综合管廊防水砼配合比优化设计

综合管廊防水砼配合比优化设计

王猛、张震

中交路桥华北工程有限公司，北京 100000

1、工程概况

自贡市富荣产城融合带基础设施建设项目（C、D段）工程综合管廊第二施工段全长5133.326m，分为单舱预制拼装综合管廊2673.471m和双舱现浇综合管廊2459.855m，设计使用年限为100年，该工程结构防水设计时，严格按照《地下工程防水设计规范》（GB50108-2008）标准设计，防水设防等级为二级。综合管廊主体防渗的原则为“以防为主，防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”。即通过采用防水混凝土，合理的混凝土级配、优质的外加剂、合理的结构分缝、科学的细部设计来解决综合管廊钢筋混凝土主体的防渗。该主体混凝土强度设计等级为C40，抗渗等级为P8，坍落度为14±20cm，混凝土需同时满足工作性优良、体系密实、无宏观缺陷，质量稳定的要求。

2. 原材料的选择

为了满足该工程所需混凝土的设计要求，根据工程设计和设计规范的要求，对混凝土所用的原材料进行试验后作出如下选择。

水泥：威远西南水泥P.O42.5R；

砂：宜宾珙县双马厂石灰岩机制砂，细度模数为2.8中砂；

粗集料：宜宾珙县双三厂石灰岩碎石（5～31.5mm）；

粉煤灰：宜宾福溪粉煤灰 F类Ⅱ级；

外加剂：自贡市星星化学建材有限公司聚羧酸高效减水剂GX-20

表1西南水泥P.O42.5R普通硅酸盐水泥具体性能

表2宜宾珙县双马厂石灰岩机制砂具体性能

表3宜宾福溪粉煤灰 F类Ⅱ级具体性能

表4自贡市星星化学建材有限公司聚羧酸高效减水剂 GX-20具体性能

3、配合比设计

（1）确定混凝土配制强度（ ）：

（2）确定混凝土水胶比（W/B）：

W/B= =（0.53×49.0×0.85）/（48.225+0.53×0.20×49.0×0.85）=0.42

（3）确定混凝土用水量（mwa）：

碎石粒径5-31.5mm，坍落度设计14±20cm，用水量mw0=255kg/m3。

混凝土外加剂高效减水剂的减水率β=27%，

mwa=255×（1－0.27）=186.15 kg/m3，取186kg/m3。

（4）计算胶凝材料用量（mc0）：

mc0= =186/0.42=443（kg/m3）

根据以往经验粉煤灰取代水泥掺量为20%接着直接取代计算；

m粉煤灰1=443×20%=89（kg/m3）

m水泥1=443-89=354（kg/m3）

抗渗等级为P8,膨胀剂采用中铝聚能MPC聚合物纤维低碱膨胀剂掺量为5%，由于膨胀剂有较高的活性，用粉煤灰取代膨胀剂。

m膨胀剂=443×5%=22（kg/m3）

m粉煤灰=89-22=67（kg/m3）

（5）为了满足混凝土现场施工良好的和易性、黏聚性，天然砂中的含石量另计算，混凝土砂率取41%，混凝土容重设定为2410kg/m3

计算砂石用量：

443+ms0+mg0+186=2410

ms0/(ms0+mg0)=41%

计算得到

ms0=730(kg/m3)

mg0=1051 (kg/m3)

（6）计算高效减水剂用量，掺量为1.8%

减水剂用量为443×1.8%=8(kg/m3)

（7）确定初步计算配合比

水泥：砂：碎石：粉煤灰：膨胀剂：水：外加剂=354：730：1051：67：22：186：8

（8）混凝土配合比设计的确定

1）混凝土粗骨料采用连续粒级5-31.5mm，含泥量小于1.0%，泥块含量小于0.5%。

2）细骨料采用中砂，含泥量小于3.0%，泥块含量小于1.0%。

3）外加剂掺入高效减水剂。

4）总胶凝材料443kg大于320kg。

5）砂率为41%，水胶比为0.42。

（9）依据试配实验，测得到容重为2402kg/m3

计算配合比校正系数δ=2410-2402=8绝对值小于2410×2%=48.2

不需要调整。

水泥：砂：碎石：粉煤灰：膨胀剂：水：外加剂=354：730：1051：67：22：186：8

10. 根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)要求混凝土配合比强度试验至少采用3个不同的配合比，另外2个配合比的水灰比宜较基准配合比增加或减少0.05。经试拌和试压后确定基准配比。

表5基准配比

图1强度与水灰比的关系曲线（不掺膨胀剂）　　　　　　　图2强度与水灰比的关系曲线（掺膨胀剂）

设计采用掺膨胀剂和不掺膨胀剂，试验结果显示掺中铝聚能MPC聚合物纤维低碱膨胀剂的抗渗等级明显要高一个级别，添加膨胀剂的混凝土又称为补偿收缩防水混凝土，在工程上称为补偿收缩防水混凝土，作用机理是依靠水泥本身（或掺入微量膨胀剂）大量膨胀性柱状或针状的结晶水化物——水化硫铝酸钙（又称之为钙矾石），这种结晶水化物往往向阻力较小的空隙中生长、发育，他的固相体积可增大1.22~1.75倍。

在混凝土的硬化后期，水化硅酸钙、氢氧化钙和钙矾石交织在一起，不断填充、堵塞、切断连通的毛细孔道，改善了混凝土的空隙结构，使大空减少，孔隙率降低，形成了非常致密的水泥石，从而使混凝土的抗渗性提高。