自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

0自虛實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)中存在的問題混凝土配合比的設(shè)計(jì)是混凝土建筑材料中最基本的問題。jgj55-2000的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)普通混凝土的制備作出了詳細(xì)規(guī)定。隨著混凝土材料科學(xué)的不斷發(fā)展,適用于普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)具有足夠的黏聚性防止離析泌水,拌合物均勻密實(shí),硬化后具有良好的力學(xué)和耐久性能。雖然目前國(guó)內(nèi)在自密實(shí)混凝土配制技術(shù)上已取得很大進(jìn)步,但迄今為止還沒有形成一種大家普遍認(rèn)可、遵守的自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程。因此,總結(jié)已有文獻(xiàn)成果,進(jìn)行自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究是很必要的。1自虛實(shí)混凝土的基礎(chǔ)參數(shù)優(yōu)化普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法需要合理確定水灰比、單位用水量和砂率3個(gè)基本參數(shù)的值,進(jìn)而通過3個(gè)參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系得出水泥、水、砂和石子這4項(xiàng)組成材料的實(shí)際用量。該方法是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的半定量設(shè)計(jì)方法。在水灰比、單位用水量和砂率這3個(gè)參數(shù)中,除水灰比是通過公式計(jì)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(gè)方面,沒有考慮高效減水劑和礦物摻合料對(duì)混凝土各方面性能的調(diào)節(jié)作用。對(duì)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(shí)混凝土的大流動(dòng)性要求,而水灰比過大則不利于自密實(shí)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(duì)自密實(shí)混凝土同樣有效。2混凝土的匹配比設(shè)計(jì)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(dá)到最密實(shí)堆積狀態(tài)(通過試驗(yàn)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(shí)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(shí)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(jìn)而求出加入減水劑后水的實(shí)際用量。該方法由于使混凝土中固態(tài)材料處于最密實(shí)堆積狀態(tài),有利于提高強(qiáng)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(dòng)性,但畢竟用漿量太小,不能滿足自密實(shí)混凝土對(duì)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(diǎn)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(xì)摻料、砂和孔隙組成。混凝土體積模型如圖1所示。該方法是一種定量設(shè)計(jì)法,它推導(dǎo)出了高性能混凝土單方用水量和砂率的計(jì)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(duì)拌合物的流動(dòng)性不利。它由廉慧珍教授提出,不同于以往的強(qiáng)度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)配合比,而是按耐久性要求確定水灰比(參照表1);同時(shí)采取相應(yīng)技術(shù)路線在原材料控制、拌合物制備和整個(gè)施工過程中確?；炷恋膭蛸|(zhì)性,以期達(dá)到使用環(huán)境下的耐久性。配合比的計(jì)算采用吳中偉院士提出的簡(jiǎn)易絕對(duì)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(shè)計(jì)3.1砂用量和漿體含量計(jì)算文獻(xiàn)都曾介紹固定砂石體積含量法,簡(jiǎn)要計(jì)算步驟如下:(1)設(shè)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(shè)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(jì)算得到用水量和膠凝材料總量,最后由膠凝材料總量計(jì)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(qiáng)度的基礎(chǔ)上,體現(xiàn)了按工作性要求設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土的原則。認(rèn)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(dòng)性的重要參數(shù),這種認(rèn)識(shí)將自密實(shí)混凝土從工作性上與其他混凝土區(qū)別開來,但這兩個(gè)參數(shù)取值的確定過于籠統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn)化,由于自密實(shí)混凝土對(duì)于原材料的質(zhì)量變化十分敏感,筆者認(rèn)為,應(yīng)該針對(duì)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(tái)灣學(xué)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(jì)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(shí)印數(shù)的概念來控制自密實(shí)混凝土中骨料用量,進(jìn)而控制拌合物的流動(dòng)性和密實(shí)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(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn),這對(duì)混凝土的經(jīng)濟(jì)性和耐久性不利,因?yàn)楫?dāng)配制高強(qiáng)度混凝土?xí)r勢(shì)必極大增加水泥用量,因而該方法只適于配制中低強(qiáng)度自密實(shí)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(qiáng)度和流動(dòng)度,而摻合料中的水只用來使摻合料漿體達(dá)到與水泥漿相同的流動(dòng)度?；炷林械乃且粋€(gè)整體,人為地將其分解成單獨(dú)發(fā)生作用的幾個(gè)部分,這樣簡(jiǎn)化有悖于事實(shí),而且忽視了礦物摻合料對(duì)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(fù)合使用時(shí)的疊加效應(yīng)。3.3混凝土配合比設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的研究還有其他3類:第1類是采用正交試驗(yàn)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(duì)于混凝土工作性和強(qiáng)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(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比計(jì)算;第2類是直接引用高性能混凝土配合比計(jì)算的一些方法(如全計(jì)算法)或改進(jìn)的全計(jì)算法;第3類是純粹的試配法,即以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)確定單位粗集料用量、用水量和膠凝材料用量,單位細(xì)集料體積等于總體積減去其他材料體積,在此基礎(chǔ)上確定初始配合比進(jìn)行試配,檢驗(yàn)工作性和抗壓強(qiáng)度,之后經(jīng)過調(diào)整得到最終配合比。4參數(shù)法設(shè)計(jì)致密混凝土的合作比4.1膠凝材料凈漿抗辯機(jī)理混凝土是多種原材料組成的混合物,進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)可以定義若干參數(shù)作為不同原材料對(duì)混凝土的不同影響因素,在此基礎(chǔ)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(gè)參數(shù):粗骨料系數(shù)α用于計(jì)算石子用量;砂撥開系數(shù)β用于計(jì)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(jì)算。在這4個(gè)參數(shù)中,α、β分別體現(xiàn)了粗、細(xì)骨料對(duì)于混凝土性能的不同影響,它們同時(shí)還決定了砂率值、漿骨比和砂在砂漿中的體積含量,比單獨(dú)使用這3個(gè)參數(shù)意義更豐富,控制作用更強(qiáng)。而且,選定α、β的值后可以直接計(jì)算出粗細(xì)骨料的用量,有利于配合比的定量化設(shè)計(jì)。γ的取值采取國(guó)標(biāo)規(guī)定的凈漿流動(dòng)度試驗(yàn),一方面檢驗(yàn)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?xí)r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(dòng)性、強(qiáng)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(shè)計(jì)自密實(shí)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(cè):拌合物的實(shí)測(cè)表觀密度,(kg/m3);ρ計(jì):拌合物的計(jì)算表觀密度,(kg/m3)。5自虛實(shí)混凝土?xí)r不照照綜合分析國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的各種混凝土