引言
“”倡议的实施激励着越来越多的建筑企业迈向国际舞台，这些企业也不可避免地会面临各国不同建筑规范带来的多元化挑战园林绿化设计规范。由于的技术标准在全球范围内广泛传播和应用，因此，深入研究的技术标准，是企业在海外建筑市场稳固根基、实现长远发展的关键所在。
目前，水下灌注桩的施工工艺对混凝土的技术要求较高，水下混凝土需具备良好的流动性和适宜的粘聚性，确保运送至现场时具有足够的坍落度（180～220mm）和扩展度（≥500mm）以实现自密实园林绿化设计规范。同时，混凝土的和易性要适中，避免过粘导致的灌桩过程翻浆困难或过稀造成的堵管和断桩，这些要求使水下混凝土的配合比设计极具挑战性，其设计流程涉及的因素众多且复杂。
本文以4号国道上的39座新建或扩建桥梁工程为依托，全面深入研究ACI混凝土技术规范的设计流程，并结合的混凝土技术规范，借助SPSSAU进行正交试验分析，寻找最优的混凝土配合比设计园林绿化设计规范。
1 材料与方法
1.1 试验材料
水泥：海螺ASTM C150 TypeⅠ水泥，其基本性能指标见表1；粉煤灰：越南生产的 II 级粉煤灰，其基本性能指标见表2；粗集料：粒径分别为5～10mm、10～20mm的碎石；细集料：菩萨河的II区中砂，细度模数2.8，以及II区细砂，细度模数1.9；外加剂：苏博特保坍型聚羧酸高性能减水剂，减水率为25%；拌合水：自来水园林绿化设计规范。集料的级配及基本性能指标见表3、表4。
1.2 ACI规范配合比设计
表5为ACI 211.1-1991-R2009《普通混凝土、重混凝土及大体积混凝土配合比选择标准》与JGJ55-2011《混凝土配合比设计规程》中混凝土配合比设计的步骤对比园林绿化设计规范。由表5可知，中美混凝土配合比设计在第3～8步时的差异明显。
根据工程图纸的要求园林绿化设计规范，设计混凝土坍落度为（200±20）mm；粗集料的最大公称粒径为19.0mm；本文的混凝土配合比设计流程如下：
（a）设计混凝土的强度园林绿化设计规范。在无过往经验数据的支撑下，引用ACI 318-2014《结构混凝土建筑规范》的混凝土强度计算表进行计算，具体见表6，本工程图纸要求的设计强度f'c =32MPa，则混凝土配合比设计强度fcr'的计算见式（1）。
fcr'= fc' + 8.5 =32+8.5=40.5 MPa （1）
（b）预估用水量和含气量园林绿化设计规范。根据ACI211.1-1991-R2009《普通混凝土、重混凝土及大体积混凝土配合比选择标准》中平均骨料所需的大致水量，利用过往经验对每立方米混凝土进行初步估算，给定坍落度所需的用水量，具体见表7。
由表7可知，混凝土坍落度为150～175mm时，预估拌合水为216kg/m3，每立方米混凝土加水2 kg会使坍落度增加约10mm，初步用水量的计算见式（2）园林绿化设计规范。
初步用水量=216+2×（195-175）/10=220 kg/m3（2）
（c）选择水胶比园林绿化设计规范。混凝土所需的水胶比由其强度、耐久性以及和易性决定，水灰比与混凝土抗压强度的关系见表8，经过多次试配后，参考表8选择水胶比为0.39。
（d）计算胶凝材料用量园林绿化设计规范。根据减水剂的减水率=25%，用水量W、水泥用量C、粉煤灰用量P的计算见式（3）～式（6）。
W =220×（1﹣25%）=165kg/m3（3）
C +P =165/0.39 =423kg/m3（4）
P =423×0%=0kg/m3 （5）
C =423﹣0=423kg/m3（6）
（e）计算粗集料含量园林绿化设计规范。引用ACI 211.1-1991-R2009《普通混凝土、重混凝土及大体积混凝土配合比选择标准》中表A1.5.3.6的粗集料系数为0.65，再根据级配要求，M19为粗集料的80%，M12为粗集料的20%，具体用量计算见式（7）～式（9）。
粗集料用量= 1605×0.65=1043.2kg/m3（7）
M19用量=1043.2×80%=835kg/m3（8）
M12用量=1043.2×20%=209kg/m3（9）
