混凝土配合比
时间： 2024-01-16 09:17:04
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强度是混凝土的主要技术要求。因为强度一般与耐久性指标 (如抗渗、抗冻、抗侵蚀) 等性能都成正相关关系；而且在结构设计中，结构物的承载力是由混凝土抗压强度参与计算的，可由结构物的承载力准确地求出所需要的混凝土抗压强度值。而混凝土结构设计中却无法采用耐久性某一指标 (如抗渗、抗冻、抗侵蚀等) 进行设计。水胶比是决定强度、耐久性等性能的主要因素。只要水胶比确定了，混凝土的强度、耐久性等性能就确定了。这不仅在确定混凝土配合比时应考虑强度、耐久性的要求，在混凝土生产质量控制中也要考虑水胶比的要求。大量的试验结果证明，混凝土抗压强度都随胶水比的增大而增大，成直性关系，随水胶比的增大而减小，成指数曲线关系。水胶比与混凝土抗压强度可以回归成鲍罗米型经验公式，在组成材料一致的条件下，有很好的相关性。 从水胶比计算公式中可以看出，水胶比随混凝土配制强度的提高而减小；水胶比随胶凝材料胶砂28d抗压强度的提高而增大。
用水量随坍落度的增大而增大，成直线关系；在坍落度不大于180mm的范围内，每增减5kg/m3水，坍落度增减20mm；用水量随粗骨料最大粒径的增大而减小，成对数曲线关系；在未凝固的混凝土中，用水量决定拌合物的流变性。足够的用水量，才能便于泵送及施工操作，以确保混凝土密实，应在保证混凝土施工性能的条件下尽量降低用水量。减水剂的掺量应经试验确定，应选择在掺量与减水成线性关系的范围内，并应在直线的拐点之下，给施工现场用减水剂调整坍落度留有一定的空间。减水剂的掺量不宜过量，否则会增大拌合物的粘性甚至离析，造成施工困难，影响混凝土的质量。砂率随粗骨料最大粒径的增大而减小，成对数曲线关系；
人工砂的砂率比天然砂大。当使用人工砂时，其砂率应经试验确定。用针片状含量较大或棱角较多的粗骨料时，砂率可适当增大，应经试验确定。当试验不能满足拌合物性能要求时，应更换粗骨料。在水泥用量和水灰比一定的条件下，由于水泥砂浆在粗骨料间起到润滑和辊珠作用，可以减小粗骨料间的摩擦力，所以在一定范围内，砂率增大，混凝土流动性增大。另一方面，由于砂子的比表面积比粗骨料大，随着砂率增加，骨料的总表积增大，在水泥浆用量一定的条件下，骨料表面包裹的浆量减薄，润滑作用下降，使混凝土流动性降低。所以砂率超过一定范围，流动性随砂率增加而下降。当砂率最恰当时，混凝土拌合物的坍落度最大，也可以说需水量最小或者说胶凝材料用量最小。如果保持胶凝材料用量及坍落度不变，则混凝土的强度最高；如果保持水胶比及坍落度不变，则成本最低。此时的砂率称为最佳砂率。由试验和经验得出空隙率小、表面积也小的粗骨料较优级配主要是二分之一最大粒径以上的颗粒含量，应达到50％～60％。当最大粒径大时，二分之一最大粒径以上的颗粒含量取低值；当最大粒径小时，二分之一最大粒径以上的颗粒含量取高值。 混凝土耐久性有两方面的要求，一是混凝土配合比中的相关技术参数应符合相关标准的规定；二是对设计有相应耐久性指标要求的混凝土，应按相应标准的规定进行取样检验，其性能应合格。吴中伟院士在《论水泥混凝土耐久性研究的思路与方法》中指出：水泥混凝土本是很耐久的，远优于钢铁、合金、木材、塑料等常用建材，历史已有证明。近年混凝土构筑物不耐久以至崩坍的事例，所占比例是十分小的，本来是不应该发生的，其根源在于人，是人的“无知”、“无能”甚至“明知故犯”。长期以来对混凝土只重视强度，而忽视耐久性，此为不良传统，必须改正。为了早强、高强采用的措施，如使水泥细度更细、水泥用量增大、用早强水泥与早强外加剂、提高养护温度，以至过低的水灰比等，都对后期强度和耐久性不利。在解决了“无知”、“无能”，杜绝了“明知故犯”以后，根据当前技术水平，混凝土构筑物安全使用期建议可定为：重要建筑物在不利环境的工作条件下达100年；在正常条件下达200年；特殊用途按特殊设计可达300年。可见混凝土建筑物是能够也是应该耐久的，安全使用期应比现在认识的长得多。建议建筑规划、设计、使用、管理等有关部门采取相应措施，认真对待这一改变，使国家资源、能源、财富得到充分有效的利用，使社会和环境得到最大效益。 (4) 符合经济原则，在满足质量要求的基础上，尽量降低成本。 (1) 水胶比； (2) 用水量； (3) 砂率。3 预拌混凝土生产企业，应根据本单位所选定的原材料，通过试验建立本单位的专用水胶比与混凝土强度关系式，确定本单位的回归系数αa和αb。