1配合比設計方法

 

在我國現(xiàn)行配合比設計規(guī)范中，JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》是經(jīng)常使用的配合比設計方法之一。在JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中，對普通混凝土配合比設計的基本思路和參數(shù)進行了規(guī)定，該規(guī)程依據(jù)大量試驗的統(tǒng)計結果，按照包羅米公式（即水灰比法則）進行混凝土的配合比設計，因此，該規(guī)程適用于普通混凝土配合比設計。而對與特種混凝土、高強混凝土，則強調在經(jīng)驗的基礎上，必須用工程所使用的材料通過多次重復試驗，最終選擇合適的材料和配合比。

 

2混凝土配合比設計中的一些問題

2.1基本要求

 

(1）強度等級。混凝土結構設計要求的強度等級。

 

(2）和易性。施工方面要求的混凝土拌合物的和易性。

 

(3）耐久性。保證在自然環(huán)境和使用條件下的耐久性（如，抗凍等級、抗?jié)B等級和抗化學侵蝕性）。

 

(4）在保證以上3項材料性質的前提下，盡量做到節(jié)約水泥和降低成本，符合經(jīng)濟原則。

 

2.2主要控制參數(shù)

 

(1）水灰比。水與水泥之間的比例關系。

 

(2）單位用水量。1m3混凝土的用水量。

 

(3）砂率。砂與石的比例關系。這3個參數(shù)與混凝土配合比設計基本要求密切相關，水灰比的大小直接影響混凝土的強度和耐久性；用水量的多少是控制混凝土拌合物流動性大小的重要參數(shù)；砂率反應砂石的配合關系，砂率對混凝土的影響主要體現(xiàn)在和易性。

 

2.3外加劑摻量的確定

 

外加劑的最佳摻量是獲得最好技術經(jīng)濟效果的重要因素。規(guī)范中建議確定外加劑摻量的原則是：在滿足混凝土性能要求的前提下，采用最低摻量。對這一原則的理解，最重要的是首先滿足混凝土性能要求這一前提，而不是外加劑推薦摻量的低限。

 

在進行混凝土配合比設計以及試配時，首先選擇外加劑的品種，了解外加劑的基本性能，然后通過混凝土試拌選定外加劑的合適摻量。外加劑摻量的選擇主要取決于減水劑的合理用量，每種減水劑都存在最佳摻量，此時才可能產(chǎn)生相應的效果，從而達到所需的性能和經(jīng)濟技術指標。

 

2.4摻合料的選擇與摻量

 

不同的摻合料具有不同的性質，活性摻合料的使用不僅可改善混凝土的性能，對混凝土成本的控制亦有不可忽視的影響。以常用的II級粉煤灰、礦粉為例，II級粉煤灰的需水量比一般為105%，礦粉的需水量比一般為95%，因此，使用不同的摻合料和不同的摻加比例對混凝土的用水量將產(chǎn)生不同的影響。另外，不同的摻合料品種、摻加量對混凝土的和易性、強度等產(chǎn)生不同的影響，使用時應根據(jù)對混凝土的質量要求和經(jīng)濟指標加以選擇。

 

2.5用水量的選用

 

用水量是混凝土配合比設計中的一個重要參數(shù)，決定混凝土用水量大小的往往是混凝土的工作性而不是水泥水化的需要。理論上，達到水泥完全水化時的最小水灰比為0.23左右，而對絕大部分混凝土來講，其用水量遠比理論值要高。多余的水分一部分作為毛細水存在于毛細孔內，而其他的水蒸發(fā)后在混凝土內留下孔隙，對混凝土的性能產(chǎn)生不利影響。

 

在相同的工作性前提下，混凝土用水量的大小取決于外加劑的性能與摻量、膠凝材料的需水量、砂子的細度模數(shù)、石子的最大粒徑、摻合料的品種及摻量等。

 

2.6水灰比法則的局限性

 

隨著水泥技術的發(fā)展、外加劑水平的提高以及活性摻合料的普及使用，包羅米公式的適用性越來越表現(xiàn)出其局限性。有人用32.5級與42.5級水泥，也有人用42.5與52.5級水泥分別配制高強混凝土，得到的結果均顯示不出差異；用42.5級水泥能配制出28天強度為125～130MPa的高強混凝土，而62.5級水泥反而不行。其原因是低水灰比時，水泥強度（水化活性）與配制混凝土強度的關系發(fā)生了變化。因此，在混凝土技術快速發(fā)展的今天，要想同時滿足混凝土技術和經(jīng)濟性能，就必須了解混凝土組成材料的基本性質和各種材料之間的相互影響，以及合理使用材料，綜合、全面地對混凝土配合比進行優(yōu)化設計。

 

3材料的合理使用

 

混凝土組成的每種材料都有其特性，而且不同的產(chǎn)品規(guī)格和不同生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品特點也不相同。在進行混凝土配合比設計和使用材料時，就必須充分考慮所使用材料的特性，做到經(jīng)濟、合理使用每種材料，配制出技術經(jīng)濟指標俱佳的混凝土。

