混凝土配合比設(shè)計(jì)影響因素分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化

吳嬌穎

亞泰集團(tuán)沈陽建材有限公司 遼寧沈陽 110000

由廢棄的混凝土制成的再生骨料顆粒存在棱角過多、針狀物占比過多、內(nèi)部細(xì)微裂紋過多的問題，同時(shí)，再生骨料表面往往覆蓋著一層水泥砂漿且攜帶著大量的粉塵，這些因素會(huì)導(dǎo)致其與天然骨料相比，壓碎指標(biāo)大，孔隙率大，吸水率高。混凝土配合比設(shè)計(jì)是指調(diào)整和優(yōu)化混凝土組成材料水泥、摻合料、水、砂、石和外加劑之間的比例關(guān)系，合理的配合比設(shè)計(jì)使配制的混凝土能夠滿足強(qiáng)度、工作性能和耐久性等要求，同時(shí)遵循經(jīng)濟(jì)性原則。配合比設(shè)計(jì)直接決定混凝土性能，是再生混凝土材料和結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)[1]。

1 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要原則

在基建工程中，常用的普通型號(hào)水泥混凝土強(qiáng)度往往難以達(dá)到基建工程施工標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而嚴(yán)重影響基建工程的整體質(zhì)量。為了滿足現(xiàn)代建筑的質(zhì)量需求，在基建工程項(xiàng)目中已經(jīng)逐漸開始推廣高性能混凝土，但高性能混凝土的使用必須做好混凝土的配合比設(shè)計(jì)，高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)工作內(nèi)容主要包括水泥用量、外加劑摻入量、單位用水量控制以及砂率等控制工作，通過合理的混凝土調(diào)配比例，能顯著提升混凝土的強(qiáng)度，能讓其澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能顯著提升，進(jìn)而滿足基建工程的施工方案要求。高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)需要遵循以下原則：①遵循混凝土密實(shí)體積原則，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到混凝土中各種添加材料的密實(shí)情況，以及添加材料的體積堆積效果。②遵循水膠比原則，有相關(guān)研究表明，當(dāng)混凝土中水膠比例增大后，可能會(huì)影響混凝土強(qiáng)度，對(duì)強(qiáng)度造成負(fù)面影響，這也是保證混凝土澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵；另外，混凝土的水膠比例還要符合混凝土膠凝材料最小用量的標(biāo)準(zhǔn)，要考慮到目前綠色施工的理念，這對(duì)提升施工材料利用率有重要意義。例如：在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，將部分水泥材料用工業(yè)廢渣來代替，這不僅可以實(shí)現(xiàn)施工材料的再利用，也能從一定程度上控制混凝土早期水化熱及強(qiáng)度。③遵循最小單位用水量原則，在對(duì)混凝土調(diào)配比例進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要在外加劑添加理論的支持下進(jìn)行，合理調(diào)整用水量，能有效解決混凝土坍損變化的問題，讓混凝土澆筑時(shí)的流動(dòng)性增強(qiáng)。設(shè)計(jì)工作中要合理使用定量設(shè)計(jì)法、試驗(yàn)試配法以及半定量分析法，這樣才能讓高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)工作質(zhì)量得到有效保障。

2 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)配比設(shè)計(jì)

2.1 原材料選擇

①水泥，水泥的選用應(yīng)是低熱低堿的水泥。②采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和S95級(jí)礦渣粉，以便減少水泥用量，高質(zhì)量粉煤灰可減少水泥用量，提高混凝土工作性，降低混凝土收縮可能性，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大。加入一定量的礦粉，提高混凝土的工作性，也可以一定程度減少水泥用量，雖然可以延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，延緩產(chǎn)生的水化熱，但過量地添加可能會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土開裂，也影響混凝土的后期強(qiáng)度。③骨料是混凝土的主要組分，選用良好的顆粒形狀，多種連續(xù)級(jí)配的骨料，可提高混凝土密實(shí)度，減少膠凝材料用量，從而降低水化熱。④高性能減水劑和膨脹劑是混凝土配合比中常用的兩種外加劑，緩凝劑的原理是通過延緩混凝土硬化來降低水化熱速率。對(duì)于混凝土高耐久性要求，可以改進(jìn)混凝土和易性，添加引氣劑，向混凝土中引入適量的含氣量，也是可行的。