（f）计算细集料含量园林绿化设计规范。混凝土的单位体积减去已知成分的体积（水、空气、水泥、粉煤灰和粗骨料）所得到的差值为细集料的体积，具体用量计算见式（10）～式（18）。
M19体积=（835/2.726）/1000=0.306m3（10）
M12体积=（209/2.729）/1000=0.076m3（11）
水泥体积=（423/3.038）/1000=0.139m3（12）
粉煤灰体积=（0/2.52）/1000=0m3（13）
水体积=165/1000=0.165m3 （14）
含气量的体积=1.0/100=0.010m3 （15）
粗集料+水泥+粉煤灰+水+含气量的体积
= 0.30 6+0.076+0.139+0+0.165+0.010 = 0.697 m3（16）
河砂体积=1-0.697=0.303m3（17）
粗砂体积=0.303×2.676×1000=811m3（18）
（g）得到混凝土的基准配合比，具体见表9园林绿化设计规范。
2 正交试验
正交试验（Orthogonal Experimental Design）是研究多因素多水平的研究方法，具有高效、快速、经济的优势，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有性的点进行试验，这些性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点园林绿化设计规范。借助SPSSAU采用正交试验开展高性能水下混凝土配合比优化试验，设计L9(34)正交试验分析各因素对高性能混凝土性能的影响规律，并通过极差分析找出对其具有显著性影响的因素。
正交试验选取的因素水平见表10，经过SPSSAU运算，得到正交设计表，具体见表11，基于表11，在试验室开展混凝土配合比拌合，制备混凝土，混凝土的配合比及性能试验结果见表12园林绿化设计规范。
3 基于正交试验的结果与分析
3.1 基于混凝土强度的极差分析
混凝土强度的极差分析见表13，强度分析的因子水平均值如图1所示园林绿化设计规范。
由表13和图1可知，混凝土强度与胶凝材料用量呈正相关，15%的粉煤灰掺量能达到混凝土最佳强度与制备成本的平衡，细砂掺量的增加会使混凝土强度降低；各因素对混凝土强度影响程度大小排序为粗细砂比例胶凝材料用量粉煤灰掺量外加剂掺量园林绿化设计规范。
3.2 基于混凝土和易性的极差分析
混凝土和易性的极差分析见表14，和易性分析的因子水平均值如图2所示园林绿化设计规范。
由表14和图2可知，混凝土的和易性随着胶凝材料用量的增加而有所改善，15%的粉煤灰掺量能使混凝土达到最佳和易性，细砂掺量的增加也有利于提高混凝土的和易性；各因素对混凝土和易性影响程度的大小排序为胶凝材料用量粗细砂比例粉煤灰掺量=外加剂掺量园林绿化设计规范。
3.3 基于混凝土坍落度的极差分析
混凝土坍落度的极差分析见表15，坍落度分析的因子水平均值如图3所示园林绿化设计规范。
由表15和图3可知，混凝土的坍落度随着胶凝材料、粉煤灰掺量和细砂掺量的增加而增加，说明这些因素与坍落度均呈正相关；各因素对混凝土坍落度影响程度的大小排序为外加剂掺量粉煤灰掺量粗细砂比例胶凝材料用量园林绿化设计规范。
3.4 配合比优化
综上，考虑项目的经济性，结合混凝土的强度要求，选择胶凝材料为用量423kg/m3，粉煤灰掺量为15%；再加上运输路程较远，混凝土的和易性和坍落度为关键性指标，因此粗细砂比例选择7:3，减水剂掺量选择1.1%园林绿化设计规范。同时还按照JGJ 55-2011《混凝土配合比设计规程》，基于选定的水胶比、粉煤灰掺量、粗细砂比例及粗细石比例进行对比试验，优化后的混凝土配合比见表16。
结语
本文立足于4号国道的桥梁项目，针对水下混凝土灌注桩的技术难题，深入研究了混凝土学会（ACI）的技术规范，并运用正交试验方法及SPSSAU分析，调整了混凝土的配合比，确保了其在水下施工中的流动性及和易性，有效避免了翻浆困难和堵管问题，提高了混凝土结构的质量和性能，加深了企业对水下混凝土配合比设计的认识，推动了混凝土配合比设计的科学化和规范化，为建筑企业立足海外建筑市场，适应标准提供了有力的技术支撑和实践经验园林绿化设计规范。（来源：《混凝土世界》2024.10）