0引言
自密實混凝土具有較多優點：淤不需要振搗，省工、省時，能有效克服施工現場的各種條件，降低工人勞動強度的同時提高生產效率；於改善混凝土質量，由於自密實混凝土能克服混凝土內部的應力，有效填充構築物，因此不會出現表面氣泡或蜂窩麻面等病害；盂增加了設計的自由度，設計時不需要考慮施工振搗等因素，可以成型形狀複雜、薄壁、密集配筋的結構。
自密實混凝土也存在部分缺點，例如，乾燥收縮較普通混凝土大，耐久性差等。因此，在自密實混凝土中添加粉煤灰、礦粉等礦物活性材料，同時摻加膨脹劑，能有效解決耐久性及干縮的問題，至此，自密實補償收縮混凝土應運而生。
配製混凝土，首先要進行配合比設計，具體按照《自密實混凝土應用技術規程》JGJ/T283-2012中的要求進行計算和設計，計算的過程採用絕對體積法。區別於《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011的配合比計算步驟，JGJ/T283-2012中配合比設計步驟第一步優先限定了碎石的用量。
試驗表明，限定了碎石用量後，外摻料的摻量的改變對混凝土最終的膠凝材料用量、拌和物的和易性及配合比設計的合理性有很大的影響，所以，本文通過改變外摻料的摻量進行不同的配合比設計，最終通過工作性能、經濟性、耐久性及強度等指標的比較，選擇最優配合比。
1工程概況
新建贛深鐵路跨國道G205特大橋結構型式為96m系杆拱橋，基礎為鑽孔灌注樁基礎，單層承台，特殊矩形橋墩。拱橋系梁按整體箱形梁布置，採用單箱三室預應力混凝土箱型截面，梁體全長100m，結構設計為剛性系梁剛性拱。拱肋採用懸鏈線線型，上下弦管採用自密實補償收縮混凝土。
為保證混凝土強度及耐久性滿足設計要求、工作性能滿足施工工藝要求、性價比高，特進行自密實混凝土的配合比設計，以此生產混凝土，用於系杆拱拱肋弦管鋼管填充。
2試驗過程
2.1配合比設計原理
系杆拱拱肋弦管自密實補償收縮混凝土的施工工藝為兩側均勻大方量泵送，中間不允許出現泵送長時間中斷，需要混凝土具有良好的泵送性能。要求混凝土坍落度大，有良好的和易性。同時由於鋼管內鋼筋較密集，其內部無法振搗，需要混凝土要擁有「自密實」的能力，具備良好的填充性、間隙通過率高、抗離析性好。
設計要求混凝土的強度等級為C50，為了保證強度，要求水膠比足夠小，為了同時滿足低水膠比及大坍落度的要求，必須使用高性能減水劑來減少用水量，提高混凝土的整體性能及強度。
用混凝土對弦管進行填充，混凝土與弦管共同承載整體結構的受力，因此混凝土填充的密實性非常重要。普通混凝土硬化成型的過程中產生水化反應，其中多餘的自由水會蒸發，這會引起混凝土的收縮及開裂，對混凝土填充的密實性產生不良的影響。為了解決這一問題，混凝土中要摻入一定量的膨脹劑，對混凝土的收縮進行補償。
隨著混凝土技術的發展，多種外摻料被應用於施工中，其中粉煤灰及礦粉是最常見且使用最廣泛的外摻料材料。粉煤灰的顆粒圓潤，且顆粒較大，能較好的填充水泥水化熱產物的間隙，同時作為載體吸附水泥水化熱產物，混凝土中加入一定摻量的粉煤灰來替代水泥，能有效降低混凝土的前期水化熱、增加混凝土的密實性及後期強度、提高混凝土的泵送性能等諸多優點；礦粉是高爐礦渣經研磨後具有較高活性指數的粉體，經試驗表明，礦粉能夠提高混凝土的粘聚性、減少坍落度損失、提升混凝土的耐久性。粉煤灰與礦粉雙摻，能使兩種外摻料的性能互補和增加，既減少了水泥用量，降低了混凝土的成本，又改善了混凝土的耐久性，增加了混凝土的和易性。所以配合比設計過程中，採用粉煤灰和礦粉作為外摻量進行雙摻設計。
2.2原材料的生產廠家及規格
1）水泥：由英德海螺水泥有限責任公司生產的P·O42.5水泥，密度為3090kg/m3。
2）粉煤灰：由廣州恆運熱電廠有限責任公司生產的C50及以上粉煤灰，密度為2400kg/m3。
3）磨細礦渣粉：由日照京華新型建材有限公司生產的S95級磨細礦渣粉，密度為2900kg/m3。
4）細骨料：由觀音閣砂廠生產的河砂（中砂），表觀密度為2690kg/m3。
5）粗骨料：由凱周碎石場生產的5mm～10mm及10mm～20mm兩種規格的碎石，按5mm～10mm：10mm～20mm=30%：70%摻配，組合成5mm～20mm連續級配碎石，表觀密度為2700kg/m3。
6）減水劑：由中鐵十六局集團物貿有限公司（菏澤）分公司生產的16WM-3型聚羧酸系高性能減水劑（緩凝型），摻量1.0%，密度為1066kg/m3。