2.2 溫度控制

在澆筑過程中，通過在混凝土內(nèi)放置直徑約15-20厘米的冷卻管可以降低大體積混凝土中央部分的溫度，但應(yīng)注意所使用的冷卻水通常是自來水。隨后，在大體積混凝土冷卻過程中，應(yīng)定期嚴(yán)格控制管中水溫，如果自來水壓力不能有效保證管內(nèi)正常水流，應(yīng)安裝水泵，并合理考慮實(shí)際情況。此外，在大體積混凝土施工過程中，需要合理增加冷卻管道長度，因?yàn)槔鋮s管道長度會(huì)影響大體積混凝土內(nèi)部的溫度控制，增加冷卻管道長度可以在一定程度上保證大體積混凝土內(nèi)部的溫度穩(wěn)定。最后，應(yīng)當(dāng)指出的是，在大體積混凝土施工中，混凝土內(nèi)部溫度必須嚴(yán)格控制（凝結(jié)土水化熱內(nèi)部的最高溫度通常顯示在60～70h之間，內(nèi)部的最高平均溫度不得超過60℃），合理的調(diào)整冷卻水管的流量，這樣做的最大目的是為了能夠最大程度的降低混凝土的內(nèi)外溫差。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)相應(yīng)措施的管控[2]。

2.3 粉煤灰的應(yīng)用

隨著粉煤灰含量的增加，混凝土中水泥用量相對(duì)下降，凝固緩慢，早期強(qiáng)度較低。齡期大于28天時(shí)，粉煤灰的二次水化開始，甚至可能超過相同水泥用量的混凝土強(qiáng)度水平。因此，在施工過程中，混凝土強(qiáng)度值的需求可以根據(jù)實(shí)際使用需要確定，然后可以合理確定粉煤灰的用量。粉煤灰是玻璃微珠的晶體結(jié)構(gòu)，由于其形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，混凝土加入適量的粉煤灰，混凝土的工作性能顯著提高。

2.4 總體配比設(shè)計(jì)

水泥施工選材主要選用普通硅酸鹽水泥PO42.5，初凝時(shí)間為139min，最凝時(shí)間為221min，3d、28d抗壓強(qiáng)度分別為23.8MPa和52.2MPa，礦渣粉其7天活性指數(shù)為80%、28天活性指數(shù)為95%、比表面積為440kg/m3左右。外加劑采用聚羧酸減水劑，減水率為26%，每小時(shí)的坍落度損失為20mm。根據(jù)交通工程施工目標(biāo)，大體積混凝土在使用中必須按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，除充分滿足工程施工的穩(wěn)定性、安全性外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土配合比的重視。為了保證大體積混凝土的質(zhì)量，要求嚴(yán)格控制混凝土建筑材料、水化熱、養(yǎng)護(hù)條件等各項(xiàng)要求，保證大體積混凝土的質(zhì)量。

3 優(yōu)化水泥混凝土配合比的措施

3.1 采用活性礦物摻合料

在優(yōu)化混凝土配合比的過程中，采用活性礦物質(zhì)摻合料是非常關(guān)鍵的?；钚缘V物摻合料能夠優(yōu)化骨料和水泥石的界面，如硅灰、鋼渣粉等，都能提升混凝土的性能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配合比的目的。以硅灰為例，硅灰中的二氧化硅成分能夠促進(jìn)混凝土的二次反應(yīng)，也就是在界面上二氧化硅與氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應(yīng)，形成凝膠體水化硅酸鈣，這些物質(zhì)沉淀于混凝土的界面孔隙中，提升混凝土的性能，而孔隙被這些物質(zhì)填充，提升混凝土毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化也有一定幫助。適當(dāng)?shù)幕钚缘V物摻合料還能減少混凝土配合比中的水泥用量，減少混凝土拌合過程中產(chǎn)生的水化熱，對(duì)裂縫問題能夠得到控制和預(yù)防。

3.2 利用減水劑優(yōu)化配合比

提升混凝土的強(qiáng)度與膠凝材料的用量有很大關(guān)系，通常在不使用外加劑為保證混凝土強(qiáng)度的水膠比不變的情況下，會(huì)使得膠凝材料的用量大大提升，為了能夠有效降低膠凝材料的使用量，還需要通過降低配合比中的水膠比實(shí)現(xiàn)，從而要求降低單方的用水量，這里就需要使用減水劑。合理采用高效的減水劑能夠有效改善在水膠比較低的情況下混凝土的流動(dòng)性，如果采用聚羧酸系減水劑，其具有良好的減水效果和保坍效果，這樣有效減緩混凝土坍落度的損失，提升混凝土的工作性能。

