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    混凝土配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化選擇

    2018-11-06 11:39:12王亞閣
    中小企業(yè)管理與科技 2018年5期
    關(guān)鍵詞:試配易性砂率

    王亞閣

    (1.北京翔鯤水務(wù)建設(shè)有限公司,北京100085;2.北京碧波立業(yè)技術(shù)檢測有限公司,北京100085)

    1 引言

    混凝土作為重要的建筑施工材料,多用于建設(shè)工程的重要部位,優(yōu)化設(shè)計(jì)混凝土配合比,不僅對于保證工程質(zhì)量和便于工程施工具有重大意義,而且從節(jié)約材料方面具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。

    2 混凝土配合比設(shè)計(jì)概述及原材料選擇

    混凝土是由水泥、砂子、石子及水等構(gòu)成,混凝土中各組成材料之間的比例關(guān)系稱為混凝土配合比,確定這種數(shù)量比例關(guān)系的工作,稱為混凝土配合比設(shè)計(jì)?;炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)預(yù)拌混凝土性能的一個(gè)重要過程,也是保證預(yù)拌混凝土質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。混凝土施工配合比是以試驗(yàn)配合比為基礎(chǔ)確定的,而試驗(yàn)配合比是在確定了混凝土試配強(qiáng)度后,按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)確定。

    2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)

    混凝土配合比,參照現(xiàn)行《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[1](JGJ55-2011),并應(yīng)通過設(shè)計(jì)和試配確定。試配時(shí)應(yīng)使用施工中實(shí)際采用的原材料,配制的混凝土拌合物的和易性、凝結(jié)時(shí)間等應(yīng)滿足《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[2](GB/T 50080-2016)中相應(yīng)條款的要求,制成的混凝土試件應(yīng)符合強(qiáng)度、耐久性等質(zhì)量要求。

    2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)要求

    混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下四項(xiàng)基本要求[3],即:①滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級要求和混凝土試配強(qiáng)度;②滿足混凝土施工所要求的坍落度、和易性;③滿足工程所處環(huán)境對混凝土耐久性的要求;④符合經(jīng)濟(jì)性原則,即節(jié)約水泥以降低混凝土成本。

    2.3 原材料的選擇

    2.3.1 水泥

    水泥是決定混凝土強(qiáng)度等級的主要膠凝材料,具有粘結(jié)和填充粗骨料空隙的作用,同時(shí)為了降低成本,應(yīng)在強(qiáng)度滿足施工要求的條件下,盡量減少水泥用量。本次設(shè)計(jì)選用河北燕新P.O 42.5水泥,所檢指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范中的技術(shù)要求。

    2.3.2 骨料

    骨科必須堅(jiān)硬、致密、耐久、無裂隙?;炷恋募?xì)骨料:粒徑在0.16~5mm之間的骨料。按形成條件分為天然砂、人工砂;按細(xì)度模數(shù)分為粗砂、中砂、細(xì)砂和特細(xì)砂。本次設(shè)計(jì)選用的是淶水天然砂,中砂,含泥量≤3%。混凝土的粗骨料:粒徑大于5mm的骨料。普通混凝土常用卵石和碎石作粗骨料。本次設(shè)計(jì)選用的是淶水5~25mm連續(xù)級配的碎石,含泥量≤1%。

    2.3.3 摻合料

    摻合料包括粉煤灰和礦粉,混凝土中加入摻合料能降低混凝土的水化熱,防止出現(xiàn)裂縫,同時(shí)還能減少膠凝材料中水泥用量,節(jié)約成本。本次設(shè)計(jì)選用的是Ⅱ級F類粉煤灰和S95級高爐礦渣粉。

    2.3.4 外加劑

    為了提高混凝土的施工性能、加快施工進(jìn)度,改善混凝土拌合物的和易性,可在混凝土中加入少量的外加劑。本次設(shè)計(jì)選用的是聚羧酸高性能減水劑。

    2.4 混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

    混凝土配合比設(shè)計(jì)就是確定水泥、水、砂與石用量之間的比例關(guān)系。水膠比、單位用水量和砂率是混凝土配合比設(shè)計(jì)的三個(gè)基本參數(shù)?;緟?shù)確定的原則:在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上,確定混凝土的水膠比,在滿足混凝土施工要求的和易性基礎(chǔ)上,根據(jù)粗骨料的種類和規(guī)格確定單位用水量;砂率應(yīng)以砂在骨料中的數(shù)量填充石子空隙后略有富余的原則來確定。

    3 混凝土配合比計(jì)算

    混凝土配合比設(shè)計(jì),以計(jì)算1m3混凝土中各組成材料用量為基準(zhǔn),計(jì)算時(shí)骨料應(yīng)以干燥狀態(tài)為準(zhǔn)。本文以C25混凝土配合比為例進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算。

