混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土技術(shù)人員十分關(guān)注的內(nèi)容,是混凝土技術(shù)的重要組成部分,也是技術(shù)人員的核心技術(shù)能力體現(xiàn)。所謂的“混凝土配合比設(shè)計(jì)”就是按照要配制的混凝土性能要求,各種原材料按照某種比例要求使各種原材料的相互配合,相互影響,最終達(dá)到各組分的調(diào)整引起混凝土性能“質(zhì)”的變化。
在混凝土企業(yè)生產(chǎn)過程中不單單是從C10~C60這11個(gè)配合比,如果考慮到上述多種因素,混凝土配合比將多達(dá)上百個(gè),如,強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土配合比C30梁板柱、C30道路、C30鉆孔樁、C30大體積、C30斜屋面、C30細(xì)石等多達(dá)6個(gè)以上,再加上滿足抗?jié)B、自密實(shí)等不同性能要求的C30混凝土。再加上根據(jù)季節(jié)和氣溫變化調(diào)整的配合比就更多,此外,還要根據(jù)原材料的動(dòng)態(tài)變化調(diào)整混凝土配合比,任何一種原材料的異常變化,都可能使制備的混凝土性能產(chǎn)生較大波動(dòng),可謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。因此,在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),要考慮的問題不僅僅考慮原材料的因素,還要考慮混凝土工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),施工工藝,氣候溫度,運(yùn)輸距離等因素,涉及的問題多達(dá)10余個(gè)相關(guān)因素,其中的復(fù)雜性,只有常年直接從事生產(chǎn)一線的技術(shù)人員才能體會(huì)得到。混凝土配合比設(shè)計(jì)也是入門不難,真正弄懂混凝土配合比設(shè)計(jì)的特點(diǎn),做到在任何復(fù)雜的情況下,既保證質(zhì)量,又能降低成本,的確是一件不容易的事。
(一)混凝土工作性
(1)外加劑摻量
現(xiàn)在商品混凝土中普遍使用外加劑,外加劑可以改善混凝土的工作性和勻質(zhì)性,提高混凝土的密實(shí)性,降低水膠比,提高強(qiáng)度。在配合比設(shè)計(jì)時(shí),一定要充分了解外加劑的性能和減水率,選擇事宜的外加劑摻量。外加劑摻量不宜過低,摻量過低造成混凝土流動(dòng)性差、保坍性差,施工過程中不易振搗密實(shí),容易出現(xiàn)空洞、蜂窩和麻面。但外加劑摻量也不宜過高,摻量過高會(huì)造成混凝土離析、泌水現(xiàn)象,分層嚴(yán)重破壞混凝土的勻質(zhì)性,造成混凝土穩(wěn)定性差,甚至出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間緩凝現(xiàn)象。因此,在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)混凝土工作性要求,選擇合適的外加劑摻量以獲得適宜工作性且勻質(zhì)性良好的混凝土。
(2)用水量
傳統(tǒng)的混凝土沒有使用減水劑,提高用水量是實(shí)現(xiàn)增加坍落度的有效手段。而如今混凝土普遍使用外加劑,改變混凝土坍落度的大小不在依靠用水量,通過改變外加劑摻量就可以實(shí)現(xiàn)混凝土坍落度的調(diào)整,即使在用水量很低的情況下也可以獲得滿意的坍落度,換句話說,用水量不在是實(shí)現(xiàn)混凝土坍落度的調(diào)整的唯一手段。但用水量也不是越低越好,在水膠比一定的情況下,隨著用水量的降低,膠凝材料用量也隨之減少。從配合比設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性考慮,用水量越低,膠凝材料用量越少,混凝土經(jīng)濟(jì)性能越好。但在混凝土拌合物中骨料的表面需要漿體的包裹、潤(rùn)滑克服顆粒間的摩擦力,包裹在骨料表面的漿體越厚越利于改善混凝土的工作性,但漿體也不宜過多,過多會(huì)造成混凝土穩(wěn)定性差,收縮大,不利于混凝土耐久性,也不利于混凝土配合比設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性原則。因此,為了滿足混凝土工作性要求,需要有適宜的漿體,用水量不是越低越好,也不是越高越好,要保持與工作性適宜的用水量。
(3)砂率
砂率的變動(dòng),會(huì)使骨料的空隙率和骨料的總表面積有顯著改變,因而對(duì)混凝土拌合物的工作性產(chǎn)生顯著的影響。石子在混合物中起骨架的作用,而漿體、砂子是充填骨料,漿體包裹著砂、石使其均勻分布處于懸浮狀態(tài),不發(fā)生分層、離析,這樣,才能使混凝土具有良好的工作性。
