自密實混凝土配合比設計方法

自密實混凝土配合比設計方法

0自虛實混凝土配合比設計中存在的問題混凝土配合比的設計是混凝土建筑材料中最基本的問題。jgj55-2000的國家行業(yè)標準對普通混凝土的制備作出了詳細規(guī)定。隨著混凝土材料科學的不斷發(fā)展,適用于普通混凝土的配合比設計規(guī)程已經(jīng)不能滿足其他類型混凝土在材料和性能上的高要求。自密實混凝土是一種新型高性能混凝土,它具有優(yōu)良的變形能力,能夠完全依靠自重作用自由流淌,同時具有足夠的黏聚性防止離析泌水,拌合物均勻密實,硬化后具有良好的力學和耐久性能。雖然目前國內(nèi)在自密實混凝土配制技術上已取得很大進步,但迄今為止還沒有形成一種大家普遍認可、遵守的自密實混凝土設計規(guī)范或規(guī)程。因此,總結已有文獻成果,進行自密實混凝土配合比設計方法研究是很必要的。1自虛實混凝土的基礎參數(shù)優(yōu)化普通混凝土配合比設計方法需要合理確定水灰比、單位用水量和砂率3個基本參數(shù)的值,進而通過3個參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系得出水泥、水、砂和石子這4項組成材料的實際用量。該方法是以經(jīng)驗為基礎的半定量設計方法。在水灰比、單位用水量和砂率這3個參數(shù)中,除水灰比是通過公式計算確定外,其他兩參數(shù)均需查表選擇。這些表中的控制因素只涉及了石子最大粒徑、坍落度和水灰比3個方面,沒有考慮高效減水劑和礦物摻合料對混凝土各方面性能的調節(jié)作用。對水灰比和坍落度的范圍也有所規(guī)定(適用于水灰比0.4~0.8,坍落度10~60mm的混凝土),顯然,這么小的坍落度已經(jīng)不能滿足自密實混凝土的大流動性要求,而水灰比過大則不利于自密實混凝土滿足抗離析性和耐久性要求。況且,適用于普通混凝土的水灰比定則未必對自密實混凝土同樣有效。2混凝土的匹配比設計2.1減水劑用量的確定它由黃兆龍博士提出,主要步驟如下:(1)使粉煤灰、砂、碎石三種固態(tài)材料達到最密實堆積狀態(tài)(通過試驗確定),由此求出最小孔隙Vv;(2)由Vp=nVv確定水泥漿體積即用漿量(n為漿體富余系數(shù));(3)通過l-Vp即固態(tài)實體總體積及其組成材料的比例求出粉煤灰、砂、石的用量;(4)由水膠比確定水泥用量和不使用減水劑時水的用量;(5)根據(jù)膠凝材料(水泥、粉煤灰)用量求出減水劑的用量,進而求出加入減水劑后水的實際用量。該方法由于使混凝土中固態(tài)材料處于最密實堆積狀態(tài),有利于提高強度和耐久性,采用粉煤灰和減水劑雙摻可以增大拌合物的流動性,但畢竟用漿量太小,不能滿足自密實混凝土對拌合物自流平的高要求。2.2混凝土配合比它由陳建奎教授提出,主要觀點為:(1)混凝土各組成材料(包括固、氣、液三相)具有體積加和性;(2)石子的孔隙由干砂漿填充;(3)干砂漿的孔隙由水填充;(4)干砂漿由水泥、細摻料、砂和孔隙組成?；炷馏w積模型如圖1所示。該方法是一種定量設計法,它推導出了高性能混凝土單方用水量和砂率的計算公式。但是采用該方法往往砂率較小而粗骨料用量較多,可以節(jié)省膠凝材料但對拌合物的流動性不利。它由廉慧珍教授提出,不同于以往的強度準則設計配合比,而是按耐久性要求確定水灰比(參照表1);同時采取相應技術路線在原材料控制、拌合物制備和整個施工過程中確?；炷恋膭蛸|性,以期達到使用環(huán)境下的耐久性。配合比的計算采用吳中偉院士提出的簡易絕對體積法,其原理和“逆填配合比法”有相似之處。3自致密混凝土的配合比設計3.1砂用量和漿體含量計算文獻都曾介紹固定砂石體積含量法,簡要計算步驟如下:(1)設定每立方米混凝土中石子的松堆體積為0.5~0.55m3,得到石子用量和砂漿含量;(2)設定砂漿中砂體積含量為0.42~0.44,得到砂用量和漿體含量;(3)根據(jù)水膠比和膠凝材料中的摻合料比例計算得到用水量和膠凝材料總量,最后由膠凝材料總量計算出水泥和摻合料各自的用量。但水膠比和摻合料的用量如何確定沒做具體規(guī)定。