C30水下灌注桩混凝土配合比优化设计

0引言

水下灌注桩的施工工艺决定了其对混凝土技术要求较高。良好的灌注性能是水下灌注桩混凝土必须具备的。水下灌注桩混凝土的灌注性能，是指混凝土由搅拌车卸到料斗，经导管完成水下桩基浇筑的难易程度。灌注性能良好的水下灌注桩混凝土，不仅具有大的流动性，同时混凝土的粘聚性合适。这就要求混凝土流动性经时损失小，运送到施工现场时还有较大坍落度(≥18cm)和扩展度(≥50cm)，以便利用自身重量沉实。其次是粘聚性合适即有抵抗泌水、离析的稳定性，当混凝土过粘时，混凝土料沉上翻难，灌桩速度慢需要多次拆管；反之混凝土有离析倾向，容易造成堵管断桩。

本文考虑工程实际情况，对原材料进行分析，充分考虑水下灌注桩混凝土设计特点，对C30水下灌注桩混凝土配合比进行优化设计。

1原材料与实验方法

1.1原材料

(1)胶结材：福建炼石水泥厂生产的P·O.42.5水泥；华能电厂生产的II级粉煤灰。

(2)骨料：细骨料闽江河砂；粗骨料为石灰石碎石，由小、中、大按一定比例配置而成。

(3)外加剂：保坍型聚羧酸高性能减水剂，掺量0.8%～1.2%，减水率≥25%。

(4)拌合水：自来水。

1.2实验方法

(1)原材料分析实验方法。水泥分析实验依据GB1346-2011《水泥标准稠度用水量凝结时间安定性》和GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。粉煤灰分析实验依据GB/T-1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》。骨料分析实验依据GB14684-2011《建筑用砂》，GB14685-2011《建筑用卵石、碎石》。

(2)配合比设计。C30水下灌注桩混凝土配合比优化设计依据JGJ55-2011《普通混凝土设计规程》。

2混凝土配合比优化设计

2.1原材料分析

(1)胶结材：水泥、粉煤灰部分性能分别见表1和表2。

(2)骨料：粗骨料为公称粒径4.75～9.5mm(小)，9.5～16mm(中)以及19～26.5mm(大)三个级配按一定比例配制而成。

三个粒径的石子的筛分实验结果见表3。按小∶中∶大=1∶7∶2、2∶4∶4的比例配制的粗骨料级配曲线分别见图1中的曲线1和2。从图中可以看出，曲线1圆滑，该比例配制的连续级配较合理；曲线2几乎为一斜线，大石子偏多约占40%，该比例配制的级配较不合理。因此粗骨料按小∶中∶大=1∶7∶2的比例配置。

砂的筛分曲线见图2，细度模数2.3，属III区中砂，含泥量1.2%。

2.2C30配合比优化设计

(1)试配强度。水下混凝土一般配合比同陆上混凝土相同，但由于受水的影响，一般会比同条件下的陆上混凝土低一个强度等级，所以应提高一个强度等级。C30水下混凝土提高一个等级按C35设计。

fcu,o=fcu,k+1.645σ=35+1.645×5.0=43.2MPa

说明：P.O42.5水泥28d胶砂强度47.5MPa，混凝土强度标准差σ根据JGJ55-2011取5.0。

(2)混凝土的水胶比。

说明：①JGJ55-2011表5.0.4碎石回归系数α_a=0.53、α_b=0.20；②水泥28d抗压强度实测值f_ce=47.5MPa；③矿粉、粉煤灰掺量分别为0%和20%，因此按表5.1.3γf、γs取0.85、1.0。

(3)确定用水量m_w0、胶结材用量m_b0、粉煤灰用量m_f0、水泥用量m_c和外加剂用量m_a0。

根据JGJ55-2011表5.2.1-2塑性混凝土的用水量，碎石最大粒径为26.5mm坍落度75～90mm的混凝土用水量m′_wo为210kg/m³，坍落度为200mm的混凝土用水量m′_wo=210+5×(210-90)/20=240kg/m³。

用水量：m_w0=m′_wo×(1-β)=240×(1-25%)=180kg/m³

胶结材用量：m_b0=m′_woW/B=180/0.44=409kg/m³

粉煤灰用量：m_f0=m_b0×β_f=409×20%=82kg/m³

水泥用量：mc=m_b0-m_f0=409-82=327kg/m³

外加剂用量：m_a=m_b×β=409×1.2%=4.9kg/m³

(4)确定砂率，根据容重法计算出粗细骨料用量。

考虑工程实际中所用的砂的Mx=2.3为III区中砂，该砂细颗粒较多，虽然有利混凝土保水和粘聚性，砂率适当靠下限βs取42%，混凝土强度等级为C30因此m_cp取2400kg/m³。

综上，C30水下混凝土的基准配合比见表4的B组，并在此配合比的基础上水胶比增减0.03，计算出的配合比见表4的A、C组。

2.3C30水下混凝土试配与确定

每组配合比进行试配，测试新拌混凝土工作性能、保坍性能，并成型混凝土标准抗压试件，试验结果见表5。

从表5混凝土试配实验结果和图3初始和1.5h新拌混凝土工作性看：

①各组配合比的初始流动性较大(坍落度≥18cm、扩展度≥50cm)，混凝土流动性经时损失较小，1.5h后流动性均能满足水下灌注桩混凝土流动性要求。但A组配合比和易性较差，笔者认为外加剂掺量稍微有点过，因此初始混凝土有离析倾向，1.5h混凝土和易性反而变好；C组配合比的混凝土稍粘，B组配合比的混凝土粘聚性适中。

②混凝土28d强度C＞B＞A，C组高于试配强度(43.2MPa)，B组基本达到试配强度，A组未达到试配强度。

③各组混凝土容重符合设计要求，在允许误差范围内均不需要调整。

综上所述，符合设计要求的C30水下灌注桩混凝土配合比为B、C两组。在满足强度、灌注施工要求的前提下应选择成本较低的B组配合比。

3结语

按本文配合比优化设计的配合比B，混凝土拌合站已经顺利完成水下管桩桩混凝土浇筑。可见，只要充分认识水下灌注桩混凝土设计要求，对原材料、运距等因素充分全面考虑，并进行配合比优化设计，设计出合理的水下灌注桩混凝土配合比，是可以按时保质保量完成灌注桩混凝土浇筑工程。

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