预拌再生混凝土全计算法配合比设计

预拌再生混凝土全计算法配合比设计1 配合比设计基本原则再生混凝土配合比设计的任务就是要确定能获得预期性能而又经济的混凝土各组成材料的用量。

它与普通混凝土配合比设计的目的是相同的，即在保证结构安全使用的前提下，力求达到便于施工和经济节约的要求。

国内外大量试验已表明：再生粗集料的基本性能与天然粗集料有很大差异，如孔隙率大、吸水率大、表观密度低、压碎指标高等。

考虑再生粗集料本身的特点，进行再生混凝土的配合比设计时应满足以下几个要求：(1) 满足结构设计要求的再生混凝土强度等级再生混凝土抗压强度一般稍低于或低于相同配合比的普通混凝土，为了达到相同强度等级，其水胶比应较普通混凝土有所降低。

(2) 满足施工和易性、节约水泥和降低成本的要求由于再生粗集料的孔隙率和含泥量较高以及表面的粗糙性，要满足与普通混凝土同等和易性的要求，则单位混凝土的水泥用量往往要比普通混凝土多。

因此，在再生混凝土配合比设计中必须尽可能节约水泥，这对降低成本至关重要。

(3) 保证混凝土的变形和耐久性符合使用要求再生粗集料的吸水率较高、弹性模量较低及再生粗集料中存在天然集料与老砂浆之间的界面等，给再生混凝土的某些变形性能和耐久性能带来不利影响。

所以，在配合比设计时，必须注意充分考虑适用和耐久性的要求。

2 预拌再生混凝土配合比设计方法2.1 传统附加水方法我国普通混凝土配合比设计的基本思路是：混凝土的配合比设计取决于水灰比、用水量和砂率三个参数。

根据混凝土的配制强度和水泥的实际强度，由鲍罗米(Bolomy)公式计算得到水灰比；根据坍落度和粗集料的最大粒径确定单方混凝土的用水量，然后根据粗集料的最大粒径和水灰比选择适宜的砂率，最后即可根据容重法或体积法确定砂和石子的用量，经过试配和调整完成混凝土的配合比。

再生混凝土由于所用集料的孔隙率和吸水率高、不同来源的集料性能差异大以及由此带来的颗粒强度和弹性模量较低等特点，它还不可能像普通混凝土那样，用一个较公认的强度公式作为混凝土配合比设计的基础。

虽然，国内外都有不少研究者，也曾提出各种各样的强度公式，企图通过公式计算来设计再生混凝土配合比，但都有局限性，不能满足再生集料性能差异很大的要求，离实际应用还有差距。

所以，现阶段主要还是基于普通混凝土强度公式的基础上，修正部分参数并最终经过试验的方法来确定各组分材料的用量。

下文介绍一下将再生混凝土的用水量分为净用水量和附加用水量两部分的配合比设计方法。

再生混凝土配合比设计的基本步骤分述如下：(1) 试配强度（cu,of）的确定再生混凝土的强度受很多因素的影响。

每种组成材料的性能及搅拌、运输、成型和养护工艺等施工条件中的不确定性，都可能引起其强度的波动。

因此，从统计学观点来说，混凝土强度是一个随机变量，即使是同一批材料，按同一种配合比，采用同一种工艺施工的混凝土也会因各种可变因素的影响使其强度产生一定的波动。

所以，在设计再生混凝土的配合比时，必须考虑其可能产生的偏差（一般用标准差表示），保证实验室配制出的混凝土强度（称为试配强度）在一定范围内高出设计强度，即要求试配强度具有保证率。

借鉴《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/55—2000），再生混凝土的试配强度可以按以下公式确定：cu,o cu,k 1.645f fσ=+(1)式中，cu,of——再生混凝土试配强度（MPa）；cu,kf——再生混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；σ——再生混凝土强度的总体标准差（MPa）。

如果再生集料来源单一，且施工中混凝土的均质性较好时，总体标准差可按以下方式取值，反之，则其值可适当调高些。

A. 当施工单位具有近期的同一品种混凝土资料时，总体标准差可用样本标准差（fcuS）代替，其计算公式如下：fcuS=(2)式中fcuS——再生混凝土的样本标准差（MPa）；cu,if——第i组试件的立方体强度值（MPa）；fcum——n组试件立方体强度的平均值（MPa）；n ——再生混凝土试件的组数，n ≥25。

B. 当施工单位没有历史统计资料时，σ可按表1。

表 1σ取值表 / MPa(2) 初步确定水灰比及用水量 1) 再生混凝土用水量或水灰比的概念由于再生集料的吸水率较大，且不同来源的再生集料的吸水率差别也较大。

因而再生混凝土的用水量或水灰比的概念与集料的吸水率可以忽略不计的普通混凝土不同。

再生混凝土的用水量和水灰比，分净用水量和净水灰比及总用水量和总水灰比两种。

所谓净用水量系指不包括再生集料吸水率在内的混凝土用水量，相应的水灰比则为净水灰比。

而总用水量则是指包括再生集料吸水在内的混凝土用水量，其相应的水灰比则为总水灰比。

由于不同再生集料的吸水率差别很大，所以在再生混凝土配合比设计中水灰比一般都用净用水量或净水灰比表示。

只有在使用了再生细集料时，因为再生细集料的吸水率很难准确测定，才允许用总用水量及总水灰比表示。

2) 用水量或水灰比的确定根据已知的再生混凝土的试配强度cu,o f 及所用水泥的实际强度或水泥强度等级，按混凝土强度公式计算出供参考用的净水灰比的值：cecu,o ce(W C)'Af f ABf =+ (3)式中 (W C)'——参考用净水灰比； A ，B ——回归系数；ce f ——水泥28天抗压强度实测值（MPa ）。