7）水：地下水，密度為1000kg/m3。
8）膨脹劑：四川恆澤建材有限公司生產的HZ-16型膨脹劑，密度為2700kg/m3。
2.3配合比設計
根據現場的實際情況，外摻料選擇S95級礦粉及I級粉煤灰，同時根據現場材料的各項指標及規範對摻量的要求，對礦粉及粉煤灰摻量均為8%，10%，12%分別進行設計計算及試拌。
2.3.1按照礦粉及粉煤灰均為8%的摻量
配合比設計應確定拌和物中粗骨料體積、砂漿中砂的體積分數、水膠比、膠凝材料用量、外摻料的比例等參數。
1）確定粗骨料體積分數Vg。依照《自密實混凝土應用技術規程》JGJ/T283—2012中表5.2.1填充性為SF1時混凝土中粗骨料體積的選取範圍為0.32～0.35，根據經驗及試拌結果，選取0.35。
2）確定每立方米粗骨料的質量mg。每立方米混凝土中粗骨料的質量可按下式計算：
mg=Vg×ρg=0.35×2700=945kg（1）
式（1）中：Vg為粗骨料體積分數，ρg為碎石的表觀密度，取2700kg/m3。
3）確定砂漿體積分數Vm。砂漿體積分數可按下式計算：
Vm=1-Vg=0.65（2）
式（2）中：Vm為砂漿占整體混凝土的體積分數，Vg為碎石占整體混凝土的體積分數。
4）確定砂漿中砂的體積分數φs。規範中推薦的砂漿中砂的體積分數可取0.42～0.45，根據砂的粗細程度，選取φs為0.43。
5）確定每立方米細骨料的質量ms。每立方米混凝土中砂的體積分數Vs和質量ms可按下列公式進行計算：
Vs=Vm×φs=0.65×0.43=0.28（3）
式（3）中：Vs為每立方米混凝土中砂的體積分數。
ms=Vs×φs=0.28×2690=753kg（4）
式（4）中：籽s為砂的表觀密度，取2690kg/m3。
6）確定漿體體積分數Vp。漿體體積分數可按下式計算：
Vp=Vm-Vs=0.65-0.28=0.37（5）
式（5）中：Vp為每立方米混凝土中漿體的體積分數。
7）確定每立方米混凝土中膠凝材料的表觀密度ρb。由於本次設計配合比採用水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑4種膠凝材料，所以根據各自的摻量及表觀密度確定，可按式（6）計算：
ρb=1/［β/ρm+（1-β）/ρc］=2703kg/m3（6）
式（6）中：β為自密實混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質量分數，%；ρm為礦物摻合料密度，kg/m3；ρc為水泥密度，kg/m3。
8）確定配製強度。自密實混凝土設計強度為C50，所以取配製強度取標準差為6.0MPa，則採用式（7）確定配製強度：
fcu，0≥fcu，k+1.645δ=50+1.645×6.0=54.9MPa（7）
式（7）中：fcu，0為混凝土立方體配製強度標準值，MPa；fcu，k為混凝土立方體抗壓強度標準值（設計強度），MPa；滓為混凝土配製強度取標準差。
9）選定水膠比。水膠比通過式（8）進行計算：
mw/mb=0.42fce(1-β+β×γ）（/fcu，0+1.2）=0.32（8）
式（8）中：mw為每立方米混凝土中用水的質量，kg；mb為每立方米自密實混凝土中膠凝材料用量，kg；fce為水泥強度等級，MPa；β為自密實混凝土中礦物摻合料占膠凝材料的質量分數，%（此處為16%）；酌為礦物摻合料的膠凝係數，無量綱（此處取0.4）
根據現場的實際施工水平及拌和站的生產狀況，0.32的水膠比可行，所以最終選定水膠比為0.32。
10）確定每立方米自密實混凝土中膠凝材料用量（mb）。可根據自密實混凝土中的漿體體積分數（Vp）、膠凝材料的表觀密度（ρb）、水膠比（mw/mb）等參數確定，並可按式（9）計算：
mb=（Vp-Va）/［1/ρb+（mw/mb）/ρw］=532kg（9）
11）確定每立方米混凝土中用水的質量mw。應根據每立方米混凝土中膠凝材料的用量mb及水膠比（mw/mb）確定，並可按式（10）計算：
mw=mb×（mw/mb）=170kg（10）
12）每立方米混凝土中水泥的質量mc和外摻料的質量mm。應根據每立方米混凝土中膠凝材料的質量mb和膠凝材料中外摻料的質量分數β確定，可按式（11）～（15）分別計算：
每立方米混凝土中礦物摻合料的質量mm：
mm=mb×β=532×0.26=139kg（11）
