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普通混凝土配合比设计注意事项 (朱占军)

添加日期:2014/6/19 15:46:41   作 者:  来源:   浏览次数:
普通混凝土配合比设计注意事项
朱占军
混凝土技术服务组
 
摘 要:
 
普通混凝土由水泥、掺合料、外加剂、砂、石、水6大原材料组成,每种原材料都发挥着各自特有且不可替代的作用。文章分析探讨了普通混凝土配合比设计中值得注意的几个问题,并提出了相应的防治措施,以使混凝土的配合比达到工程要求。
 
关键词:普通混凝土;配合比;设计;
 
1 配合比设计方法
 
在我国现行配合比设计规范中,JG J55-2011《普通混凝土配合比设计规程》是经常使用的配合比设计方法之一。在JG J55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中,对普通混凝土配合比设计的基本思路和参数进行了规定,该规程依据大量试验的统计结果,按照水灰比法则进行混凝土的配合比设计,因此,该规程适用于普通混凝土配合比设计。而对与特种混凝土、高强混凝土,则强调在经验的基础上,必须用工程所使用的材料通过多次重复试验,最终选择合适的材料和配合比。
 
2 混凝土配合比设计中的一些问题
 
2.1 基本要求
    ⑴ 强度等级。混凝土结构设计要求的强度等级和混凝土配制强度。
    ⑵ 和易性。施工方面要求的混凝土拌合物具有足够的坍落度、良好的和易性、可塑性、不易产生离析现象。
    ⑶ 耐久性。保证在自然环境和使用条件下的耐久性(如:抗冻等级、抗渗等级和抗化学侵蚀性)。
    ⑷ 在保证以上3项材料性质的前提下,尽量做到节约水泥和降低成本,符合经济原则。
    2.2 主要控制参数
    ⑴ 水灰比。水与水泥之间的比例关系。
    ⑵ 单位用水量。1m3混凝土的用水量。
    ⑶ 砂率。砂与石的比例关系。
    这3个参数与混凝土配合比设计基本要求密切相关,水灰比的大小直接影响混凝土的强度和耐久性;用水量的多少是控制混凝土拌合物流动性大小、粘性的重要参数;砂率反映砂石的配合关系,砂率对混凝土的影响主要体现在和易性。
    2.3 外加剂掺量的确定
外加剂的最佳掺量是获得最好技术经济效果的重要因素。不同类型的外加剂各具特性,都有各自的适宜掺量范围和限值,规范中建议确定外加剂掺量的原则是:在满足混凝土性能要求的前提下,采用最低掺量。最重要的是首先满足混凝土性能要求这一前提,而不是外加剂推荐掺量的低限。    
2.4 掺合料的选择与掺量
不同的掺合料具有不同的性质,活性掺合料的使用不仅可改善混凝土的性能,对混凝土成本的控制亦有不可忽视的影响。以常用的II级粉煤灰、矿粉为例,II级粉煤灰的需水量比一般为105%,矿粉的需水量比一般为95%,因此,使用不同的掺合料和不同的掺加比例对混凝土的用水量将产生不同的影响。另外,不同的掺合料品种、掺加量对混凝土的和易性、强度等产生不同的影响,使用时应根据对混凝土的质量要求和经济指标加以选择。
    2.5 用水量的选用
    用水量是混凝土配合比设计中的一个重要参数,决定混凝土用水量大小的往往是混凝土的工作性而不是水泥水化的需要。理论上,达到水泥完全水化时的最小水灰比为0.23左右,而对绝大部分混凝土来讲,其用水量远比理论值要高。多余的水分一部分作为毛细水存在于毛细孔内,而其他的水蒸发后在混凝土内留下孔隙,对混凝土的性能产生不利影响。
    在相同的工作性前提下,混凝土用水量的大小取决于外加剂的性能与掺量、胶凝材料的需水量、砂子的细度模数、石子的最大粒径、掺合料的品种及掺量等。
    2.6 水灰比法则的局限性
随着水泥技术的发展、外加剂水平的提高以及活性掺合料的普及使用,水灰比法则的适用性越来越表现出其局限性。有人用32.5级与42.5级水泥,也有人用42.5与52.5级水泥分别配制高强混凝土,得到的结果均显示不出差异;因此,必须了解混凝土组成材料的基本性质和各种材料之间的相互影响,以及合理使用材料,综合、全面地对混凝土配合比进行优化设计。
 