其中回归系数A ，B 可根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2000），取值为0.46、0.07。

当无水泥28天抗压强度实测值时，公式（3.3）中的ce f 可以按下式确定：ce c ce,g f f γ=⋅ (4)式中，c γ－水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定；ce,g f －水泥强度等级值（MPa ）。

考虑到再生混凝土的力学及耐久性能较普通混凝土低，进行配合比设计时适当调低由上式得出的参考净水灰比0.01~0.05（其中再生粗集料取代率较大时，水灰比的降低应取较大值），依此作为最终的净水灰比W C 。

根据施工要求的坍落度和粗集料的最大粒径查阅《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/55—2000）的相应表格，确定单方混凝土的参考用水量，并在此基础上增加5% 作为最终的净用水量（wn m ）。

每立方米再生混凝土的净用水量（wn m ）可以根据表2确定：表 2 再生混凝土的净用水量（kg/m 3）注：1. 本表用水量系采用中砂时的平均值。

采用细砂时，每立方米再生混凝土用水量增加5~10kg ；采用粗砂时，则可减少5~10 kg 。

2. 掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。

3. 本表不适用于水灰比小于0.4或大于0.8的再生混凝土以及采用特殊成型工艺的再生混凝土。

此时，应通过试验确定用水量。

根据实测的再生粗集料吸水率，求出每1m 3再生混凝土的附加水量（wa m ）。

净用水量与附加水量之和为每1m 3再生混凝土的总用水量（wt m ），即：wt wn wawag wg m m m m r m W =+⎧⎪⎨=⋅⋅⎪⎩ (5) 式中， wt m ——每立方米再生混凝土的总用水量（kg ）； wn m ——每立方米再生混凝土的净用水量（kg ）； wa m ——每立方米再生混凝土的附加用水量（kg ）； g m ——每立方米再生混凝土的粗集料用量（kg ）； wg W ——再生粗集料的吸水率（%）； r ——再生粗集料的取代率（%）。

(3) 计算每1m 3再生混凝土的水泥用量根据已确定的净水灰比（W C ）和选用的单位净用水量（wn m ），可计算出水泥用量（c m ）。

wnc W Cm m =(6)(4) 选取合理的砂率p S根据粗集料的最大粒径和净水灰比查阅《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/T55—2000）的相应表格比，选择适宜的砂率。

再生粗集料表面较天然碎石粗糙，砂率的取值应适当增大。

1） 坍落度为10～60mm 的再生混凝土砂率，可以根据粗集料粒径及水灰比按表3选取。

表3 再生混凝土的砂率 / mm2）坍落度大于60mm 的混凝土砂率，可经试验确定，也可在表3.3的基础上，按坍落度每增大20mm ，砂率增大1%的幅度予以调整。

3） 坍落度小于10mm 的再生混凝土，其砂率应经试验确定。

(5) 计算粗、细集料的用量（g m ）和（s m ）根据已确定的净用水量、水泥用量、砂率，建议用体积法求得计算粗、细集料的用量。

按下式计算：1100%g c s wnc g s ws ps g m m m m m S m m αρρρρ⎧++++=⎪⎪⎨⎪=⨯⎪+⎩(7) 式中，g m ——每立方米再生混凝土的粗集料用量；s m ——每立方米再生混凝土的细集料用量；c ρ——水泥的密度（kg/m 3）； s ρ——细集料的密度（kg/m 3）；w ρ——水的密度（kg/m 3），可取1000 kg/m 3；α——再生混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，α取为1%。

g ρ——粗集料的密度（kg/m 3）粗集料和细集料的表观密度（N R s ,,ρρρ）应按现行标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）和《再生混凝土应用技术规程》（DG/TJ08-2018-2007）。

粗集料的表观密度采用等效表观密度，根据天然粗集料和再生粗集料的重量比例计算，其计算公式为：N Req N R(1)r r ρρρρρ=+- (8)式中，eq ρ-粗集料的等效表观密度（kg/m 3）；N ρ-天然粗集料的表观密度（kg/m 3）； R ρ-再生粗集料的表观密度（kg/m 3）；r -再生粗集料的取代率。

(6) 配合比试配、调整与确定与普通混凝土一样，可参考《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/55—2000）。

2.2 全计算法传统配合比设计的绝对体积法认为：在混凝土中石子的空隙由水泥砂浆来填充，水泥砂浆中砂的空隙由水泥浆来填充，水泥的空隙由水来填充。

全计算法提出了干砂浆的概念，认为：混凝土各组成材料（包括固、气、液（ 相）具有体积加和性，石子的空隙由干砂浆来填充，干砂浆的空隙由水来填充，干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气隙所组成。

通过建立水泥浆体体积和集料体积之间的联系，从而可以求解砂率和用水量。

与传统的基于鲍罗米的配合比设计方法的不同之处，在于全计算法可完全计算出砂率和用水量，尽可能地克服了凭经验取数据的误差，更具科学性。

根据普遍化适用的混凝土体积模型（图1）可知： 浆体体积：V e =V w +V c +V f +V a （3.9）集料体积：V s +V g =1000-V e （3.10） 干砂浆体积：V es =V c +V f +V a +V s （3.11）式中，V e —浆体体积；V s —细骨料体积；V g —粗骨料体积；V es —干砂浆体积；V w —用水体积；V c —水泥体积；V f —细掺料体积；V a —空气体积。