每立方米混凝土中粉煤灰的質量mf：
mf=mb×βf=532×0.08=43kg（12）
每立方米混凝土中礦粉的質量mk：
mk=mb×βk=532×0.08=43kg（13）
每立方米混凝土中膨脹劑的質量mp：
mp=mb×βp=532×0.10=53kg（14）
每立方米混凝土中水泥的質量mc：
mc=mb-mm=393kg（15）
13）外加劑mca選用聚羧酸高性能減水劑，摻量通過試驗選定為1.6%。外加劑用量可按式（16）計算：
mca=mb×α=532×0.016=8.51kg（16）
式（16）中：mca為每立方米混凝土中外加劑的質量，kg；α為減水劑摻量，%。減水劑含固量為29.84%，所以每立方米混凝土所需減水劑中含水為6kg，最終核減外加用水量為:
170kg-6kg=164kg。
所以，最終計算得到的C50自密實補償收縮混凝土配合比見表1。
2.3.2按照礦粉及粉煤灰均10%的摻量
計算過程類比2.3.1中的計算，將礦粉及粉煤灰的摻量調整成10%，最終計算得到的C50自密實補償收縮混凝土配合比見表2。
2.3.3按照礦粉12%的摻量
計算過程類比2.3.1中的計算，將礦粉及粉煤灰的摻量調整成12%，最終計算得到的C50自密實補償收縮混凝土配合比見表3。
3試驗結果與討論
3.1拌和物性能比較
上下弦肋管安裝完成後形成一個完全封閉的空間，鋼管混凝土的澆築無法振搗，要保證混凝土的成型，難度較大，對混凝土的性能要求比較高。普通的混凝土拌合物性能指標無法完全體現此自密實混凝土的性能。且拱肋的填充密實度對於整體結構的受力影響也比較大，所以需要混凝土具有補償收縮功能。根據JGJ/T283-2012《自密實混凝土應用技術規程》、JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》、GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》等規範，對不同外摻料摻量下計算得出的理論配合比進行試拌，對填充性、間隙通過率、抗離析性等指標進行測試並分析比較，其數據見表4。
依照《自密實混凝土應用技術規程》JGJ/T283-2012中表4.1.2及表4.1.3，根據現場的實際情況，選定拌和物的性能等級為坍落擴展度SF1，擴展時間T500VS1，坍落擴展度與J環擴展度差值PA2，離析率SR2，其具體要求見表5。
通過拌和物性能的測試，外摻料摻量均為8%時，混凝土的坍落擴展度為640mm，為3種摻量中的最大值，滿足規範要求的550mm～655mm的規定範圍，意味著在此外摻料摻量下混凝土的整體流動性最好。混凝土的擴展時間T500的值在外摻料摻量8%時也達到了3種摻量測試值的最大值，滿足逸2%的規範規定範圍，表示混凝土的黏度較好。間隙通過率指標坍落擴展度與J環擴展度差值也在外摻料摻量8%時為最小，為10mm，滿足規範要求的0≤PA2≤25mm的範圍值，表示混凝土抵抗鋼筋阻礙的能力較強。同時外摻料摻量為8%時，抗離析性也滿足規範要求。
所以通過上述不同外摻料摻量下的拌合物性能的比較，外摻料摻量為8%時，混凝土的拌合物性能指標最優。
3.2強度及耐久性性能比較
對不同外摻料摻量下的計算理論配合比進行試拌，對28d軸心抗壓強度、彈性模量、電通量進行測試，其數據見表6。
通過28d強度及耐久性的比較，當外摻料摻量各8%時，28d強度為61.2MPa，達到了設計配製強度的102.2%。外摻料摻量10%時，由於用水量減少，水膠比較小，所以強度有明顯增長，28d強度64.1MPa，達到了設計配製強度的107.0%。外摻料摻量12%時，28d強度為59.4MPa，只達到配製強度的99.2%。3種摻量下的耐久性均能滿足要求。當外摻料摻量為8%時，膠凝材料用量最低，所以經濟效益最好。
綜上所述，當外摻料礦粉、粉煤灰摻量為8%時，所計算出的C50自密實補償收縮混凝土配合比為最優配合比。
4結語
自密實補償收縮混凝土的配置難度大，原材料的各項技術指標要求較高，施工特殊。所以配合比要根據材料的不同，摻量的變化等對其進行細緻的設計，以達到經濟、適用的目的。最終按照本文確定的配合比進行施工的跨國道G205特大橋96m系杆拱橋自密實補償收縮混凝土具有良好的自密實性能和力學性能，核心混凝土與鋼管緊密粘結，無脫空現象。為後續自密實補償收縮混凝土配合比的設計積累了經驗。