4 预拌混凝土配合比的设计应按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的规定进行。应根据本单位选定的原材料，按混凝土不同强度等级、不同品种设计出常用混凝土配合比备用。当水泥、矿物掺合料或外加剂品种、质量有显著变化时，应重新进行配合比设计。(1) 应根据设计要求的混凝土强度等级及耐久性要求确定配制强度，按实际所用材料的技术参数和拌合物的性能要求进行计算，得出“计算配合比”。 (2) 在计算配合比的基础上进行试拌，并检验拌合物的性能。如拌合物的性能不符合要求，应保持水胶比不变，通过调整配合比其他参数，用调整后的配合比进行试拌，至拌合物性能符合设计要求，得出满足设计要求的“试拌配合比”。(3) 以试拌配合比为基础，采用一个比试拌配合比的配制强度高5MPa和一个比试拌配合比的配制强度低5MPa的共三个配合比制备混凝土，分别进行试配，并检测拌合物的表观密度、拌合物性能、强度及相关性能。根据混凝土强度试验结果，用最小二乘法计算配制强度对应的胶水比，将胶水比换算成水胶比，按该水胶比及试配中确定的参数，计算出满足设计要求的“设计配合比”。应以选定同品种、同强度等级的设计配合比为依据，按照当天生产所用原材料的技术参数及混凝土出厂检验的结果对设计配合比进行调整计算，且满足耐久性要求的配合比为生产配合比。(1) 调整实例：设计配合比：C40 (适用于一类及二a类环境)设计时混凝土的基本要求及所用原材料的技术参数如下：④ 水泥：经检验质量合格，P.O 42.5级；密度⍴c＝3100 kg/m3；28d胶砂抗压强度实测值ƒce＝50.0MPa。 ⑤ 粉煤灰：经检验质量合格，F类，细度筛余16％，Ⅱ级，表观密度⍴f＝2200 kg/m3。确定掺量为20％，查表得影响系数为0.85。⑥ 矿渣粉：经检验质量合格，S95级，表观密度⍴f＝2900 kg/m3，28d活性指数101％。确定掺量为25％，查表得影响系数为1.0。⑦ 河砂：经检验质量合格，细度模数为2.80，颗粒级配为Ⅱ区，表观密度⍴s＝2650 kg/m3，为非碱活性骨料。⑧ 碎石：经检验质量合格，粒级为5～31.5连续级配，表观密度⍴s＝2700 kg/m3，为非碱活性骨料。⑨ 外加剂：萘系高效减水剂，固含量为33％，经试验掺量为2.2％时，推定混凝土拌合物减水率为25％。经进行配合比设计试验，得出C40设计配合比如下表。
注：1. 水胶比为0.423； 2. 胶凝材料用量为408kg/m3；3. 胶凝材料掺量为44.9％； 4. 出机坍落度为200mm；① 当天生产所用的胶凝材料的品种、质量与配合比设计时一致；粗骨料品种与设计时相同，经检验各项质量指标合格，颗粒级配为由设计时的5～31.5mm的连续级配改为5～20mm的连续级配；细骨料的品种与设计时相同，经检验各项质量指标合格，其细度模数由设计时的2.80改为2.20；粉煤灰的质检验合格，细度筛余为20％，Ⅱ级；近期进厂水泥、矿粉检验的胶砂28d抗压强度、活性指数及混凝土出厂检验的抗压强度正常，要求出机坍落度由设计时的200mm改为180mm。以设计配合比为基础，按生产时所用原材料的技术参数、混凝土质量检验的结果及拌合物的性能调整确定的生产配合比如下表。
5. 生产时，应分别测定所使用的砂、石含水率，并将其含水率分别输入生产设备计算机系统中的砂、石含水率窗口内方可生产，并应用砂石含水率的调整控制出机坍落度，不应直接调整配合比的用水量。② 如果生产时出厂检验的混凝土抗压强度下降2MPa，同时水泥28d胶砂抗压强度检验结果为48MPa，其他条件与生产配合比 ① 相同。由于胶凝材料28d胶砂抗压强度变为48.0×0.85＝40.8MPa，与设计时的50×0.85＝42.5MPa降低了1.7MPa。经计算，则生产配合比的水胶比应为0.412，与设计配合比的水胶比0.423减小了0.011。水胶比用0.412计算的生产配合比如下表。
