摘 要:提出了混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本原則,詳細(xì)地闡述了混凝土配合比設(shè)計(jì)的步驟,并指出了混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題,從而設(shè)計(jì)出最佳混凝土配合比。
關(guān)鍵詞:普通混凝土,配合比,基本原則,設(shè)計(jì)試配
中圖分類號(hào): TU528. 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
普通混凝土是指以普通水泥為膠凝材料,加砂子、石子、水以及外加劑(有時(shí)還要加摻合料) ,按一定比例配制,經(jīng)過攪拌、搗實(shí)成型、養(yǎng)護(hù)硬化而成的一種人造石材。由于它具有原材料資源豐富、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、性能良好、價(jià)格低廉的特點(diǎn),并且具有較高強(qiáng)度和耐久性,便于澆筑成各種形狀的構(gòu)件或整體結(jié)構(gòu),能與鋼筋結(jié)合成堅(jiān)固、抗振的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),所以一直是建筑工程中廣泛應(yīng)用的建筑材料。由于混凝土是一種由多種成分組成的非勻質(zhì)性材料,其生產(chǎn)工藝又包括配制、攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)等過程,加上水泥是一種活性材料。因此,原材料的質(zhì)量因素和生產(chǎn)工藝中的某些環(huán)節(jié)都對(duì)其性能和質(zhì)量有很大的、不可忽視的影響?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)的目的就是要考慮到上述種種因素,提出施工中應(yīng)用的最佳混凝土配合比。
1 混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本原則
1. 1 堅(jiān)固性
堅(jiān)固性是指混凝土的強(qiáng)度指標(biāo),因?yàn)榛炷恋馁|(zhì)量在目前是以抗壓強(qiáng)度指標(biāo)為主要依據(jù)的。影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素很多,主要有水泥強(qiáng)度等級(jí)及水灰比、骨料種類及級(jí)配、施工條件等。
1) 水泥強(qiáng)度等級(jí):水泥強(qiáng)度等級(jí)大致代表了水泥的活性,即在相同配合比的情況下,水泥強(qiáng)度等級(jí)越高,混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也越高。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,主要從經(jīng)濟(jì)合理的角度來選擇水泥強(qiáng)度等級(jí),如果對(duì)水泥強(qiáng)度等級(jí)和品種沒有選擇的余地,那只能靠在配合比設(shè)計(jì)中調(diào)整比例,摻加外加劑等綜合性措施加以解決。
2) 水灰比:混凝土單位體積中所用水的重量和水泥的重量比被稱為水灰比。水灰比越大,混凝土的強(qiáng)度越低,為此,在滿足和易性的前提下,混凝土用水量越少越好,這是混凝土配合比設(shè)計(jì)中的一條基本原則。
3) 骨料的種類及級(jí)配:砂子、石子在混凝土中起骨架作用,因此統(tǒng)稱骨料。砂石由石材的品種、顆粒級(jí)配、含泥量、堅(jiān)固性、有害物質(zhì)等指標(biāo)來表示它的質(zhì)量。砂石質(zhì)量越好,配制的混凝土質(zhì)量越好。當(dāng)骨料級(jí)配良好,砂率適中時(shí),由于組成了密實(shí)骨架,可使混凝土獲得較高的強(qiáng)度。
4) 施工條件:如果施工條件較好,并有一定的管理措施時(shí),可適當(dāng)降低混凝土的坍落度;反之,如現(xiàn)場(chǎng)施工條件較差時(shí),應(yīng)適當(dāng)提高混凝土的坍落度。
1. 2 和易性
混凝土的和易性是指在一定施工條件下,確保混凝土拌合物成分均勻,在成型過程中滿足振動(dòng)密實(shí)的混凝土性能。常用坍落度和維勃稠度來表示。
不同類型的構(gòu)件,對(duì)和易性的要求在施工驗(yàn)收規(guī)范中已有規(guī)定,但還要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備條件和管理水平來確定。影響混凝土和易性的因素很多,但主要一條就是用水量。增加用水量,混凝土的坍落度是增加了,但是混凝土的強(qiáng)度也下降了。因此,采用使用減水劑的方法成了改善混凝土和易性最經(jīng)濟(jì)合理和最有效的方法。
1. 3 耐久性
混凝土的耐久性是它抵抗外來及內(nèi)部被侵蝕破壞的能力,新疆(北疆) 地處嚴(yán)寒地帶,夏季炎熱干燥,冬季嚴(yán)寒多雪,混凝土受大氣的侵蝕很嚴(yán)重,所以,施工驗(yàn)收規(guī)范對(duì)最大水灰比和最小泥用量都作了規(guī)定,但是僅僅執(zhí)行這些規(guī)定還不能完全滿足耐久性的要求。為了提高混凝土的耐久性,就必須在配合比設(shè)計(jì)中考慮采取相應(yīng)的措施,如水泥品種和強(qiáng)度等級(jí)的選擇,砂石級(jí)配和砂率的調(diào)整,但最主要的是用混凝土外加劑和摻合料來提高混凝土的耐久性。
1. 4 經(jīng)濟(jì)性