3 材料的合理使用
 
    混凝土组成的每种材料都有其特性,而且不同的产品规格和不同生产厂家所生产的产品特点也不相同。在进行混凝土配合比设计和使用材料时,就必须充分考虑所使用材料的特性,做到经济、合理使用每种材料,配制出技术经济指标俱佳的混凝土。
    3.1 水泥
    我国的水泥分类有很多种,如,P.O、P.S、P.P、P.F、P.C、P.I、P.II等,常用的水泥有P.O水泥(普通硅酸盐水泥)、P.S水泥( 矿渣硅酸盐水泥)、P.C水泥( 复合硅酸盐水泥)等。在进行混凝土配合比设计时,应根据混凝土性能的要求选用适当的、当地水泥品种,同时,根据外加剂、掺合料的性质确定合理的掺量,尽量降低水泥用量。
水泥是决定混凝土成本的主要材料,又起到粘结、填充等重要作用,所以水泥的选用格外重要。水泥的选用应以稳定、适应性良好为原则,尤其是对外加剂的适应性应给予足够的重视。稳定、适应性良好的水泥是确保混凝土质量和成本控制的前提。
3.2 外加剂
外加剂的使用越来越普及,其作用也日益重要。在选择合适的外加剂品种后,外加剂的掺量如何选择是决定混凝土各项指标的关键因素。如前所述,减水剂对混凝土的性能发挥着巨大作用,也是进行混凝土配制时需重点考虑的因素。对于外加剂掺量,尤其是其中减水剂的掺量,首先应了解减水剂掺量与减水率的关系。减水剂必须达到一定的掺量其效果才比较明显,过低或过高的掺量都是不理想或不经济的。合适的外加剂掺量,可以控制用水量,在水灰比一定时降低水泥和掺合料的用量,从而达到使用较低的用水量和胶凝材料用量,满足混凝土性能指标和经济指标的双重要求。
    3.3 掺合料(粉煤灰)
    粉煤灰是煤粉燃烧后的熔融成分受急冷后得到的。用于混凝土的优质粉煤灰应是经风选设备分选出来的,其颗粒以光滑玻璃微珠为主。部分置换水泥后,达到同样的工作性时,混凝土的用水量可以降低,同时混凝土的流动性大大改善。粉煤灰在结构混凝土中,可置换水泥量高达60%,且不管是新拌混凝土还是硬化混凝土,都具有优越的性能。掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处是增大浆体的体积,用粉煤灰等量代替水泥,粉煤灰的体积要比水泥约大30%; 再根据强度要求,用粉煤灰超量代替水泥时,多加的粉煤灰增大了细粉含量;但是,为了达到标准要求而采取磨细的方法得到的粉煤灰,虽细度等指标满足了标准的要求,但其中的玻璃微珠被破坏,这不仅不会降低混凝土的用水量,而且会增加混凝土的粘度,尤其是配制高强混凝土时更为明显。当使用粉煤灰时,不能只用粉煤灰取代水泥而不改变配合比,而是要根据混凝土达到一定的目标强度和工作性时,根据粉煤灰掺量和水胶比的关系来确定混凝土的配合比。
对于高钙、高硫粉煤灰,用其配制的混凝土强度较高,混凝土的早期强度提高尤为明显。但对该种粉煤灰的掺量应注意,过高时可能会影响混凝土的体积稳定性。
    3.4 骨料
     配合比设计应以干燥状态骨料为基准,细骨料含水率应小于0.5%,粗骨料含水率应小于0.2%。优质的骨料对混凝土的性能具有明显的改善作用,不同混凝土对骨料的要求不同。规范中对砂子的级配、细度模数、含泥量、泥块含量等有明确的要求,一般在配制强度等级较低的混凝土时,使用偏细的砂子有助于改善混凝土的和易性,而配制强度等级较高的混凝土时,适宜使用较粗的砂子。砂子的级配影响混凝土的和易性,尤其是对混凝土流动性能的影响更为显著。在使用质量较差的砂子配制混凝土时,应对混凝土的配合比进行适当调整,如,调整砂率、外加剂掺量、胶凝材料用量和用水量等。过细的砂子对混凝土的收缩不利,容易引起混凝土的开裂,而且增加混凝土的成本。同样,石子对混凝土的影响也不容忽视。用级配合理的石子配制的混凝土具有良好的流动性,混凝土的工作性容易保证。另外,配制高强度等级的混凝土时,石子的种类和最大粒径应适当控制。碎石优于卵石,一方面碎石中风化石很少,另一方面碎石的表面粗糙,与水泥浆的结合力更大。用粒径较小的石子配制的混凝土比用大粒径石子配制的混凝土强度略高。与普通混凝土相比,高强混凝土的强度对界面更敏感。用小粒径石子时,由于比表面相对大,水泥浆体和单个石子界面的过渡层周长和厚度都小,难以形成大的缺陷,有利于界面强度的提高。同时,石子粒径越小,石子本身缺陷的几率越小。
 
4 结论
 
    ⑴ 配制性能优良的混凝土是一项系统工程,应根据原材料情况和混凝土的技术要求进行系统设计、验证。
    ⑵ 原材料的选择和合理使用,对配合比的设计和混凝土的性能至关重要,只有正确地选材和合理使用材料才有可能配制出技术和经济指标都满意的混凝土。
    ⑶ 在混凝土配合比设计中,用水量和外加剂的掺量以及活性掺合料的合理匹配是确保混凝土技术指标和降低成本的有效途径。适当降低用水量对混凝土的长期性能和成本控制都是有利的。
⑷ 每种材料的性质及其对新拌混凝土和硬化混凝土性能的影响,必须经过试验确认,并根据使用环境、工艺要求等灵活掌握。
 
参考文献
 
[1] JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程[S]. 2011.
[2] GB8076-2008 混凝土外加剂[S].2008.

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