摘 要:提出了混凝土配合比设计的基本原则,详细地阐述了混凝土配合比设计的步骤,并指出了混凝土配合比设计中应注意的问题,从而设计出最佳混凝土配合比。
关键词:普通混凝土,配合比,基本原则,设计试配
中图分类号: TU528. 1 文献标识码:A
普通混凝土是指以普通水泥为胶凝材料,加砂子、石子、水以及外加剂(有时还要加掺合料) ,按一定比例配制,经过搅拌、捣实成型、养护硬化而成的一种人造石材。由于它具有原材料资源丰富、生产工艺简单、性能良好、价格低廉的特点,并且具有较高强度和耐久性,便于浇筑成各种形状的构件或整体结构,能与钢筋结合成坚固、抗振的钢筋混凝土结构,所以一直是建筑工程中广泛应用的建筑材料。由于混凝土是一种由多种成分组成的非匀质性材料,其生产工艺又包括配制、搅拌、振捣和养护等过程,加上水泥是一种活性材料。因此,原材料的质量因素和生产工艺中的某些环节都对其性能和质量有很大的、不可忽视的影响。混凝土配合比设计的目的就是要考虑到上述种种因素,提出施工中应用的最佳混凝土配合比。
1 混凝土配合比设计的基本原则
1. 1 坚固性
坚固性是指混凝土的强度指标,因为混凝土的质量在目前是以抗压强度指标为主要依据的。影响混凝土抗压强度的因素很多,主要有水泥强度等级及水灰比、骨料种类及级配、施工条件等。
1) 水泥强度等级:水泥强度等级大致代表了水泥的活性,即在相同配合比的情况下,水泥强度等级越高,混凝土的强度等级也越高。在混凝土配合比设计中,主要从经济合理的角度来选择水泥强度等级,如果对水泥强度等级和品种没有选择的余地,那只能靠在配合比设计中调整比例,掺加外加剂等综合性措施加以解决。
2) 水灰比:混凝土单位体积中所用水的重量和水泥的重量比被称为水灰比。水灰比越大,混凝土的强度越低,为此,在满足和易性的前提下,混凝土用水量越少越好,这是混凝土配合比设计中的一条基本原则。
3) 骨料的种类及级配:砂子、石子在混凝土中起骨架作用,因此统称骨料。砂石由石材的品种、颗粒级配、含泥量、坚固性、有害物质等指标来表示它的质量。砂石质量越好,配制的混凝土质量越好。当骨料级配良好,砂率适中时,由于组成了密实骨架,可使混凝土获得较高的强度。
4) 施工条件:如果施工条件较好,并有一定的管理措施时,可适当降低混凝土的坍落度;反之,如现场施工条件较差时,应适当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条件下,确保混凝土拌合物成分均匀,在成型过程中满足振动密实的混凝土性能。常用坍落度和维勃稠度来表示。
不同类型的构件,对和易性的要求在施工验收规范中已有规定,但还要结合施工现场的设备条件和管理水平来确定。影响混凝土和易性的因素很多,但主要一条就是用水量。增加用水量,混凝土的坍落度是增加了,但是混凝土的强度也下降了。因此,采用使用减水剂的方法成了改善混凝土和易性最经济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来及内部被侵蚀破坏的能力,新疆(北疆) 地处严寒地带,夏季炎热干燥,冬季严寒多雪,混凝土受大气的侵蚀很严重,所以,施工验收规范对最大水灰比和最小泥用量都作了规定,但是仅仅执行这些规定还不能完全满足耐久性的要求。为了提高混凝土的耐久性,就必须在配合比设计中考虑采取相应的措施,如水泥品种和强度等级的选择,砂石级配和砂率的调整,但最主要的是用混凝土外加剂和掺合料来提高混凝土的耐久性。
1. 4 经济性
混凝土配合比的设计应在保证质量的前提下,省工省料才是最经济的。水泥是混凝土中价值最高的材料,节约水泥用量是混凝土配合比设计中的一个主要目标,但必须是采用合理的措施达到综合性的经济指标才是行之有效的。首先,使用混凝土外加剂和掺合料,使用减水剂既可以改善混凝土的和易性,也可以达到节约水泥的目的,掺加粉煤灰可以代替部分水泥,并改善混凝土的性能。其次,加强技术管理,提高混凝土的匀质性。最后,根据当地的砂石质量情况采用合理砂率和骨料级配。
2 混凝土配合比设计的步骤
2. 1 熟悉现行的规范和技术标准
普通混凝土配合比设计的方法和步骤,应该遵守国家建设部发布的行业标准J GJ 5522000 普混凝土配合比设计规程。该标准规定了配合比设计应分三个步骤。
1) 配合比的设计计算;2) 试配;3) 配合比的调整与确定。该标准给出了许多全国性统一用的技术参数,如混凝土试配强度计算公式、混凝土用水量选用表、混凝土砂率选用表等。此外,配合比设计还必须掌握GB 5020422002 混凝土结构工程施工及验收规范和GB J107287 混凝土强度检验评定标准。
2. 2 原材料的准备和检验
