摘要:對廣深沿江高速公路（深圳段）第二合同段工程承臺、系梁、墩身的混凝土配合比進行了設計，并通過試驗測試驗證了該配合比的混凝土相應齡期內的抗壓強度及氯離子擴散系數，以及進行了混凝土氯離子含量和堿含量的計算。
關鍵詞：廣深沿江高速公路，混凝土配合比，配合比設計，配合比試驗
1工程概況
廣深沿江高速公路起于廣州，終于深圳，南向連接香港，是全國高速公路網的重要組成部分，也是繼廣深高速公路之后，珠江三角洲地區又一條南北向重要的交通要道。本文主要就廣深沿江高速公路（深圳段）第二合同段工程（起止里程為K66+103～K74+524，全長8.421km）[1]的承臺、系梁、墩身混凝土配合比設計與試驗進行探討。該工程混凝土采用強制式機械拌合,環境作用等級為D、F級[2]。
2混凝土技術條件及參數[1]
設計強度等級：C40設計坍落度：160～200mm
水膠比：033～0.38膠凝材料：400～440kg/m3
承臺84d抗氯離子滲透系數：≤2.5×10-12m2/s
墩身84d抗氯離子滲透系數：≤1.5×10-12m2/s
3混凝土原材料選用情況
結合深圳市周邊地區粗細集料的實際情況，盡量發揮地區原材料的優勢，利用P.Ⅱ42.5水泥和活性礦物摻合料及高效減水劑的超疊加效應，通過合理的計算和調整，并經試驗驗證，最終確定該混凝土各種成份的最佳配合比，按該混凝土的特性進行試配。
3.1水泥:選用華潤（平南）水泥有限責任公司生產的P.Ⅱ42.5水泥，其中氯離子含量為0.02%，堿含量為0.58%。
3.2細骨料:采用西江（肇慶段）河砂，其含泥量為0.6%，氯離子含量為0.002%。
3.3粗骨料:采用四會逕口塘口石5-25mm碎石(雙級配)，壓碎指標值為6%，氯離子含量為0.003%。
3.4拌和水:采用自來水，氯離子含量為110mg/L，堿含量為137mg/L。
3.5摻合料:混凝土摻合料的添加可以顯著改善其和易性和密實性，同時對提高混凝土的后期強度也有極大的幫助。現采用深圳媽灣電廠Ⅰ級粉煤灰，其氯離子含量為0.01%，堿含量為1.78%；韶鋼鋼鐵廠S95礦渣粉，其氯離子含量為0.01%，堿含量為0.91%。
3.6外加劑:對提高和保證混凝土強度及實現混凝土的特殊性能，混凝土所選用的外加劑品質質量極為關鍵。本工程采用南京瑞迪高新技術公司HLC-Ⅸ聚羧酸鹽高效減水劑，其氯離子含量為0.01%，堿含量為2.23%；另選用中國建筑科學研究院建筑材料研究所建研建材有限公司研制的MS-601阻銹劑，其氯離子含量為0.02%，堿含量為1.55%。
4混凝土配合比的設計
4.1設計依據
依據《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55一2000)的要求[3]，本工程所選用的C40混凝土配合比計算過程主要應包括以下內容：(1)配制強度的確定,(2)水灰比的計算,(3)砂率及單位用水量的選取等過程。
以上計算過程是以鮑羅米公式為依據的，具體規律為混凝土的強度是與灰水比成線性關系的，混凝土的強度會隨灰水比的增大而升高。
4.2膠凝材料及水膠比確定
為使得混凝土的強度和耐久性要求以及和易性得到保證，參照工程相關資料及試驗室以往的相關試驗數據，并根據工程所選用混凝土各成分原料的實際情況，先確定膠凝材料的總量為430kg/m3，其中水泥為215kg/m3，粉煤灰為129kg/m3，礦渣粉為86kg/m3，并確定以0.33作為基準水膠比。
4.3用水量及外加劑摻量確定
在混凝土配合比設計計算中，外加劑的摻量是一個很復雜的過程。根據多年的工程實踐經驗，外加劑的添加量可按以下計算方法選取。減水類的外加劑，可以各種粉體材料的總重量作參考來計算；而對水泥的凝結時間、強度、耐久性能等有影響的外加劑，其添加量又可僅以水泥用量作參考來計算。因此混凝土配合比外加劑組分的設計過程中，某些緩凝型的減水劑，其摻加量是可以水泥用量來計算，但若用于摻加有粉煤灰和礦渣粉成分的混凝土，要使得混凝土達到一定的減水效果，其外加劑的添加量就應該依據膠凝材料的總用量來計算。
根據本工程石料的粒徑及級配情況，高效減水劑的減水率及采用強制式機械拌合引起的坍落度損失等因素來綜合考慮確定用水量及外加劑摻量。用水量控制在140-145kg/m3，液體外加劑摻量為3.01kg/m3，MS-601阻銹劑為4.3kg/m3。
4.4砂率及砂石用量確定
根據混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性等方面的要求，選取該混凝土砂率范圍為0.39-0.41，經試驗對比最終確定以0.40作為生產用砂率。假定該混凝土容重為2400kg/m3，則砂、石總量為2400-430-7.31-142=1820.69kg，砂用量為1820.69×0.4=728.3kg/m3，碎石用量為1820.69×0.6=1092.4kg/m3.
經過計算得混凝土的理論配合比如下表1所示。
C40混凝土理論配合比表1