該方法在保證強度的基礎上,體現(xiàn)了按工作性要求設計自密實混凝土的原則。認為粗骨料的體積含量和砂在砂漿中的體積含量是影響拌合物流動性的重要參數(shù),這種認識將自密實混凝土從工作性上與其他混凝土區(qū)別開來,但這兩個參數(shù)取值的確定過于籠統(tǒng)和經(jīng)驗化,由于自密實混凝土對于原材料的質量變化十分敏感,筆者認為,應該針對具體材料具體確定某一參數(shù)的取值。3.2摻合料用量它由臺灣學者NanSu提出,基本原則是用膠凝材料漿體填滿松散堆積的骨料間隙,配合比的計算仍然采用體積法,這和以往方法沒有太大區(qū)別。其創(chuàng)新之處在于提出密實印數(shù)的概念來控制自密實混凝土中骨料用量,進而控制拌合物的流動性和密實性。該方法的不足之處有二,一是忽略了粉煤灰等礦物摻合料對自密實混凝土抗壓強度的貢獻,這對混凝土的經(jīng)濟性和耐久性不利,因為當配制高強度混凝土時勢必極大增加水泥用量,因而該方法只適于配制中低強度自密實混凝土。二是總用水量為各種膠凝材料需水量之和,水泥中的水用水灰比衡量提供強度和流動度,而摻合料中的水只用來使摻合料漿體達到與水泥漿相同的流動度?；炷林械乃且粋€整體,人為地將其分解成單獨發(fā)生作用的幾個部分,這樣簡化有悖于事實,而且忽視了礦物摻合料對水泥和減水劑相容性的改善作用,也沒有考慮到不同種類摻合料復合使用時的疊加效應。3.3混凝土配合比設計國內(nèi)對自密實混凝土配合比設計方法的研究還有其他3類:第1類是采用正交試驗或所謂的“析因法”思想研究膠凝材料總量、礦物材料摻量、砂率、水膠比、漿體體積及外加劑摻量等不同因素對于混凝土工作性和強度的影響,確定各參數(shù)的合理用量范圍,再按普通混凝土配合比設計方法進行配合比計算;第2類是直接引用高性能混凝土配合比計算的一些方法(如全計算法)或改進的全計算法;第3類是純粹的試配法,即以經(jīng)驗數(shù)據(jù)為基礎確定單位粗集料用量、用水量和膠凝材料用量,單位細集料體積等于總體積減去其他材料體積,在此基礎上確定初始配合比進行試配,檢驗工作性和抗壓強度,之后經(jīng)過調整得到最終配合比。4參數(shù)法設計致密混凝土的合作比4.1膠凝材料凈漿抗辯機理混凝土是多種原材料組成的混合物,進行配合比設計時可以定義若干參數(shù)作為不同原材料對混凝土的不同影響因素,在此基礎上聯(lián)立方程求解得到各種材料的最終用量。參數(shù)法共涉及4個參數(shù):粗骨料系數(shù)α用于計算石子用量;砂撥開系數(shù)β用于計算砂用量;摻合料系數(shù)γ和水膠比W/B反映了膠凝材料凈漿的組成,高效減水劑的用量視拌合物的工作性要求而定,不參與配合比計算。在這4個參數(shù)中,α、β分別體現(xiàn)了粗、細骨料對于混凝土性能的不同影響,它們同時還決定了砂率值、漿骨比和砂在砂漿中的體積含量,比單獨使用這3個參數(shù)意義更豐富,控制作用更強。而且,選定α、β的值后可以直接計算出粗細骨料的用量,有利于配合比的定量化設計。γ的取值采取國標規(guī)定的凈漿流動度試驗,一方面檢驗水泥和摻合料與高效減水劑的相容性,另一方面確定摻合料系數(shù)γ,這就避免了在配制混凝土時因盲目地選擇減水劑和摻合料而造成拌合物工作性不良,從而起到事半功倍的效果。水膠比W/B的確定綜合考慮混凝土的流動性、強度、耐久性等方面的要求(可參考表1),并選擇這些方面規(guī)定中的最小值。4.2材料密度g用參數(shù)法設計自密實混凝土配合比的流程圖見圖3。其中:Pg′:石子孔隙率;!g′:石子堆積密度,(kg/m3);ρg:石子表觀密度,(kg/m3);Ps′:砂孔隙率;ρs′:砂堆積密度,(kg/m3);ρs:砂表觀密度,(kg/m3);ρF:摻合料密度,(kg/m3);ρc:水泥密度,(kg/m3);ρB:膠凝材料密度,(kg/m3);αs:砂在砂漿中的體積含量;ρ測:拌合物的實測表觀密度,(kg/m3);ρ計:拌合物的計算表觀密度,(kg/m3)。5自虛實混凝土時不照照綜合分析國內(nèi)現(xiàn)有的各種混凝土