混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)實(shí)例驗(yàn)證

黃少瓊

摘 要：本文結(jié)合具體試驗(yàn)實(shí)例，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從混凝土材料之間的關(guān)系性質(zhì)入手，確定了其各礦物摻合料、水膠比、砂率等材料比例，有效地改善了混凝土的工作性能，提高了混凝土的體積穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了混凝土的設(shè)計(jì)目標(biāo)，供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土；配合比；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)

0 引言

水泥混凝土材料以其強(qiáng)度高、耐久性好、可塑性能優(yōu)異、成本低廉、原材料儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)，在建筑工程中起著極其重要的作用，是工程項(xiàng)目建設(shè)中使用量最大、應(yīng)用最廣泛的一種建筑材料。它是由石子、水泥、沙子、添加劑、拌合水混合逐漸硬化形成的人工石材，其質(zhì)量性能對(duì)于原材料的種類、性質(zhì)和用量等因素來(lái)講關(guān)系甚重。當(dāng)下混凝土配合比設(shè)計(jì)并沒(méi)有統(tǒng)一的方法，都是基于各自試驗(yàn)的基礎(chǔ)上計(jì)算具體的配合比，只有綜合考慮混凝土的工作性、強(qiáng)度和耐久性，才能設(shè)計(jì)出符合實(shí)際混凝土結(jié)構(gòu)工程中對(duì)混凝土設(shè)計(jì)要求的混凝土配合比，從而達(dá)到混凝土的使用要求，使混凝土具有較高的耐久性、抗裂性、體積穩(wěn)定性、良好工作性和經(jīng)濟(jì)合理性，為建筑工程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1 確定礦物細(xì)粉摻合料摻量

現(xiàn)代混凝土的膠凝材料除水泥中的硅酸鹽水泥外，還包括水泥中具有膠凝作用的混合材料（如粉煤灰、火山灰、礦渣、沸石粉等）以及配制混凝土?xí)r摻入的具有膠凝作用的礦物摻合料（如粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰等）。進(jìn)行現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)水泥及礦物摻合料用量的具體規(guī)定可參考中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)CCES01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》（2005年修訂版）的表4.0.3，并應(yīng)采用摻加礦物摻合料的膠凝材料膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)混凝土水膠比的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2 水膠比的計(jì)算

對(duì)于傳統(tǒng)混凝土，其強(qiáng)度與水灰比成反比的保羅米公式應(yīng)該適用于使用硅酸鹽水泥、級(jí)配良好而潔凈的河砂、粒形勻稱的石子的配合比計(jì)算。但是對(duì)于現(xiàn)代混凝土的膠凝材料體系都為水泥與礦物細(xì)粉料摻合料復(fù)合體，這個(gè)保羅米公式需要改進(jìn)。因此，JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中為了使混凝土水膠比計(jì)算公式更符合實(shí)際情況以及普遍摻加粉煤灰和?；郀t礦渣粉等礦物摻合料的技術(shù)發(fā)展情況，在試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，采用摻加礦物摻合料的膠凝材料膠砂強(qiáng)度和相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行回歸分析。調(diào)整了回歸系數(shù)αa、αb，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，給出了粉煤灰影響系數(shù)γf和粒化高爐礦渣粉影響系數(shù)γs。水膠比的計(jì)算公式變?yōu)椋?/p>

（1）

式中：γc——水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)；

fce，g——水泥強(qiáng)度等級(jí)值；

fcu，o——混凝土配制強(qiáng)度。

1.3 漿骨比的選擇

在新拌混凝土中，水泥漿體主要起潤(rùn)滑作用，當(dāng)漿量占大多數(shù)時(shí)，混凝土的黏聚性、保水性、流動(dòng)性均良好，而且非常容易插搗，幾乎感覺(jué)不出骨料的阻力，但過(guò)多的漿量，致使混凝土抗早期開(kāi)裂性能下降，干縮變形也明顯，不利于混凝土的耐久性。如果漿量過(guò)少，砂石表面包裹的漿量過(guò)少，混凝土的流動(dòng)性、黏聚性會(huì)很差，并且出現(xiàn)離析，這時(shí)靠增加減水劑用量對(duì)增大混凝土坍落度也幾乎沒(méi)有效果。因此，選擇漿量的原則是：在滿足混凝土和易性的前提下，盡量選擇最小的漿骨比。根據(jù)P.K.Matha和P.C.Aitcin教授的觀點(diǎn)，要使高性能混凝土同時(shí)達(dá)到最佳的施工和易性和強(qiáng)度，其水泥漿和骨料的體積比應(yīng)為35：65，計(jì)算骨料體積所使用的密度應(yīng)當(dāng)是飽和面干狀態(tài)下所測(cè)定的。對(duì)于現(xiàn)代混凝土，可按GB/T50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B中表B.1.1對(duì)最小和最大膠凝材料的限定范圍，由試配拌合物工作性確定，取盡量小的漿骨比值。在試驗(yàn)室試配時(shí)，如果混凝土和易性不夠好，可以保持水膠比不變，提高漿體量。