由表1可知，該配合比混凝土各成分含量均符合其技術條件及參數要求。當混凝土拌合物的實測密度與計算密度值之間的差值不超過2%時可不用調整；大于2%時依據《普通混凝土配合比設計規程》JGJ/55-2000的相關規定進行調整，直到滿足要求為止。配合比經過確定后，對其進行6到8次重復試驗進行驗證，試驗測得的混凝土強度平均值應不低于配制強度值，以確保其強度的可靠性。
5混凝土配合比試驗
試驗室混凝土的攪拌方法分為人工攪拌和機械攪拌。而且使用攪拌機種類的不同也對混凝土的某些性能有較大影響。試驗室通常使用立軸、單臥軸和滾筒式攪拌機三種。使用立軸攪拌機攪拌混凝土時，旁邊會留有很多余料，不適合進行添加外加劑混凝土的攪拌，相比較而言滾筒式攪拌機更適合攪拌添加外加劑的混凝土，單臥軸攪拌機適合攪拌摻有粉煤灰，礦渣粉等摻和料的混凝土。以上通過強制式攪拌配出的混凝土，其坍落度損失都較大[4]。通過強制式攪拌配出的混凝土坍落度損失雖然大，但混凝土在工程施工當中應用的很好，本工程混凝土既是采用強制式機械拌合。
本次混凝土配合比試驗，共制作成型150mm×150mm×150mm的立方體試件6組，經合理養護后分別用于測試7d和28d混凝土抗壓強度，以及84d氯離子擴散系數。主要測試獲得的性能指標如下表2所示。

由表2可知，該配合比混凝土坍落度為200mm，滿足其160-200mm范圍的要求，其84d氯離子擴散系數試驗測得的數值為：1.34×10-12m2/s，滿足工程設計中承臺84d抗氯離子滲透系數≤2.5×10-12m2/s，墩身84d抗氯離子滲透系數≤1.5×10-12m2/s的要求。
6混凝土堿含量計算
承臺、系梁、墩身混凝土堿含量計算詳細見下表3所示。
混凝土單方總堿含量計算表表3

結論    總堿含量滿足不大于3.0kg/m3的標準要求[5]
注：粉煤灰的堿含量取其總堿量的15%，礦渣粉的堿含量取其總堿量的50%。
7混凝土氯離子含量計算
承臺、系梁、墩身混凝土氯離子含量計算詳細見下表4所示。

結論    氯離子總含量滿足不超過膠凝材料總量的0.1%的標準要求[5]
8結論
通過對該工程混凝土原材料的檢驗和混凝土配合比的各項性能指標的計算和試驗驗證，表明該混凝土配合比拌合物性能和力學性指標均滿足設計的要求，其中84d氯離子擴散系數也已滿足承臺、系梁設計要求,故選用該配合比用于廣深沿江高速公路（深圳段）項目第2合同段承臺、系梁工程施工。
通過對該C40混凝土進行的多次配合比試驗可知，活性礦物摻合料種類及用量的不同對混凝土強度，坍落度以及其攪拌方法的選擇都有影響,表明配制混凝土應采用合理的礦物成分、安定性穩定、各項技術指標合格的礦物摻合料,并非所有摻合料都適合制作混凝土。
參考文獻
[1]《廣深沿江高速公路（深圳段）施工設計圖》
[2]《廣深沿江高速公路（深圳段）土建工程專用施工技術規程》
[3]《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2000
[4]《公路工程水泥及混凝土試驗規程》JTGE30-2005
[5]《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》JTG/TB07-01-2006