混凝土由四种材料组成:水泥、砂子、石子和水。目前又增加了第五种材料(外加剂和掺合料) 。这些材料都有质量检验标准,通过检验对照标准,就可以知道材料的性能了。
1) 水泥:水泥使用前,除了应持有生产厂家的合格证外,还应作强度、凝结时间、安全性等常规检验,检验合格方可使用。
2) 砂石为粗细骨料,主要检验含泥量、颗粒级配等指标。
3) 水:拌制混凝土宜采用饮用水,当采用其他水源时,水质应符合J GJ 63 混凝土拌合用水标准的规定。
4) 外加剂:由于混凝土外加剂用量较小,能够明显改善混凝土的性能,并节约水泥,提高工效,所以使用较普遍。使用外加剂应注意不仅要遵守GB J119 混凝土外加剂应用技术规范的规定,还应通过试验确定外加剂混凝土的专用施工配合比。
5) 为调节混凝土强度等级,节约水泥,改善混凝土拌合物的性能,须在混凝土中掺入粉煤灰等掺合料,其质量应符合GB 1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰的规定。
2. 3 配合比的设计计算
按照工程项目提出的混凝土强度等级和技术要求,根据原材料的检验结果和施工条件,并以实践工作中总结出来的技术参数(没有时可参考标准或其他资料) 进行配合比的计算工作。具体方法有两种,即绝对体积法和假定容重法。现在重点介绍假定容重法,是指计算砂石用量时是以假设每m3 混凝土的重量为依据的。由于新疆地区混凝土主要是使用卵石,故计算中以卵石为准,混凝土试验和配合比中的骨料均以干燥状态为准。
首先根据混凝土设计强度等级f cu , k和标准差σ(混凝土强度等级不大于C25 时不小于2. 5 MPa ,混凝土强度等级不小于C30时不小于3. 0 MPa ;无统计资料时按国标《混凝土结构工程施工及验收规范》的规定取用) 计算混凝土的配制强度f cu , o ≥f cu , k +1. 645σ;然后根据混凝土的配制强度f cu , o和水泥的实际强度等级f ce及回归系数αa ,αb 计算水灰比:
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) 。
计算水灰比如小于J GJ 552000 普通混凝土配合比设计规程规定的最大值,则可以采用。知道了水泥灰就可以根据《普通混凝土配合比设计规程》给出的用水量参考数据或自己的经验数据计算出水泥用量。
砂率是砂子的用量和砂石总重量之比,当无使用经验时可参考《普通混凝土配合比设计规程》给出的参考值。
最后按假定容重法计算砂石的重量,假定容重的计算依据是以混凝土的容重为单位体积中的水、水泥、砂子、石子重量的总和,无经验数据时,可取2 400 kg/ m3～2 480 kg/ m3 ,如加引气剂或粉煤灰容重有所下降。
2. 4 试配
由于混凝土是多种材料组成的非匀质材料,加上水泥是一种活性胶凝材料,所以计算出来的配合比是依据过去的经验参数计算出来的理论数值,它与现场生产条件之间有较大的偏差,所以必须用生产中使用的各种原材料,通过混凝土的试配来检验计算出来的配合比性能是否能够达到设计要求。
进行试配,首先应进行试拌以检查拌合物的性能。当试拌得出的拌合物坍落度不能满足要求或粘聚性和保水性不好时,应在保证水灰比不变的情况下,调整用水量和砂率直到符合要求。然后提出供混凝土强度试验用的基准配合比。
混凝土强度试验时至少应采用三个不同配合比,一个是基准配合比,另外两个配合比的水灰比比基准配合比分别增加和减少0. 05 ;用水量不变,砂率分别增加和减少1 %。当不同水灰比的混凝土拌合物坍落度与要求值的差超过允许偏差时,可通过增、减用水量进行调整。混凝土强度试验时,每种配合比至少应制作一组试件标养到28 d 时试压。
2. 5 配合比的调整与确定
通过前面的试配工作,要对基准混凝土配合比作二次修正(强度修正和容重修正) ,才能最终确定实际使用的施工配合比。
根据试验得出的混凝土28 d 强度与其对应的灰水比( C/ W)关系,用作图法或计算法求出与配制强度相对应的灰水比,用此灰水比的倒数(水灰比) 重新计算出来的配合比就是经过强度修正的配合比。先计算根据试配结果对应水灰比的实测容重与假定容重的比值K ,再将每种材料用量均乘以修正系数K ,即得出最终的施工配合比。
3 混凝土配合比设计中应注意的问题
1) 计算混凝土容重时不考虑外加剂的质量。
2) 混凝土试配时尽量采用人工搅拌,这样可避免因机械搅拌粘浆所产生的误差,振捣采用振动台比较可靠。
3) 当混凝土实测容重与假定容重之差不超过假定容重值的2%时可不进行容重修正。
参考文献:
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