2.2原材料的生产厂家及规格

1）水泥：由英德海螺水泥有限责任公司生产的P·O42.5水泥，密度为3090kg/m3 。

2）粉煤灰：由广州恒运热电厂有限责任公司生产的C50及以上粉煤灰，密度为2400kg/m3 。

3）磨细矿渣粉：由日照京华新型建材有限公司生产的S95级磨细矿渣粉，密度为2900kg/m3 。

4）细骨料：由观音阁砂厂生产的河砂（中砂），表观密度为2690kg/m3 。

5）粗骨料：由凯周碎石场生产的5mm～10mm及10mm～20mm两种规格的碎石，按5mm～10mm：10mm～20mm=30%：70%掺配，组合成5mm～20mm连续级配碎石，表观密度为2700kg/m3 。

6）减水剂：由中铁十六局集团物贸有限公司（菏泽）分公司生产的16WM-3型聚羧酸系高性能减水剂（缓凝型），掺量1.0%，密度为1066kg/m3 。

7）水：地下水，密度为1000kg/m3 。

8）膨胀剂：四川恒泽建材有限公司生产的HZ-16型膨胀剂，密度为2700kg/m3 。

2.3配合比设计

根据现场的实际情况，外掺料选择S95级矿粉及I级粉煤灰，同时根据现场材料的各项指标及规范对掺量的要求，对矿粉及粉煤灰掺量均为8%，10%，12%分别进行设计计算及试拌。

2.3.1按照矿粉及粉煤灰均为8%的掺量

配合比设计应确定拌和物中粗骨料体积、砂浆中砂的体积分数、水胶比、胶凝材料用量、外掺料的比例等参数。

1）确定粗骨料体积分数Vg。依照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283—2012中表5.2.1填充性为SF1时混凝土中粗骨料体积的选取范围为0.32～0.35，根据经验及试拌结果，选取0.35。

2）确定每立方米粗骨料的质量mg。每立方米混凝土中粗骨料的质量可按下式计算：

mg=Vg ×ρg =0.35×2700=945kg（1）

式（1）中：Vg 为粗骨料体积分数，ρg 为碎石的表观密度，取2700kg/m3 。

3）确定砂浆体积分数Vm 。砂浆体积分数可按下式计算：

Vm =1-Vg =0.65（2）

式（2）中：Vm 为砂浆占整体混凝土的体积分数，Vg 为碎石占整体混凝土的体积分数。

4）确定砂浆中砂的体积分数φs 。规范中推荐的砂浆中砂的体积分数可取0.42～0.45，根据砂的粗细程度，选取φs 为0.43。

5）确定每立方米细骨料的质量ms 。每立方米混凝土中砂的体积分数Vs 和质量ms 可按下列公式进行计算：

Vs =Vm ×φs=0.65×0.43=0.28（3）

式（3）中：Vs 为每立方米混凝土中砂的体积分数。

ms =Vs ×φs =0.28×2690=753kg（4）

式（4）中：籽s为砂的表观密度，取2690kg/m3 。

6）确定浆体体积分数Vp 。浆体体积分数可按下式计算：

Vp=Vm-Vs=0.65-0.28=0.37（5）

式（5）中：Vp 为每立方米混凝土中浆体的体积分数。

7）确定每立方米混凝土中胶凝材料的表观密度ρb 。由于本次设计配合比采用水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂4种胶凝材料，所以根据各自的掺量及表观密度确定，可按式（6）计算：

ρb =1/［β/ρm +（1-β）/ρc ］=2703kg/m3 （6）

式（6）中：β为自密实混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，%；ρm 为矿物掺合料密度，kg/m3 ；ρc 为水泥密度，kg/m3 。

8）确定配制强度。自密实混凝土设计强度为C50，所以取配制强度取标准差为6.0MPa，则采用式（7）确定配制强度：

fcu，0 ≥fcu，k +1.645δ=50+1.645×6.0=54.9MPa（7）

式（7）中：fcu，0 为混凝土立方体配制强度标准值，MPa；fcu，k 为混凝土立方体抗压强度标准值（设计强度），MPa；滓为混凝土配制强度取标准差。

9）选定水胶比。水胶比通过式（8）进行计算：

mw /mb =0.42fce (1-β+β×γ）（/fcu，0 +1.2）=0.32（8）

式（8）中：mw 为每立方米混凝土中用水的质量，kg；mb 为每立方米自密实混凝土中胶凝材料用量，kg；fce 为水泥强度等级，MPa；β为自密实混凝土中矿物掺合料占胶凝材料的质量分数，%（此处为16%）；酌为矿物掺合料的胶凝系数，无量纲（此处取0.4）

根据现场的实际施工水平及拌和站的生产状况，0.32的水胶比可行，所以最终选定水胶比为0.32。

10）确定每立方米自密实混凝土中胶凝材料用量（mb ）。可根据自密实混凝土中的浆体体积分数（Vp ）、胶凝材料的表观密度（ρb ）、水胶比（mw /mb ）等参数确定，并可按式（9）计算：

mb =（Vp -Va ）/［1/ρb +（mw /mb ）/ρw ］=532kg（9）

11）确定每立方米混凝土中用水的质量mw 。应根据每立方米混凝土中胶凝材料的用量mb 及水胶比（mw /mb ）确定，并可按式（10）计算：

mw =mb ×（mw /mb ）=170kg（10）

12）每立方米混凝土中水泥的质量mc 和外掺料的质量mm 。应根据每立方米混凝土中胶凝材料的质量mb 和胶凝材料中外掺料的质量分数β确定，可按式（11）～（15）分别计算：