    3.1 確定試配強(qiáng)度

    當(dāng)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級小于C60時(shí),試配強(qiáng)度應(yīng)按下式確定:

    式中:fcu,0——混凝土配制強(qiáng)度(MPa);

    fcu,k——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,取混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級值(MPa);

    σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)。

    當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C25時(shí),σ取5.0,經(jīng)計(jì)算得,試配強(qiáng)度為33.2MPa。

    3.2 計(jì)算水膠比

    當(dāng)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級小于C60時(shí),混凝土水膠比宜按下式計(jì)算:

    式中:W/B——混凝土水膠比;

    αα,αb——回歸系數(shù),按規(guī)范分別取0.53、0.20;

    fb——膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度(MPa)。

    式中:γfγs——粉煤灰影響系數(shù)和?;郀t礦渣粉影響系數(shù),查表分別取 0.85、1.00;

    fce——水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度(MPa)。

    當(dāng)水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度(fce)無實(shí)測值時(shí),可按下式計(jì)算:

    式中:γc——水泥強(qiáng)度等級的富余系數(shù),查表取1.16;

    fce,g——水泥強(qiáng)度等級值(MPa)。

    經(jīng)計(jì)算,水膠比為0.59。

    3.3 選取用水量(mw0)

    3.4 膠凝材料用量(mb0)

    經(jīng)計(jì)算得,mb0=292kg/m3

    3.5 水泥及摻合料用量

    粉煤灰摻量為20.0%,則粉煤灰用量=292×20.0%=58kg/m3

    礦粉摻量為20.0%,則礦粉用量=292×20.0%=58kg/m3

    則水泥用量為176kg/m3

    3.6 外加劑用量

    外加劑摻量:βa=2.0%,則

    經(jīng)計(jì)算得,ma0=5.84kg/m3

    3.7 選取砂率(βs)

    根據(jù)碎石最大粒徑25mm,水膠比0.59,及以往試配經(jīng)驗(yàn),選取砂率βs=44%。

    3.8 確定砂石重量(質(zhì)量法)

    式中:mf0——每立方米混凝土的摻合料用量;

    mc0——每立方米混凝土的水泥用量;

    mg0——每立方米混凝土的粗骨料用量;

    ms0——每立方米混凝土的細(xì)骨料用量;

    mw0——每立方米混凝土的用水量;

    mcp——每立方米混凝土拌合物的假定重量,其值可取2350~2450kg/m3。

    取mcp=2400 kg/m3,經(jīng)計(jì)算得,砂、石重量分別為852kg/m3、1084kg/m3。

    3.9 設(shè)計(jì)理論配合比確定

    表1 設(shè)計(jì)理論配合比

    經(jīng)試配,混凝土拌合物和易性良好,無泌水、離析現(xiàn)象,坍落度滿足設(shè)計(jì)要求。因此,確定設(shè)計(jì)的理論配合比為基準(zhǔn)配合比。

    4 試配調(diào)整與配合比確定

    4.1 配合比試拌

    混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)采用三個(gè)不同水膠比的配合比,另外兩個(gè)宜較基準(zhǔn)配合比的水膠比分別增加和減少0.05,用水量應(yīng)與基準(zhǔn)配合比相同,砂率可分別增加和減少1%,得到不同水膠比的配合比如表2所示。

    表2 不同水膠比的配合比(單位:kg/m3)

    4.2 試配結(jié)果

    經(jīng)試配,三個(gè)水膠比的配合比,拌合物的和易性良好,試配結(jié)果如表3所示,不同水膠比的28d抗壓強(qiáng)度如圖1所示。

    根據(jù)試配結(jié)果,三組試配配合比抗壓強(qiáng)度與水膠比有很好的相關(guān)性,試配編號為01的配合比,28d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)不到配制強(qiáng)度要求;試配編號為02的配合比略大于配制強(qiáng)度;試配編號為03的配合比,水泥用量較大,不利于節(jié)約工程成本。因此,選用試配編號為02的配合比作為工程實(shí)際施工配合比。

    表3 不同水膠比配合比試配結(jié)果

    圖1 不同水膠比的28d抗壓強(qiáng)度值

    混凝土配合比是決定混凝土強(qiáng)度的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo),合理的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)在符合相關(guān)規(guī)范中對強(qiáng)度、耐久性、和易性和經(jīng)濟(jì)性等要求的前提下,確定各種材料的用量,獲得最為經(jīng)濟(jì)、適用的混凝土配合比?;炷僚浜媳葍?yōu)化設(shè)計(jì)是在理論、經(jīng)驗(yàn)雙重指導(dǎo)下的實(shí)踐性過程,為了滿足不同工程所需混凝土的要求,還應(yīng)對混凝土配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究,才能使其設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

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