5. 生产时，应分别测定所使用的砂、石含水率，并将其含水率分别输入生产设备计算机系统中的砂、石含水率窗口内方可生产，并应用砂石含水率的调整控制出机坍落度，不应直接调整配合比的用水量。从以上的调整结果可以看出，由于生产时使用原材料的技术参数与设计时的变化，会使生产配合比与设计配合比产生差异，但质量保持一致。生产配合比与设计配合比的水胶比不一定相同，由于水泥28d胶砂抗压强度的波动会导致混凝土出厂检的抗压强度的波动，为了保证强度，应采取与水泥28d胶砂抗压强度相应的水胶比。但在生产过程中对混凝土拌合物的调整，则应保持水胶比不变的原则进行。① 生产时，必须根据砂、石含水率对配合比中的水、砂、石用量进行换算 (电脑设置有砂、石含水的换算工能)，质检人员应协同操机员进行，应分别将砂、石含水率的实测值输入计算机中的砂、石含水率窗口中。生产时，应通过砂、石含水率的调整，使混凝土拌合物的性能符合要求。不应直接调整配合比中的用水量，以避免混凝土方量的变化。 ② 正常生产过程中，操机员应对混凝土拌合物的坍落度负责。如有异常，操机员应即时通知当班质检员在职权范围内共同进行处理。③ 在生产过程中，混凝土配合比必须进行动态管理，应按本单位混凝土配合比调整权限的规定，根据气温、湿度的变化、原材料性能的波动及现场反馈的信息等随时进行调整，并记录调整原因及取样检验结果。④ 在生产过程中，不宜直接用调整外加剂掺量的方法来频繁调整拌合物坍落度。如怀疑是原材料的质量变化引起的需水量的变化，应即时取样进行混凝土试拌试验，确定外加剂的准确掺量，按试拌确定的外加剂的掺量进行生产，同时应注意原材料质量匀质性的变化。① 开始生产时，原材料情况正常，计量也正常，石子是干的，砂的用量为750kg/m3。出机坍落度值比要求值大了30mm。这种情况，说明砂的实际含水率大于输入的含水率，应减少7.5kg/m3水，将输入含水率增加7.5÷750＝1.0％。并应取样检验调整后的坍落度至满足要求。② 开始生产时，石子是干的，砂的用量为750kg/m3。出机坍落度值比要求值小了30mm。 这时应校核计量、外加剂与胶凝材料的适应性及骨料含水率。如计量校核正常，应取样进行混凝土试拌试验，确定外加剂的掺量，如外加剂的掺量与生产配合比一致，则应增加7.5kg/m3水，应将输入含水率减小7.5÷750＝1.0％，并应检验调整后的坍落度至满足要求。如果试拌时外加剂的掺量与生产配合比不一致，则应按试拌确定的外加剂掺量进行生产，并调整出机坍落度至符合要求，并应加强监控原材料的质量波动对拌合物性能的影响。③ 出厂检验时，有一车混凝土目测拌合物的坍落度偏小，经取样实测，与要求的坍落度小了30mm。这时首先应对计量进行确认，如计量正常可靠，应从生产过程中判断外加剂与胶凝材料的适应性是否有变化，如仅这一车出现异常，即可确定外加剂与胶凝材料的适应性正常，这时就可确定是由骨料的质量异常引起的。如果是含水率输入值不准，就可直接向车罐内加水，按7.5kg/m3的水量加入车罐内，快速搅拌3min后，取样检验拌合物性能，合格后放行。如果是骨料含泥量引起的，则应用外加剂调整至拌合物性能合格后放行。④ 出厂检验时，目测混凝土拌合物的坍落度偏大，经取样实测，与要求的坍落度大了30mm。这时应采用加粉料的方法来降低坍落度至符合要求。混凝土的用水量多了7.5kg/m3，假设该混凝土的用水量为170kg/m3，胶凝材料用量为400kg/m3，每方需增加粉料为7.5÷170×400＝17.6kg/m3，考虑砂、石需水后，可加12kg/m3粉料。也可按每公斤水增加1.5kg粉料进行调整至符合要求。粉料中各品种的比例与配合比一致 ⑤ 由于交通堵塞或施工现场故障，使混凝土拌合物至泵送时的时间过长，坍落度损失过大，造成泵送困难。这种情况，只能用外加剂进行调整。一般荼系减水剂的掺量每增减0.1％，用水量则减增3kg/m3；聚羧酸水剂 (固含量为10％) 的掺量每增减0.07％，用水量则减增3kg/m3。调整时可按需要增大的坍落度确定需要增加的用水量，然后再将该用水量换算需要的外加剂进行调整。如需要增加40mm的坍落度 (能满足泵送较小的坍落度即可)，则荼系减水剂的掺量应增加0.33％，聚羧酸外加剂的掺量应增加0.21％，按车内总胶凝材料用量进行计算外加剂的添加量。外加剂加入后，车罐应快速拌搅不少于3min，取样检验拌合物性能，符合可泵性要求后应慢速泵送。⑥ 由于出厂坍落度漏检，混凝土运到现场后，拌合物性能不符合要求，被退回站内。如果来回时间在1小时以内：对于坍落度过大的拌合物应采用增加粉料的方法进行调整至符合要求，尽快送往原工程结构；对于坍落度过小的拌合物应采用添加外加剂的方调整至符合要求，尽快送往原工程结构。如果来回时间超过1小时：调整方法与时间较短的相同，对拌合物性能符合要求的，应降级使；对拌合物性能不符合要求的，应报废处理。
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