如果砂率過大,骨料的總表面積及空隙率都會(huì)增大,在漿體含量不變的情況下,相對(duì)地漿體顯得少了,減弱了漿體的潤(rùn)滑作用,導(dǎo)致混凝土拌合物的流動(dòng)性降低,影響混凝土拌合物的工作性,在施工過程中影響混凝土的澆筑質(zhì)量和強(qiáng)度,進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)物的承載力。如果砂率過小,又不能保證粗骨料之間有足夠的砂漿層,也會(huì)降低混凝土拌合物的流動(dòng)性,并嚴(yán)重影響其粘聚性和保水性,在混凝土的澆筑過程中容易造成離析、流漿現(xiàn)象。因此,砂率既不能過大,也不能過小,應(yīng)有一個(gè)合理值稱為合理砂率。當(dāng)砂率適宜時(shí),砂不但填滿石子間的空隙,而且還能保證粗骨料間有一定厚度的砂漿層,以減少粗骨料間的摩擦阻力,使混凝土拌合物有較好的流動(dòng)性。采用合理砂率時(shí),在有相同坍落度的情況下,能使混凝土拌合物獲得所要求的流動(dòng)性及良好的粘聚性和保水性,而使水泥用量為最少,也就是說混凝土拌合物中合理的砂率可以節(jié)約膠凝材料用量,降低成本。在配置混凝土?xí)r,合理砂率可通過試驗(yàn)、計(jì)算、查表等方法確定。
(4)存放時(shí)間和環(huán)境溫度
攪拌后的混凝土拌合物,隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸變得干稠,坍落度減小,工作性變差。其原因是一部分水已與水泥水化,一部分水被骨料吸收,一部分水蒸發(fā),以及混凝土凝聚結(jié)構(gòu)的逐漸形成,致使混凝土拌合物的流動(dòng)性變差,主要表現(xiàn)在混凝土的運(yùn)輸時(shí)間、澆筑時(shí)間、振搗時(shí)間上。
混凝土拌合物的工作性也受溫度的影響。因?yàn)榄h(huán)境溫度升高,水分蒸發(fā)及水化反應(yīng)加快,相應(yīng)使流動(dòng)性降低,坍落度損失加快,影響混凝土的澆筑質(zhì)量。因此施工中為保證混凝土的工作性,必須注意環(huán)境溫度的變化,采用相應(yīng)的攪拌和養(yǎng)護(hù)措施?;炷涟韬衔飶臄嚢铏C(jī)中卸出到澆筑完畢延續(xù)時(shí)間與溫度的控制要符合試驗(yàn)要求:澆筑混凝土?xí)r的溫度低于25℃時(shí),混凝土的澆筑時(shí)間易控制在2h以內(nèi),如果高于25℃時(shí),易控制在90min,以免影響混凝土拌合物的工作性,而影響到混凝土的澆筑質(zhì)量。
另外攪拌時(shí)間也會(huì)對(duì)混凝土拌和物的工作性有影響,攪拌時(shí)間不足,攪拌不均勻,拌和物的工作性就差,同時(shí)也會(huì)影響混凝土的質(zhì)量。
(二)強(qiáng)度
盡管混凝土強(qiáng)度的高低不再是衡量混凝土質(zhì)量好壞的唯一指標(biāo),強(qiáng)度是保證混凝土結(jié)構(gòu)工作的重要保證。影響混凝土強(qiáng)度的因素很多,主要要以下幾種。
(1)膠凝材料強(qiáng)度與水膠比
膠凝材料強(qiáng)度的高低與水泥性能、礦物摻合料品種以及摻加比例有很好的相關(guān)性,在水膠比一定的情況下,膠凝材料強(qiáng)度可以通過改變水泥與礦物摻合料摻量來調(diào)整,膠凝材料強(qiáng)度直接決定混凝土的強(qiáng)度;在膠凝材料使用比例不變的情況下,即膠凝材料強(qiáng)度不變,可以通過改變水膠比來改變混凝土強(qiáng)度,水膠比越小,混凝土強(qiáng)度越高。由此可見,在配合比設(shè)計(jì)時(shí),調(diào)整某一特定齡期(一般指28d)的混凝土強(qiáng)度,可以通過改變水膠比或者改變膠凝材料強(qiáng)度(即改變水泥和摻合料的比例)來實(shí)現(xiàn)。
(2)骨料的種類
水泥石與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度取決于骨料的表面狀況,一般來說,骨料表面光滑,水泥石與骨料粘結(jié)強(qiáng)度差,混凝土強(qiáng)度也偏低。相反骨料表面粗糙可以增強(qiáng)水泥石與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度,提高混凝土強(qiáng)度。從骨料的表面狀況來看,水膠比和膠凝材料相同時(shí),使用碎石的混凝土強(qiáng)度一般高于卵石混凝土的強(qiáng)度。卵石圓滑,比表面積小,表面吸附水較少,再加上卵石表面光滑,骨料間摩擦力小。碎石多棱角,比表面積大,表面吸附水相對(duì)較多,再加上碎石表面粗糙,骨料間摩擦力大。一般來說,在用水量不變的情況下碎石混凝土的坍落度和擴(kuò)展度小于卵石混凝土的坍落度和擴(kuò)展度,也就是說在坍落度相同的情況下,卵石的用水量低于碎石的用水量。因此,在使用卵石配制混凝土?xí)r,應(yīng)充分利用其改善混凝土工作性的優(yōu)點(diǎn),在保持工作性不變的情況下,降低用水量(即降低水膠比),來彌補(bǔ)粘結(jié)強(qiáng)度弱的弱點(diǎn)。此外,選擇骨料時(shí)還須注意骨料最大粒徑。
???(三)耐久性
