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混凝土配合比的设计与优化选择

2018-11-06王亚阁

中小企业管理与科技 2018年5期
关键词:易性砂率水胶

王亚阁

(1.北京翔鲲水务建设有限公司,北京100085;2.北京碧波立业技术检测有限公司,北京100085)

1 引言

混凝土作为重要的建筑施工材料,多用于建设工程的重要部位,优化设计混凝土配合比,不仅对于保证工程质量和便于工程施工具有重大意义,而且从节约材料方面具有很大的经济意义。

2 混凝土配合比设计概述及原材料选择

混凝土是由水泥、砂子、石子及水等构成,混凝土中各组成材料之间的比例关系称为混凝土配合比,确定这种数量比例关系的工作,称为混凝土配合比设计。混凝土配合比设计是实现预拌混凝土性能的一个重要过程,也是保证预拌混凝土质量的重要环节。混凝土施工配合比是以试验配合比为基础确定的,而试验配合比是在确定了混凝土试配强度后,按照规范进行设计确定。

2.1 混凝土配合比设计依据

混凝土配合比,参照现行《普通混凝土配合比设计规程》[1](JGJ55-2011),并应通过设计和试配确定。试配时应使用施工中实际采用的原材料,配制的混凝土拌合物的和易性、凝结时间等应满足《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[2](GB/T 50080-2016)中相应条款的要求,制成的混凝土试件应符合强度、耐久性等质量要求。

2.2 混凝土配合比设计要求

混凝土配合比设计应满足以下四项基本要求[3],即:①满足结构设计的强度等级要求和混凝土试配强度;②满足混凝土施工所要求的坍落度、和易性;③满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求;④符合经济性原则,即节约水泥以降低混凝土成本。

2.3 原材料的选择

2.3.1 水泥

水泥是决定混凝土强度等级的主要胶凝材料,具有粘结和填充粗骨料空隙的作用,同时为了降低成本,应在强度满足施工要求的条件下,尽量减少水泥用量。本次设计选用河北燕新P.O 42.5水泥,所检指标符合相关规范中的技术要求。

2.3.2 骨料

骨科必须坚硬、致密、耐久、无裂隙。混凝土的细骨料:粒径在0.16~5mm之间的骨料。按形成条件分为天然砂、人工砂;按细度模数分为粗砂、中砂、细砂和特细砂。本次设计选用的是涞水天然砂,中砂,含泥量≤3%。混凝土的粗骨料:粒径大于5mm的骨料。普通混凝土常用卵石和碎石作粗骨料。本次设计选用的是涞水5~25mm连续级配的碎石,含泥量≤1%。

2.3.3 掺合料

掺合料包括粉煤灰和矿粉,混凝土中加入掺合料能降低混凝土的水化热,防止出现裂缝,同时还能减少胶凝材料中水泥用量,节约成本。本次设计选用的是Ⅱ级F类粉煤灰和S95级高炉矿渣粉。

2.3.4 外加剂

为了提高混凝土的施工性能、加快施工进度,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剂。本次设计选用的是聚羧酸高性能减水剂。

2.4 混凝土配合比设计原则

混凝土配合比设计就是确定水泥、水、砂与石用量之间的比例关系。水胶比、单位用水量和砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数。基本参数确定的原则:在满足混凝土强度和耐久性的基础上,确定混凝土的水胶比,在满足混凝土施工要求的和易性基础上,根据粗骨料的种类和规格确定单位用水量;砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

3 混凝土配合比计算

混凝土配合比设计,以计算1m3混凝土中各组成材料用量为基准,计算时骨料应以干燥状态为准。本文以C25混凝土配合比为例进行设计、计算。

3.1 确定试配强度

当混凝土的设计强度等级小于C60时,试配强度应按下式确定:

式中:fcu,0——混凝土配制强度(MPa);

fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值,取混凝土的设计强度等级值(MPa);

σ——混凝土强度标准差(MPa)。

当设计强度等级为C25时,σ取5.0,经计算得,试配强度为33.2MPa。

3.2 计算水胶比

当混凝土的设计强度等级小于C60时,混凝土水胶比宜按下式计算:

式中:W/B——混凝土水胶比;

αα,αb——回归系数,按规范分别取0.53、0.20;

fb——胶凝材料28d胶砂抗压强度(MPa)。

式中:γfγs——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数,查表分别取 0.85、1.00;

fce——水泥28d胶砂抗压强度(MPa)。

当水泥28d胶砂抗压强度(fce)无实测值时,可按下式计算:

式中:γc——水泥强度等级的富余系数,查表取1.16;

fce,g——水泥强度等级值(MPa)。

经计算,水胶比为0.59。

3.3 选取用水量(mw0)

3.4 胶凝材料用量(mb0)

经计算得,mb0=292kg/m3

3.5 水泥及掺合料用量

粉煤灰掺量为20.0%,则粉煤灰用量=292×20.0%=58kg/m3

矿粉掺量为20.0%,则矿粉用量=292×20.0%=58kg/m3

则水泥用量为176kg/m3

3.6 外加剂用量

外加剂掺量:βa=2.0%,则

经计算得,ma0=5.84kg/m3

3.7 选取砂率(βs)

根据碎石最大粒径25mm,水胶比0.59,及以往试配经验,选取砂率βs=44%。

3.8 确定砂石重量(质量法)

式中:mf0——每立方米混凝土的掺合料用量;

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——每立方米混凝土的细骨料用量;

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,经计算得,砂、石重量分别为852kg/m3、1084kg/m3。

3.9 设计理论配合比确定

表1 设计理论配合比

经试配,混凝土拌合物和易性良好,无泌水、离析现象,坍落度满足设计要求。因此,确定设计的理论配合比为基准配合比。

4 试配调整与配合比确定

4.1 配合比试拌

混凝土配合比优化设计应采用三个不同水胶比的配合比,另外两个宜较基准配合比的水胶比分别增加和减少0.05,用水量应与基准配合比相同,砂率可分别增加和减少1%,得到不同水胶比的配合比如表2所示。

表2 不同水胶比的配合比(单位:kg/m3)

4.2 试配结果

经试配,三个水胶比的配合比,拌合物的和易性良好,试配结果如表3所示,不同水胶比的28d抗压强度如图1所示。

根据试配结果,三组试配配合比抗压强度与水胶比有很好的相关性,试配编号为01的配合比,28d龄期抗压强度达不到配制强度要求;试配编号为02的配合比略大于配制强度;试配编号为03的配合比,水泥用量较大,不利于节约工程成本。因此,选用试配编号为02的配合比作为工程实际施工配合比。

表3 不同水胶比配合比试配结果

图1 不同水胶比的28d抗压强度值

混凝土配合比是决定混凝土强度的一项重要技术指标,合理的配合比设计应在符合相关规范中对强度、耐久性、和易性和经济性等要求的前提下,确定各种材料的用量,获得最为经济、适用的混凝土配合比。混凝土配合比优化设计是在理论、经验双重指导下的实践性过程,为了满足不同工程所需混凝土的要求,还应对混凝土配合比设计进行深入系统的研究,才能使其设计更加科学合理。

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