補償收縮混凝土配合比設計

補償收縮混凝土配合比設計1混凝土配合設計指標和依據(jù)在混凝土配合比設計之前，明確混凝土配合比的設計指標和依據(jù)至關重要，這直接關系到工程質量目標能否實現(xiàn)。補償收縮混凝土設計指標在工程設計文件或圖紙中有說明，設計依據(jù)則在設計或施工技術文件中有所注明。混凝土設計指標除應符合GB50164-2011《混凝土質量控制標準》外，還應符合設計和施工所要求的拌合物性能、力學性能、限制膨脹率、長期性和耐久性等?；炷僚浜媳仍O計依據(jù)一般采用JGJ/T178-2009《補償收縮混凝土應用技術規(guī)程》和JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》等相關標準。2混凝土配合比設計準備工作混凝土配合比設計準備工作是混凝土設計工作順利開展的前提條件，其中原材料選取、外加劑與膠凝材料相容性試驗是準備工作的重點。2.1原材料選取水泥應符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》或GB/T200-2017《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥》的規(guī)定。研究表明，水泥中鋁相、硫相以及水泥強度都會影響混凝土的膨脹性能，一般粒徑小和早期強度高的水泥膨脹小，使用時應予以注意。膨脹劑品質應符合GB/T23439-2017《混凝土膨脹劑》的規(guī)定，其使用應符合GB50119-2013《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》和JGJ/T178-2009中的規(guī)定，其中硫鋁酸鈣類和硫鋁酸鈣-CaO類膨脹劑作為膨脹源的補償收縮混凝土不能長期處于80℃以上，而CaO類膨脹劑則不受此限制，但CaO類膨脹劑不適用于海水或具有侵蝕性水的工程。其他外加劑應符合要求，其中不宜選用收縮率比偏大的外加劑?；炷翐胶狭弦话銥榉勖夯一虻V渣粉，其中粉煤灰應符合GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土的粉煤灰》的規(guī)定，由于粉煤灰中f-CaO含量過高時會對混凝土體積穩(wěn)定造成不良影響，故不得使用高鈣粉煤灰;礦渣粉應符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》的規(guī)定。混凝土用粗、細骨料和水應滿足要求，不得使用堿活性骨料。2.2外加劑與膠凝材料相容性試驗混凝土配合比試驗前應先將膠凝材料與外加劑進行相容性試驗，通過對水泥漿流動度變化和膠砂強度來驗證材料間的相互適應性，確定各種材料組合形式及最佳摻配比例。試驗方法參照JC/T1083-2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》，其中膨脹劑按推薦摻量等量替代水泥;膠砂強度按GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中水泥膠砂減水率試驗中規(guī)定的流動度進行強度測定。試驗中各種材料組合形式見表1。通過表1中A試驗，可獲得未摻膨脹劑的水泥漿中其他材料的最佳摻量及材料間的相容性。在A試驗基礎上進行B試驗，采用膨脹劑推薦摻量等量替代水泥，減水劑摻量在A試驗基礎上，按水泥漿流動度情況做適當調整，以得到減水劑在復摻情況下的最佳摻量，最終通過水泥漿中各材料間的相容性試驗結果及膠砂強度來判定所用材料是否可運用到工程中。3混凝土配合比設計混凝土配合比設計應按設計指標和依據(jù)，通過試配、調整后最終確定符合設計和施工要求的最優(yōu)配合比。補償收縮混凝土配合比設計除確定水膠比、用水量、膠材用量和砂率外，關鍵在膨脹劑或摻合料摻量不同的情況下，通過分析水膠比分別與混凝土強度、限制膨脹率、耐久性和長期性之間的關系，選出符合混凝土各項性能要求的最優(yōu)配合比。現(xiàn)以國內某大型水電站工程出線塔樓屋頂防水層C30UEA補償收縮混凝土配合比設計為例，介紹補償收縮混凝土配合比的設計方法、試驗內容分析及結果確定。3.1混凝土配合比設計指標根據(jù)圖紙設計說明和施工技術通知單的要求，結合JGJ/T178-2009和JGJ55-2011中的相關規(guī)定，C30UEA補償收縮混凝土技術指標及試驗參數(shù)控制要求見表2。通過表2可以明確混凝土的設計強度、級配、工作性、限制膨脹率、外加劑種類及摻量、水膠比、單位膠凝材料用量和強度保證率等，為準備階段的原材料選擇和試驗階段的參數(shù)控制提供依據(jù)。3.2選取混凝土配合比設計試驗參數(shù)通過對混凝土的水膠比、水泥用量、用水量、最優(yōu)砂率、摻合料和外加劑摻量的確定，可以獲得試拌混凝土的配合比參數(shù)，為后續(xù)試驗內容分析和結果確定提供依據(jù)。3.2.1水膠比和最小膠凝材料用量混凝土水膠比應選取符合所規(guī)定值中的最小值作為控制上限，并將該水膠比在設計規(guī)范中所對應的最小膠凝材料用量與規(guī)定的最小膠凝材料用量的最大值作為膠材用量的控制下限。