每立方米混凝土中矿物掺合料的质量mm ：

mm =mb ×β=532×0.26=139kg（11）

每立方米混凝土中粉煤灰的质量mf ：

mf =mb ×βf =532×0.08=43kg（12）

每立方米混凝土中矿粉的质量mk ：

mk =mb ×βk =532×0.08=43kg（13）

每立方米混凝土中膨胀剂的质量mp：

mp =mb ×βp =532×0.10=53kg（14）

每立方米混凝土中水泥的质量mc ：

mc =mb -mm =393kg（15）

13）外加剂mca 选用聚羧酸高性能减水剂，掺量通过试验选定为1.6%。外加剂用量可按式（16）计算：

mca =mb ×α=532×0.016=8.51kg（16）

式（16）中：mca 为每立方米混凝土中外加剂的质量，kg；α为减水剂掺量，%。减水剂含固量为29.84%，所以每立方米混凝土所需减水剂中含水为6kg，最终核减外加用水量为:

170kg-6kg=164kg。

所以，最终计算得到的C50自密实补偿收缩混凝土配合比见表1。

2.3.2按照矿粉及粉煤灰均10%的掺量

计算过程类比2.3.1中的计算，将矿粉及粉煤灰的掺量调整成10%，最终计算得到的C50自密实补偿收缩混凝土配合比见表2。

2.3.3按照矿粉12%的掺量

计算过程类比2.3.1中的计算，将矿粉及粉煤灰的掺量调整成12%，最终计算得到的C50自密实补偿收缩混凝土配合比见表3。

3试验结果与讨论

3.1拌和物性能比较

上下弦肋管安装完成后形成一个完全封闭的空间，钢管混凝土的浇筑无法振捣，要保证混凝土的成型，难度较大，对混凝土的性能要求比较高。普通的混凝土拌合物性能指标无法完全体现此自密实混凝土的性能。且拱肋的填充密实度对于整体结构的受力影响也比较大，所以需要混凝土具有补偿收缩功能。根据JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》、JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》等规范，对不同外掺料掺量下计算得出的理论配合比进行试拌，对填充性、间隙通过率、抗离析性等指标进行测试并分析比较，其数据见表4。

依照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012中表4.1.2及表4.1.3，根据现场的实际情况，选定拌和物的性能等级为坍落扩展度SF1，扩展时间T500VS1，坍落扩展度与J环扩展度差值PA2，离析率SR2，其具体要求见表5。

通过拌和物性能的测试，外掺料掺量均为8%时，混凝土的坍落扩展度为640mm，为3种掺量中的最大值，满足规范要求的550mm～655mm的规定范围，意味着在此外掺料掺量下混凝土的整体流动性最好。混凝土的扩展时间T500的值在外掺料掺量8%时也达到了3种掺量测试值的最大值，满足逸2%的规范规定范围，表示混凝土的黏度较好。间隙通过率指标坍落扩展度与J环扩展度差值也在外掺料掺量8%时为最小，为10mm，满足规范要求的0≤PA2≤25mm的范围值，表示混凝土抵抗钢筋阻碍的能力较强。同时外掺料掺量为8%时，抗离析性也满足规范要求。

所以通过上述不同外掺料掺量下的拌合物性能的比较，外掺料掺量为8%时，混凝土的拌合物性能指标最优。

3.2强度及耐久性性能比较

对不同外掺料掺量下的计算理论配合比进行试拌，对28d轴心抗压强度、弹性模量、电通量进行测试，其数据见表6。

通过28d强度及耐久性的比较，当外掺料掺量各8%时，28d强度为61.2MPa，达到了设计配制强度的102.2%。外掺料掺量10%时，由于用水量减少，水胶比较小，所以强度有明显增长，28d强度64.1MPa，达到了设计配制强度的107.0%。外掺料掺量12%时，28d强度为59.4MPa，只达到配制强度的99.2%。3种掺量下的耐久性均能满足要求。当外掺料掺量为8%时，胶凝材料用量最低，所以经济效益最好。

综上所述，当外掺料矿粉、粉煤灰掺量为8%时，所计算出的C50自密实补偿收缩混凝土配合比为最优配合比。

4结语

自密实补偿收缩混凝土的配置难度大，原材料的各项技术指标要求较高，施工特殊。所以配合比要根据材料的不同，掺量的变化等对其进行细致的设计，以达到经济、适用的目的。最终按照本文确定的配合比进行施工的跨国道G205特大桥96m系杆拱桥自密实补偿收缩混凝土具有良好的自密实性能和力学性能，核心混凝土与钢管紧密粘结，无脱空现象。为后续自密实补偿收缩混凝土配合比的设计积累了经验。返回搜狐，查看更多