谈普通水泥混凝土配合比的设计

谈普通水泥混凝土配合比的设计
朴志海1, 姚瑞珊2, 兰兴义3
(1 龙建路桥股份有限公司第五工程处, 哈尔滨 150010;
2 黑龙江建筑职业技术学院, 哈尔滨 150025;
3 黑龙江省寒地建筑科学研究院, 哈尔滨 150080)
摘 要 在简要回顾以鲍罗米公式为基础进行混凝土配合比设计的一般思路的基础上,指出了该思路在目前实际应用过程中所表现出的局限性,同时对该问题进行了初步探索,提出了混凝土配合比设计的新思路。

关键词 混凝土;配合比;设计;探讨
中图分类号 TU528 文献标识码 B 文章编号 1001-6864(2007)03-0084-02
普通水泥混凝土配合比设计的传统思路,是以水灰比定则(即著名的鲍罗米公式)为基础,以实践经验为辅助手段,理论与实践相结合。

据此可以计算出单位水泥用量,最后用绝对体积法或湿容重法求出粗、细集料的单方用量。

第二步是试拌检验混凝土的工作性。

据此提出供混凝土强度试验用的基准配合比。

第三步是检验试配强度。

做三批不同水灰比的混凝土试件,养护到28d后,做强度试验,取得三组不同的数据,以这三组数据为依据,做灰水比与强度关系图像,以灰水比为横坐标,强度为纵坐标,在该坐标系内点绘出A、B、C三点,(在理想状态下,A、B、C三点应在一条直线上)。

第四步,在纵坐标上找出等于试配强度的点。

向横坐标作平行线,交直线于一点D,从该点向横坐标做垂线交横坐标轴于一点E,该点对应的水灰比的倒数就是所要求的水灰比。

第五步,按强度试验结果修正配合比。

经过修正后即为试验室配合比。

上述思路在刚问世时及以后相当长一段时间内,强度与灰水比的线性关系较好。

随着混凝土技术的进步,传统配合比设计思路越来越窄,应用面越来越小,可操作性越来越差。

主要表现在以下几点:一是,按照鲍罗米公式计算的水灰比,有时与耐久性相矛盾。

在现行六大通用水泥中,水泥最低强度等级为32.5级,用该强度等级的水泥配制C30以下等级混凝土时,按鲍罗米公式计算出的水灰比远远大于耐久性要求的水灰比,不符合耐久性要求。

很显然,如果不采取其它技术措施(比如加矿物外掺料、减水剂等),用该理论指导混凝土配合比设计已进入不可操作区。

另一方面,用同一强度等级,同一品种的水泥配制同一强度等级,不同稠度的混凝土时,以该公式为依据计算出的水灰比是相同的,其结果还要依据不同的施工稠度(坍落度)选取相应的用水量。

二是,以此思路对混凝土工作性进行调整时,当混凝土坍落度小于设计要求,且掺加了外掺料、外加剂时,调整起来很麻烦,很费时,当遇到外加剂与水泥相容性较差情况时,调整起来更加困难,即使能调出需要的坍落度,也往往因历时较长,水分损失较多,坍落度累计经时损失较大等原因,往往导致用水量失准,当坍落度大于设计要求时,需倒掉该盘混凝土重新试拌,既费时又不经济。

由此可见,以鲍罗米公式为基础,以强度与灰水比关系为理想线性关系为前提的混凝土配合比设计思路,将人们引入了一个误区。

笔者对此问题进行了多年的探索,总结出了一套行之有效的办法,应用效果较好。

其内涵可以用三句话来概括:以稠度(坍落度)和粗集料最大粒径决定用水量;以强度等级决定水泥用量(包括其它外掺矿粉)据此确定水灰比(在满足耐久性的前提下);以工作性及施工工艺决定砂率及粗集料的最大粒径。

说到底,本思路的核心就是合理确定水灰比、水泥用量和砂率这三个参数,最终使选定的配合比既能满足工作性、强度及耐久性的要求,又能满足经济性的要求。

具体实施步骤如下:
(1) 依据设计文件,工程项目的特点结合本单位施工管理水平及采用的施工工艺,混凝土输送形式及浇筑部位的钢筋间距,结合多年混凝土质量统计资料,合理确定混凝土的稠度,砂率,粗集料最大粒径,计算出试配强度f
Cu.0。

(2) 依据工程所处环境,结构物自身特点,混凝土强度等级,合理确定水泥品种和强度等级。

一般来说,大型旋窑生产的水泥富余系数都较高,32.5级水泥更是如此。

32.5级水泥可配制C30以下各强度等级混凝土;42.5级水泥可配制C40~C60混凝土;52.5级水泥可配制C60以上各级混凝土。

(3) 为了满足强度、耐久性、施工工艺、工期等等各种特殊需要,往往要掺加适宜的外加剂,这一类外加剂主要包括:减水剂、缓凝剂、引气剂、早强剂、速凝剂、防水剂、防冻剂、膨胀剂、泵送剂、阻锈剂等。