2 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)實(shí)例驗(yàn)證

某公路工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，坍落度為（200±20）mm，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)澆筑前坍落度為（180±20）mm；環(huán)境作用等級(jí)為Ⅱ-E級(jí)，最大水膠比為0.45，膠凝材料用量為320～450kg/m3?；炷聊途眯灾笜?biāo)要求：混凝土氯離子含量不應(yīng)超過(guò)膠凝材料用量的0.1%，總堿含量不宜超過(guò)3kg/m3，混凝土抗凍耐久性系數(shù)DF≥70%。

提供的原材料條件，水泥：冀東P·O42.5水泥，密度3.1g/cm3，氯離子含量0.01%，堿含量0.60%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量28.4%。

粉煤灰：F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，45μm篩篩余量16%，燒失量2.36%，需水量比98%，密度2.2g/cm3，堿含量0.78%，氯離子含量0.01%。

礦渣粉：S95礦渣粉，密度2.8g/cm3，堿含量0.95%，氯離子含量0.01%。

粗骨料：碎石，碎石5～10mm與10～25mm以3：7合成級(jí)配，表觀密度為2800kg/m3，振實(shí)后堆積密度為1480kg/m3，空隙率40%。

細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8，表觀密度為2700kg/m3，振實(shí)后堆積密度1480kg/cm3，空隙率45%。

外加劑：引氣型聚羧酸高效減水劑，減水率27%，含氣量4.5%，推薦摻量1.8%。

2.1 礦物摻合料摻量選擇

按GB/T50476—2008《混凝土耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明附錄B，對(duì)Ⅱ-E的環(huán)境作用有：W/B=0.4時(shí)，αf/0.3+αs/0.4≤1?？紤]普通硅酸鹽水泥中已摻有部分礦物摻合料，故取αf=10%，αs=10%。按此摻量對(duì)膠凝材料進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，28d抗壓強(qiáng)度為44.4MPa。

2.2 計(jì)算水膠比

混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu，o≥40+1.645×5.0=48.2（MPa）。由公式W/B=αafb/（fcu，o+αaαbfb），αa=0.53，αb=0.20；計(jì)算W/B=0.44，滿足設(shè)計(jì)要求W/B≤0.45，故取W/B=0.44。

2.3 選擇漿骨比

參考GB/T50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)最小和最大膠凝材料的限定范圍，當(dāng)W/B=0.44時(shí)，膠凝材料用量為320～450kg/m3，可先選擇漿骨比32：68進(jìn)行試配，根據(jù)試試配情況，進(jìn)行漿量的調(diào)整。

2.4 初步配合比計(jì)算

由W/B=0.44，漿量為0.32（L/m3）可推得：

0.44B/1+0.8B/3.1+0.1B/2.2+0.1B/2.8+40=320，則mB=359kg/m3；進(jìn)而水mW=158kg/m3；水泥mC=287kg/m3；粉煤灰mf=36kg/m3；礦渣粉mk=36kg/m3；減水劑m減水劑=6.46kg/m3。

粗骨料的用量：mG=2800×0.66×（1-41%）=1109kg/m3；

細(xì)骨料的用量：mS=771kg/m3。

2.5 試配結(jié)果

混凝土配合比試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，合理的材料配合比設(shè)計(jì)必須滿足相關(guān)規(guī)范給出的包括強(qiáng)度、工作性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等要求，根據(jù)材料特性確定各種成分的用量，獲得最經(jīng)濟(jì)和適用的混凝土，經(jīng)過(guò)對(duì)水泥混凝土路面配合比設(shè)計(jì)深入系統(tǒng)的研究，使混凝土配合比設(shè)計(jì)體系更加科學(xué)合理、方便快捷，從而推動(dòng)水泥混凝土科學(xué)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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