混凝土配合比的設(shè)計(jì)應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下,省工省料才是最經(jīng)濟(jì)的。水泥是混凝土中價(jià)值最高的材料,節(jié)約水泥用量是混凝土配合比設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要目標(biāo),但必須是采用合理的措施達(dá)到綜合性的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)才是行之有效的。首先,使用混凝土外加劑和摻合料,使用減水劑既可以改善混凝土的和易性,也可以達(dá)到節(jié)約水泥的目的,摻加粉煤灰可以代替部分水泥,并改善混凝土的性能。其次,加強(qiáng)技術(shù)管理,提高混凝土的勻質(zhì)性。最后,根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳笆|(zhì)量情況采用合理砂率和骨料級(jí)配。
2 混凝土配合比設(shè)計(jì)的步驟
2. 1 熟悉現(xiàn)行的規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法和步驟,應(yīng)該遵守國(guó)家建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J GJ 5522000 普混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了配合比設(shè)計(jì)應(yīng)分三個(gè)步驟。
1) 配合比的設(shè)計(jì)計(jì)算;2) 試配;3) 配合比的調(diào)整與確定。該標(biāo)準(zhǔn)給出了許多全國(guó)性統(tǒng)一用的技術(shù)參數(shù),如混凝土試配強(qiáng)度計(jì)算公式、混凝土用水量選用表、混凝土砂率選用表等。此外,配合比設(shè)計(jì)還必須掌握GB 5020422002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范和GB J107287 混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。
2. 2 原材料的準(zhǔn)備和檢驗(yàn)
混凝土由四種材料組成:水泥、砂子、石子和水。目前又增加了第五種材料(外加劑和摻合料) 。這些材料都有質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),通過檢驗(yàn)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn),就可以知道材料的性能了。
1) 水泥:水泥使用前,除了應(yīng)持有生產(chǎn)廠家的合格證外,還應(yīng)作強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、安全性等常規(guī)檢驗(yàn),檢驗(yàn)合格方可使用。
2) 砂石為粗細(xì)骨料,主要檢驗(yàn)含泥量、顆粒級(jí)配等指標(biāo)。
3) 水:拌制混凝土宜采用飲用水,當(dāng)采用其他水源時(shí),水質(zhì)應(yīng)符合J GJ 63 混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
4) 外加劑:由于混凝土外加劑用量較小,能夠明顯改善混凝土的性能,并節(jié)約水泥,提高工效,所以使用較普遍。使用外加劑應(yīng)注意不僅要遵守GB J119 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的規(guī)定,還應(yīng)通過試驗(yàn)確定外加劑混凝土的專用施工配合比。
5) 為調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度等級(jí),節(jié)約水泥,改善混凝土拌合物的性能,須在混凝土中摻入粉煤灰等摻合料,其質(zhì)量應(yīng)符合GB 1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰的規(guī)定。
2. 3 配合比的設(shè)計(jì)計(jì)算
按照工程項(xiàng)目提出的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和技術(shù)要求,根據(jù)原材料的檢驗(yàn)結(jié)果和施工條件,并以實(shí)踐工作中總結(jié)出來的技術(shù)參數(shù)(沒有時(shí)可參考標(biāo)準(zhǔn)或其他資料) 進(jìn)行配合比的計(jì)算工作。具體方法有兩種,即絕對(duì)體積法和假定容重法?，F(xiàn)在重點(diǎn)介紹假定容重法,是指計(jì)算砂石用量時(shí)是以假設(shè)每m3 混凝土的重量為依據(jù)的。由于新疆地區(qū)混凝土主要是使用卵石,故計(jì)算中以卵石為準(zhǔn),混凝土試驗(yàn)和配合比中的骨料均以干燥狀態(tài)為準(zhǔn)。
