)比在水膠比一定的情況下的用水量或膠凝材料總量，或骨料總體積用量即反映漿骨比。對于自密實混凝土，參照《自密實混凝土應用技術規程》（JGJT283-2012）中對膠凝材料的限定范圍，由試配拌和物工作性確定，取盡量小的漿骨比值。水膠比一定時，漿骨比小的，強度會稍低、彈性模量會稍高、體積穩定性好、開裂風險低，反之則相反。考慮到混凝土的工作性能，在本研究中漿體百分率取0.3~0.35，漿骨料體積比為0.43~0.54。在和易性良好的條件下選擇盡量小的漿骨料體積比，C30樁基自密實泵送混凝土膠材選用480~500kg/m3。1.3.3砂率砂率的選擇根據石子松堆空隙率與砂的松堆空隙率選擇。石子松堆空隙率越小，砂率越小。在水膠比和漿骨比一定的條件下，砂率的變動主要可影響施工性和變形性質，砂率過小，混凝土漿體量減小，混凝土和易性不好；砂率同時對硬化后的強度也會有所影響，在一定范圍內，砂率小的，強度稍低，彈性模量稍大，開裂敏感性較低，拌和物粘聚性稍差，反之則相反。對級配良好的石子，以石子松堆空隙率與砂的松堆空隙率乘積為0.16～0.20為宜。對于機制砂混凝土，為獲得優良的工作性能，想比于普通泵送混凝土通常要提高砂率。依據工程經驗，現場試配時樁基自密實機制砂混凝土砂率宜選取為45%~50%。1.3.4礦物摻合料摻量礦物摻合料的摻量根據工程性質、環境和施工條件參照GB/T50746-2008附錄B和條文說明附錄B選擇。一般情況下，摻合料中礦渣粉與粉煤灰的比例可根據混凝土的強度及施工性能調節。樁基混凝土中粉煤灰摻量不宜大于40%。在選擇摻合料種類時需根據設計要求選取。1.4配合比設計方案根據樁基自密實機制砂混凝土配制要求和設計思路，結合配合比設計參數的選擇原則，參考類似工程施工經驗，采用單摻粉煤灰的膠材配制方式設計混凝土配合比。試拌時，使用試驗優選的原材料（見第二章），機制砂細度模數為3.2，石粉含量12%。1.4.1工作性試拌為設計出工作性能滿足要求的樁基自密實機制砂混凝土配合比，進行了混凝土工作性試拌。試拌開始時選擇水膠比為0.36、水粉比0.31、膠凝材料用量470kg/m3。試拌過程中對外加劑摻量、砂率和膠凝材料用量進行調整，檢測混凝土工作性。試驗過程見表1.4.1和表1.4.2。表1.4.1樁基機制砂自密實混凝土工作性試驗拌配合比編號水粉比膠凝材料用量砂率原材料用量kg/m3水泥粉煤灰砂碎石水外加劑S-10.32470493001708528871801.3S-20.32470493001708528871801.7S-30.32470473001708209201801.7S-40.31485493001858478801801.3表1.4.2樁基機制砂自密實混凝土工作性能編號坍落度（mm）擴展度（mm）T500（s）V型漏斗（s）J型環擴展度（mm）△h（mm）S-1250600585306S-2250610585308S-32305806105107S-4250610585305使用機制砂配制C30樁基自密實混凝土，當砂率為49%，外加劑摻量為1.1%時，機制砂混凝土坍落度、擴展度、T500、V型漏斗和J型環等技術指標滿足要求；當增大外加劑摻量到1.2%，混凝土出現輕微的泌漿，J型環△h值稍微增大，可見，機制砂混凝土對外加劑較為敏感；當降低砂漿到47%時，混凝土工作性能略有影響，擴展度降低、J型環△h值稍微增大，降低砂率對工作性能不利；當增大膠凝材料到485kg/m3，機制砂混凝土工作性能得到改善。根據以上試拌情況，為改善樁基自密實混凝土的工作性，采取兩方面的措施來增加漿體量，⑴適當提高砂率來增加漿體量；⑵通過適當增加膠凝材料用量來增加漿體量。當砂率和膠凝材料用量同時調整時，混凝土的包裹性以及其他工作性能均有明顯改善，能滿足施工要求。1.4.2工作性和力學性能試驗依據上一節試驗結果，選擇砂率為49%，外加劑摻量1.1%，調整膠凝材料用量、粉煤灰摻量和水粉比，初步設計以下配合比進行試配試驗，初步配合比見表1.4.3，試驗結果見表1.4.4。表1.4.3初步設計配合比編號水粉比膠凝材料用量砂率原材料用量kg/m3水泥粉煤灰砂碎石水外加劑Z-10.32470493001708528871801.7Z-20.31485493001858508851801.8Z-30.30500493002008438771806.0Z-40.31485492911948508851801.8Z-50.31485493401458508851801.8Z-60.29485492911948558901706.2Z-70.32485492911948458801901.3表1.4.4樁基機制砂自密實混凝土工作性能編號坍落度（mm）擴展度（mm）T500（s）V型漏斗（s）J型環擴展度（mm）△h（mm）Z-1250610585308Z-2250610585305Z-3250620585405Z-4250620585305Z-52406006105206Z-623060081251010Z-7240610585205表1.4.4可見，樁基自密實混凝土隨著膠凝材料用量的增大，混凝土工作性得到改善，膠凝材料用量為485kg/m3工作性能已表現良好，完全能滿足設計要求；隨著粉煤灰摻量的增大，粉煤灰對工作性能的改善充分體現，粉煤灰可到規范上限40%；隨著單方用水量的降低，可通過增加外加劑的摻量來改善工作性能，但混凝土粘度增大，擴展度有一定的降低。表1.4.5樁基機制砂自密實混凝土力學性能編號Z-1Z-2Z-3Z-4Z-5Z-6Z-77d抗壓強度/MPa24.126.129.321.630.331.119.228d抗壓強度/MPa42.641.349.046.348.650.836.5從表1.4.5所示的力學性能可知，隨著膠凝材料的增大、水粉比的降低樁基混凝土的抗壓強度提高；隨著粉煤灰摻量的增大，早期強度有一定的降低，后期強度略有影響；隨著用水量的增大，混凝土強度降低，當單方用水量達到190kg/m3時，28抗壓強度不滿足試配強度要求。1.4.3耐久性能采用電通量法法評價樁基混凝土抗滲性能。電通量試驗結果見表1.4.6。表1.4.6樁基混凝土滲透性能編號Z-1Z-2Z-3Z-4Z-5Z-6Z-7電通量/C28d9868608209801200750160056d6895605506508004501050由表1.4.6可知，隨著膠凝材料用量的增大、水粉比的降低，樁基混凝土抗滲性提高；摻入粉煤灰后，其二次水化作用改善了樁基混凝土的內部孔結構，從而使得其抗氯離子滲透性能提高；隨著用水量的增大，水粉比的提高，樁基混凝土抗滲性顯著降低。綜合工作性能、力學性能及耐久性，樁基自密實機制砂混凝土膠材用量為485～500kg/m3，水膠比為0.36（水粉比0.31），砂率49%~51%。1.5小結⑴樁基自密實機制砂混凝土的配制以耐久性為核心，同時確保混凝土工作性能，力學性能和變