以C30UEA補償收縮混凝土為例，按JGJ/T178-2009要求，水膠比不宜>0.50，按GB50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》和GB/T50476-2019《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》的要求，水膠比不宜>0.55，結合控制條件要求，該水膠比控制上限為0.50。JGJ/T178-2009中規(guī)定單位膠凝材料用量不宜<300kg·m-3，而JGJ55-2011中所對應的泵送混凝土最小膠凝材料用量不應<320kg·m-3，故該配合比最小膠凝材料用量<320kg·m-3。JGJ55-2011中計算水膠比宜按保羅米公式獲得，但錢曉倩、梁文泉等在《商品混凝土》中表示，由于現(xiàn)代混凝土與傳統(tǒng)混凝土在功能特性方面差異較大，且現(xiàn)代混凝土中普遍使用化學外加劑和礦物摻合料，使影響混凝土強度為主的實際水膠比與采用保羅米公式計算的水膠比相差較大，所以保羅米公式對現(xiàn)代混凝土配合比設計而言其使用意義不大，故水膠比采用經驗水膠比通過試驗獲得。3.2.2確定試拌用水量和最優(yōu)砂率首先按JGJ55-2011中參考用水量計算出未摻減水劑時滿足設計坍落度的用水量，再按減水劑的減水率來折減得到計算用水量;保持經驗水膠比不變，采用計算用水量、初選砂率、摻合料摻量、膨脹劑推薦摻量及其他外加劑最佳摻量等進行拌和，根據(jù)混凝土拌合物的坍落度、泌水和離析等情況適當調整用水量、初選砂率和減水劑摻量，使其滿足施工工作性要求;保持調整后的用水量不變，選擇坍落度最大時的砂率作為最優(yōu)砂率，再用最優(yōu)砂率找出混凝土滿足施工工作性要求的用水量，該用水量即為混凝土試拌用水量。3.2.3確定外加劑和摻合料的摻量減水劑摻量是通過減水劑與膠凝材料相容性試驗和混凝土試拌確定。補償收縮混凝土中摻入膨脹劑后，其減水劑的減水和保坍效果與不摻膨脹劑相比一般會變差，適當提高減水劑摻量和延長拌和時間可緩解上述現(xiàn)象。膨脹劑摻量應在廠家推薦摻量的基礎上，根據(jù)混凝土中其他摻合料的品種、摻量以及混凝土坍落度大小等進行適當調整，最終通過試驗確定。有資料顯示，當混凝土中粉煤灰摻量一定時，較小摻量的膨脹劑可提高混凝土自生體積變形膨脹量，但提高膨脹劑摻量時，混凝土自生體積變形的膨脹量將減小，所以補償收縮混凝土中復摻粉煤灰時要注意控制其摻量。3.3混凝土配合比試驗分析補償收縮混凝土試驗過程中，應先選取滿足混凝土配制強度的配比參數(shù)，在此基礎上進行限制膨脹率試驗，如有需要再根據(jù)滿足限制膨脹率的試驗參數(shù)進行諸如耐久性和長期性指標的測定，最終確定各項性能指標都滿足設計要求的最優(yōu)配合比作為推薦配合比。3.3.1水膠比與用水量關系以C30UEA補償收縮混凝土為例，采用0.40、0.45和0.50三個水膠比，減水劑摻量為1.30%，膨脹劑分別采用10%、12%和14%的摻量進行混凝土配合比拌和試驗，坍落度為160～180mm時水膠比與用水量關系如圖1所示。當混凝土中減水劑和膨脹劑摻量不變，水膠比每增大0.05，混凝土用水量則需增加2～4kg·m-3才使其坍落度符合設計要求，這樣3組系列配比中的用水量差將達到6～8kg·m-3。這種現(xiàn)象與普通混凝土不同，當混凝土中摻入膨脹劑后，如果水膠比的用水量一致，隨著水膠比的增大，坍落度逐漸減小，坍落度損失逐漸變大，這是由于較小水膠比混凝土中減水劑用量要比較大水膠比中的大許多，所以能更好地起到減水和保坍效果，在此情況下，要使混凝土坍落度在設計范圍之內，就必須隨著水膠比的增大，適當提高用水量。當混凝土減水劑摻量和水膠比不變時，膨脹劑摻量每提高2%，混凝土用水量大多需降低2～4kg·m-3才使其坍落度滿足設計要求。故在混凝土試拌過程中為滿足混凝土拌合物工作性的要求，應根據(jù)水膠比和膨脹劑摻量的變化對混凝土用水進行適當調整。3.3.2水膠比與混凝土抗壓強度關系不同膨脹劑摻量的混凝土抗壓強度試驗結果如圖2所示。隨著混凝土中膨脹劑摻量的提高，其抗壓強度逐漸降低，但總體降低幅度較小，膨脹劑摻量每提高2%，混凝土強度則降低0.3～2.5MPa，其相對強度平均降低約為2.2%。此外，在膨脹劑3種不同摻量下，水膠比所對應的混凝土強度均能滿足配制強度要求，且富余較大，故選最大水膠比為0.50所對應的配合比進行混凝土限制膨脹率、耐久性和長期性指標的測定。倘若最大水膠比所對應的強度不能滿足配制強度要求，可按膠水比和強度關系曲線或插值法確定略大于配制強度對應的膠水比進行取值，再用該水膠比所對應的混凝土配合比進行限制膨脹率、耐久性和長期性指標的測定。由此以來，可更加精準的確定混凝土的配合比參數(shù)，而不必做贅余試驗。3.3.3膨脹劑摻量與混凝土限制膨脹率關系不同膨脹劑摻量的混凝土限制膨脹率如圖3所示。當混凝土水膠比為0.50時，隨著膨脹劑摻量的提高，混凝土限制膨脹率逐漸升高，膨脹劑摻量每提高2%，水中14d限制膨脹率提高0.009%，水中14d轉空氣中28d限制膨脹率提高0.004%～0.0