3.3 合理調(diào)節(jié)和優(yōu)化配合比參數(shù)

在混凝土配制過程中，對(duì)于配合比的設(shè)計(jì)還需要對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制，如水膠比、漿骨比、砂率、用水量等。水膠比的合理控制是需要根據(jù)混凝土的技術(shù)要求和實(shí)際項(xiàng)目的需要，也就是降低水膠比，提升混凝土的耐久性，通常情況下，要想制備高性能的混凝土，需要將水膠比控制在0.4以內(nèi)，例如C50水泥混凝土，其水膠比應(yīng)該控制在0.37～0.32之間，C80水泥，水膠比控制在0.26～0.22之間。在對(duì)混凝土等級(jí)確定后，對(duì)水膠比進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是對(duì)礦物摻合料的種類和使用量進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以通過這些因素對(duì)混凝土的性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。漿骨比就是水泥漿與骨料用量之間的比，通常情況下，漿骨比在7:13，在這個(gè)比例背景下，水泥混凝土的狀態(tài)是最佳的。C80型號(hào)混凝土中水泥可以由15%～30%的礦渣粉或者粉煤灰與5%～10%硅灰代替；砂率也是混凝土的重要控制參數(shù)，對(duì)其配合比進(jìn)行合理控制能夠有效提升混凝土的強(qiáng)度，而高砂率的混凝土其強(qiáng)度和彈性模量會(huì)隨之降低，這樣的情況下就需要同時(shí)合理控制總膠凝材料的用量及粗細(xì)料級(jí)配等方面的內(nèi)容。中砂的細(xì)度模數(shù)在2.3～3.0之間，對(duì)混凝土的工作性方面起到良好的促進(jìn)作用。膠凝材料用量控制在420kg/m3～480kg/m3之間，高效減水劑用量控制在1.5%～2%之間，這樣的配合比能使混凝土的流行性更好，強(qiáng)度及坍落度也達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.4 掌握多種類型混凝土配合比技術(shù)要求

在正式進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)之前，首先要做的就是明確當(dāng)前工程施工技術(shù)要求，確定工程設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋間距、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸等相關(guān)信息，然后以此為基礎(chǔ)選擇相應(yīng)水泥品種，確定其中需要用的石子粒徑參數(shù)信息?；炷料嚓P(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)先明確混凝土施工工藝要求以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備特種混凝土設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，從而從根本上確保最終混凝土配合比符合施工要求。在進(jìn)行大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，首先相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)該種類型混凝土施工技術(shù)要求有一定的掌握，確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)、初凝時(shí)間、坍落度等信息，然后選取合理配合比，通過對(duì)該配合比進(jìn)行不斷試驗(yàn)不斷優(yōu)化，在適配過程中，應(yīng)給予滿足強(qiáng)度要求的前提下，適當(dāng)減少水泥在其中的使用量，加大粉煤灰使用量，這樣做的目的是降低混凝土中水泥水化過程產(chǎn)生的水化熱，改善混凝土工作性能，降低經(jīng)濟(jì)成本。再如，在進(jìn)行自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)分析的是該類混凝土抗收縮、保塑、流動(dòng)等方面的性能，可通過選擇石子粒徑、外加劑等等進(jìn)行調(diào)配試驗(yàn)，最終使混凝土滿足工程施工要求；對(duì)于路面混凝土配合比設(shè)計(jì)，應(yīng)該嚴(yán)格控制坍落度，通過對(duì)大粒徑石子使用量進(jìn)行控制，以此起到增加耐久性的作用[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們生活質(zhì)量不斷提升，因此也就對(duì)工程質(zhì)量提出越來越嚴(yán)格的要求，從根本上來講，結(jié)構(gòu)部位、環(huán)境、原材料等因素并不是以獨(dú)立的形式而存在的，因素之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，若同一結(jié)構(gòu)因其所處環(huán)境不同，在配合比上也會(huì)存在一定的差別。基于以上分析，混凝土作為工程中比較重要的施工材料，對(duì)整個(gè)工程施工質(zhì)量而言具有非常大的影響，因此相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合工程要求做好混凝土配合比設(shè)計(jì)，從多個(gè)角度進(jìn)行分析，結(jié)合混凝土性能要求科學(xué)地進(jìn)行混凝土各項(xiàng)原材料的適配設(shè)計(jì)，從根本上保證工程施工質(zhì)量。