目前,提高混凝土耐久性主要是降低用水量和膠凝材料用量,選用合適的礦物摻合料以及外加劑降低內(nèi)部毛細(xì)孔,增強(qiáng)界面的黏結(jié)性等方面考慮。要實(shí)現(xiàn)混凝土配制時(shí)減少拌合水與水泥漿量,技術(shù)途徑主要有:①選用良好級(jí)配和粒形的粗骨料;②摻加減水劑;③摻加低需水量比的礦物摻合料。
(1)耐久性對(duì)膠凝材料的要求
在混凝土膠凝材料體系中,摻加礦物摻合料可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性和抵抗化學(xué)侵蝕的能力,降低內(nèi)部缺陷,提高密實(shí)性
(2)增強(qiáng)界面的黏結(jié)性
粗骨料顆粒和水泥漿體之間存在過渡區(qū),漿骨界面是整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié),強(qiáng)化骨料與水泥漿界面黏結(jié)是提高耐久性的重要措施。降低水泥用量、增加礦物摻合料的方式可以有效降低界面水膠比,提高密實(shí)性,減少氫氧化鈣富集現(xiàn)象。
(3)合理選擇水泥品種
一般來說,C3A含量越高的水泥越容易開裂。因此,應(yīng)避免使用C3A和堿含量高的水泥。我國(guó)開發(fā)有中熱、低熱、高貝利特等特種水泥,具有低水化熱、高抗裂、高耐久的特點(diǎn)。
(4)降低毛細(xì)孔滲透性
毛細(xì)孔的滲透性越強(qiáng),對(duì)混凝土的耐久性危害越大。降低拌合水量,摻加礦物摻合料能夠使孔隙變細(xì)且減少,能有效降低電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)。
(5)摻用引氣劑
在混凝土中使用引氣劑,一方面引入微小封閉氣泡,不僅可以有效提高混凝土抗?jié)B性、抗凍性;另一方面可以明顯提高混凝土抗凍性和抗化學(xué)侵蝕能力?;炷林械囊脒_(dá)到微小氣泡可以緩解部分內(nèi)部應(yīng)力,抑制裂紋生成和擴(kuò)展。引氣劑還可以明顯改善混凝土的和易性,提高混凝土的勻質(zhì)性。
(6)防止鋼筋銹蝕
碳化和氯鹽侵蝕是混凝土中鋼筋腐蝕的主要原因,對(duì)混凝土耐久性危害最大。要嚴(yán)格控制混凝土骨料、拌合水中的氯離子含量,防止含氯鹽混凝土碳化時(shí)氯離子向鋼筋表面富集加速鋼筋腐蝕。此外,還要提高混凝土密實(shí)度,降低氯離子滲透量和混凝土碳化速度,防止碳化引起的鋼筋腐蝕。
(四)經(jīng)濟(jì)性
經(jīng)濟(jì)性原則是配合比設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要原則,如何降低成本,實(shí)現(xiàn)混凝土的經(jīng)濟(jì)性能是配合比技術(shù)人員必須思考的問題。
(1)采用礦物摻合料雙摻、多摻技術(shù)
利用礦物摻合料與水泥在價(jià)格上的差異,采用礦物摻合料雙摻、多摻技術(shù)設(shè)計(jì)配合比是實(shí)現(xiàn)混凝土經(jīng)濟(jì)性的重要手段。商品混凝土設(shè)計(jì)時(shí)采用礦物摻合料雙摻、多摻技術(shù),有利于不同摻合料的性能相互疊加,發(fā)揮出良好的綜合效應(yīng)。但商品混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮各種摻合料獨(dú)特的作用和特點(diǎn),應(yīng)根據(jù)工程、氣候溫度等因素合理選用礦物摻合料品種和摻量,不能單純?yōu)榱私档统杀径晃兜卦黾拥V物摻合料的摻量。
(2)改善骨料級(jí)配降低空隙率
混凝土是由漿體體積填充骨料形成的空隙形成的密實(shí)結(jié)構(gòu),骨料的空隙率是有細(xì)骨料的空隙率乘以粗骨料的空隙率得到的。漿體體積的用量是混凝土經(jīng)濟(jì)性的直接影響因素,漿體用量越高,混凝土的經(jīng)濟(jì)性越差。降低骨料的空隙率是實(shí)現(xiàn)降低漿體用量的有效手段,在配合比設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)通過不同粒徑(細(xì)度模數(shù))的骨料復(fù)配技術(shù),降低骨料的空隙率。
(3)采用新技術(shù)、新材料
隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,新技術(shù)、新工藝和新材料不斷涌現(xiàn),在配合比設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用新技術(shù),采用新材料降低混凝土的成本,也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的一種重要手段。例如,選用增效劑(強(qiáng)效劑、減膠劑等)降低膠凝材料用量,提高混凝土的經(jīng)濟(jì)性。選用引氣型高效減水劑適當(dāng)提高混凝土含氣量,改善混凝土和易性,降低漿體用量
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