首先根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)f cu , k和標(biāo)準(zhǔn)差σ(混凝土強(qiáng)度等級(jí)不大于C25 時(shí)不小于2. 5 MPa ,混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C30時(shí)不小于3. 0 MPa ;無統(tǒng)計(jì)資料時(shí)按國(guó)標(biāo)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定取用) 計(jì)算混凝土的配制強(qiáng)度f cu , o ≥f cu , k +1. 645σ;然后根據(jù)混凝土的配制強(qiáng)度f cu , o和水泥的實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)f ce及回歸系數(shù)αa ,αb 計(jì)算水灰比:
W/ C =αaf ce/ ( f cu , o +αaαbf ce)
= 0. 48 f ce/ ( f cu , o + 0. 48 ×0. 33 f ce)
= 0. 48 f ce/ ( f cu , o + 0. 158 f ce) 。
計(jì)算水灰比如小于J GJ 552000 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定的最大值,則可以采用。知道了水泥灰就可以根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》給出的用水量參考數(shù)據(jù)或自己的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出水泥用量。
砂率是砂子的用量和砂石總重量之比,當(dāng)無使用經(jīng)驗(yàn)時(shí)可參考《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》給出的參考值。
最后按假定容重法計(jì)算砂石的重量,假定容重的計(jì)算依據(jù)是以混凝土的容重為單位體積中的水、水泥、砂子、石子重量的總和,無經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),可取2 400 kg/ m3～2 480 kg/ m3 ,如加引氣劑或粉煤灰容重有所下降。
2. 4 試配
由于混凝土是多種材料組成的非勻質(zhì)材料,加上水泥是一種活性膠凝材料,所以計(jì)算出來的配合比是依據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算出來的理論數(shù)值,它與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件之間有較大的偏差,所以必須用生產(chǎn)中使用的各種原材料,通過混凝土的試配來檢驗(yàn)計(jì)算出來的配合比性能是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
進(jìn)行試配,首先應(yīng)進(jìn)行試拌以檢查拌合物的性能。當(dāng)試拌得出的拌合物坍落度不能滿足要求或粘聚性和保水性不好時(shí),應(yīng)在保證水灰比不變的情況下,調(diào)整用水量和砂率直到符合要求。然后提出供混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)用的基準(zhǔn)配合比。
混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)至少應(yīng)采用三個(gè)不同配合比,一個(gè)是基準(zhǔn)配合比,另外兩個(gè)配合比的水灰比比基準(zhǔn)配合比分別增加和減少0. 05 ;用水量不變,砂率分別增加和減少1 %。當(dāng)不同水灰比的混凝土拌合物坍落度與要求值的差超過允許偏差時(shí),可通過增、減用水量進(jìn)行調(diào)整?；炷翉?qiáng)度試驗(yàn)時(shí),每種配合比至少應(yīng)制作一組試件標(biāo)養(yǎng)到28 d 時(shí)試壓。
2. 5 配合比的調(diào)整與確定
通過前面的試配工作,要對(duì)基準(zhǔn)混凝土配合比作二次修正(強(qiáng)度修正和容重修正) ,才能最終確定實(shí)際使用的施工配合比。
根據(jù)試驗(yàn)得出的混凝土28 d 強(qiáng)度與其對(duì)應(yīng)的灰水比( C/ W)關(guān)系,用作圖法或計(jì)算法求出與配制強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的灰水比,用此灰水比的倒數(shù)(水灰比) 重新計(jì)算出來的配合比就是經(jīng)過強(qiáng)度修正的配合比。先計(jì)算根據(jù)試配結(jié)果對(duì)應(yīng)水灰比的實(shí)測(cè)容重與假定容重的比值K ,再將每種材料用量均乘以修正系數(shù)K ,即得出最終的施工配合比。
3 混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
1) 計(jì)算混凝土容重時(shí)不考慮外加劑的質(zhì)量。
2) 混凝土試配時(shí)盡量采用人工攪拌,這樣可避免因機(jī)械攪拌粘漿所產(chǎn)生的誤差,振搗采用振動(dòng)臺(tái)比較可靠。
3) 當(dāng)混凝土實(shí)測(cè)容重與假定容重之差不超過假定容重值的2%時(shí)可不進(jìn)行容重修正。
參考文獻(xiàn):
[1]王有德,宋平興. 氣密性混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)分析[J ] .山西建筑,2003 ,29 (15) :50.
[2]劉毅，王國(guó)棟. 高性能混凝土路面配合比設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題[J]. 山西建筑,2005,31(9):127