进行配合比设计时,应根据需要选用。

(4) 参照1、2两条,确定水泥单方基准用量。

根据设计、施工及经济三方面需要,选定外加剂品种(一般取2~3个品种进行试验),与选定的水泥掺配做相容性、减水率及最佳掺量试验。

最后从中确定两者相容性最好的一种,并提出最佳掺量。

在扣除减水剂节省下来一部分水后,初步确定单方用水量。

据此,求出初步水灰比并复核耐久性,若满足要求,进行下一步试验,重复以上工作,直至满足要求为止。

(5) 以基准水泥用量为核心,上下各浮动15~25kg,浮动后的两种配合比砂率,可以套用基准配合比的砂率,亦可上下浮动1%~3%。

按假定容量法计算粗细集料的单方用量。

按照初定的各种材料单方用量,提出基准配合比。

(6) 按照初定的基准配合比,将各种材料称出25~35L 的量,依次加入搅拌机中搅拌均匀,外加剂加入的时间和顺序应与现场施工完全相同,随后将称好的水小心均匀地加入
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其中,边加水边搅拌边仔细观察和易性,当坍落度接近要求时,立即停止加水,整个加水时间应控制在60s 左右。

在整个加水过程中,应遵循!多退少补∀的原则,即称好的水不够可以再添,多余的留下做好记录,以满足坍落度的实际用水量为准,此时的水灰比即为该配合比的实际水灰比。

坍落度测试符合设计要求后,立即测试毛体积密度(湿容重),该测值与假定湿容重的差值小于假定湿容重的2%时,无须对各种材料进行调整,该配合比即为所求基准配合比。

其它两种水泥用量的配合比也按上述方法进行试验,各种指标都满足要求后,在15分钟内将剩余混凝土装入试模内,拆模后仔细养护,28d 后测试抗压强度。

(7) 以上三组配合比28d 强度结果出来后,将抗压强度点绘在灰水比与强度关系曲线内。

大量配合比试验证明,灰水比与强度关系一般会有四大类型,当然每大类型里面还可能包含几种情况,比如,A 、B 、C 三点的绝对值可能有变化,即三种配合比28d 强度值可能会有波动,但这些情况都可以归结为以上四大类型里,在此不再一一赘述。

下图中平行于横轴的直线为试配强度(f Cu.0),它与灰水比与强度关系闭合曲线相交的上部阴影部分即是满足试配强度的区域。

施工单位使用时可根据混凝土质量管理水平,在此阴影区域内选择一点,既可以求出所需的水灰比,并根据此水灰比求
出所需的试验室配合比。

该思路具有如下一些特点。

(1) 按该思路进行配合比设计及施工时,水泥性能应比较稳定,外加剂与水泥的相容性较好,其它各种材料的品质性能较稳定、均一、计量准确。

(2) 使用范围广泛,既适用于传统的空白混凝土(不掺外加剂的混凝土),又适用于掺外加剂和掺矿粉的混凝土;既适用于干硬性混凝土,又适用于塑性、流动性及大流动性混凝土;既适用于低强度混凝土,又适用于高强度、高性能混凝土。

(3) 操作简捷、方便。

该思路的核心是以稠度(坍落度)决定用水量。

指导实际施工时,优势更加明显。

施工现场拌制混凝土时,控制用水量一直是难点,其影响因素较多,其中集料的含水率是较难控制准确的,采用该方法后,只需控制住稠度(坍落度)一个指标,就等于控制住了水灰比,诚然,该作法的前提是水泥凝结时间正常,外加剂与水泥的相容性良好,各种材料质量波动较小,与配合比所使用材料一
致。

在此条件下,测量集料含水率这一指标,只是作为施工质量的控制手段(主要控制砂率),其误差小于3%即可,但这种误差对于掺高效减水剂混凝土来说是不允许的。

施工时应遵循这样的原则,测定骨料的含水率以控制其施工质量;以稠度(坍落度)决定用水量以控制水灰比。

只要控制好了水灰比,其它诸如强度、耐久性等连带问题便迎刃而解了。

参考文献
[1] 申爱琴,张登良 水泥与水泥混凝土[M ] 北京:北京人民交通
出版社,2001.
[2] J64-2000,J GJ55-2000,普通混凝土配合比设计规程[S]
[收稿日期] 2007-02-12
[作者简介] 朴志海(1964-),男,黑龙江北安人,工程师,从事
路桥试验检测工作。

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