 

3.1水泥

 

我國的水泥分類有很多種，如，P.O、P.S、P.P、P.F、P.C、P.I、P.I等，常用的水泥有P.O水泥（普通硅酸鹽水泥）、P.S水泥（礦渣硅酸鹽水泥）、P.C水泥（復合硅酸鹽水泥）等。在進行混凝土配合比設計時，應根據(jù)混凝土性能的要求選用適當?shù)乃嗥贩N，同時，根據(jù)外加劑、摻合料的性質確定合理的摻量，盡量降低水泥用量。

 

水泥的選用應以穩(wěn)定、適應性良好為原則，尤其是對外加劑的適應性應給予足夠的重視。穩(wěn)定、適應性良好的水泥是確?；炷临|量和成本控制的前提。另外，使用硅酸鹽水泥以外的水泥品種時，還應了解水泥中混合材料的種類及摻量，以便在使用摻合料時統(tǒng)籌考慮。

 

3.2外加劑

 

外加劑的使用越來越普及，其作用也日益重要。如前所述，減水劑對混凝土的性能發(fā)揮著巨大作用，也是進行混凝土配制時需重點考慮的因素。在選擇合適的外加劑品種后，外加劑的摻量如何選擇是決定混凝土各項指標的關鍵因素。對于外加劑摻量，尤其是其中減水劑的摻量，首先應了解減水劑摻量與減水率的關系。

 

圖1為市場上常用的聚羧酸高性能減水劑摻量與減水率的關系曲線，從圖1可以看出，減水劑必須達到一定的摻量其效果才比較明顯，過低或過高的摻量都是不理想或不經(jīng)濟的。合適的外加劑摻量，可以控制用水量，在水灰比一定時降低水泥和摻合料的用量，從而達到使用較低的用水量和膠凝材料用量，滿足混凝土性能指標和經(jīng)濟指標的雙重要求。

 

3.3摻合料（粉煤灰）

 

粉煤灰是煤粉燃燒后的熔融成分受急冷后得到的。用于混凝土的優(yōu)質粉煤灰應是經(jīng)風選設備分選出來的，其顆粒以光滑玻璃微珠為主。部分置換水泥后，達到同樣的工作性時，混凝土的用水量可以降低，同時混凝土的流動性大大改善。為了達到標準要求而采取磨細的方法得到的粉煤灰，雖細度等指標滿足了標準的要求，但其中的玻璃微珠被破壞，這不僅不會降低混凝土的用水量，而且會增加混凝土的粘度，尤其是配制高強混凝土時更為明顯。當使用粉煤灰時，不能只用粉煤灰取代水泥而不改變配合比，而是要根據(jù)混凝土達到一定的目標強度和工作性時，根據(jù)粉煤灰摻量和水膠比的關系來確定混凝土的配合比。

 

對于高鈣、高硫粉煤灰，用其配制的混凝土強度較高，混凝土的早期強度提高尤為明顯。但對該種粉煤灰的摻量應注意，過高時可能會影響混凝土的體積穩(wěn)定性。

 

3.4骨料

 

優(yōu)質的骨料對混凝土的性能具有明顯的改善作用，不同混凝土對骨料的要求不同。規(guī)范中對砂子的級配、細度模數(shù)、含泥量、泥塊含量等有明確的要求，一般在配制強度等級較低的混凝土時，使用偏細的砂子有助于改善混凝土的和易性，而配制強度等級較高的混凝土時，適宜使用較粗的砂子。砂子的級配影響混凝土的和易性，尤其是對混凝土流動性能的影響更為顯著。在使用質量較差的砂子配制混凝土時，應對混凝土的配合比進行適當調整，如，調整砂率、外加劑摻量、膠凝材料用量和用水量等。

 

過細的砂子對混凝土的收縮不利，容易引起混凝土的開裂，而且增加混凝土的成本。同樣，石子對混凝土的影響也不容忽視。用級配合理的石子配制的混凝土具有良好的流動性，混凝土的工作性容易保證。另外，配制高強度等級的混凝土時，石子的種類和最大粒徑應適當控制。碎石優(yōu)于卵石，一方面碎石中風化石很少，另一方面碎石的表面粗糙，與水泥漿的結合力更大。

 

用粒徑較小的石子配制的混凝土比用大粒徑石子配制的混凝土強度略高。與普通混凝土相比，高強混凝土的強度對界面更敏感。用小粒徑石子時，水泥漿體和單個石子界面的過渡層周長和厚度都小，難以形成大的缺陷，有利于界面強度的提高。同時，石子粒徑越小，石子本身缺陷的幾率越小。

 

4結論

 

(1）配制性能優(yōu)良的混凝土是一項系統(tǒng)工程，應根據(jù)原材料情況和混凝土的技術要求進行統(tǒng)籌設計。

 

(2）原材料的選擇和合理使用，對配合比的設計和混凝土的性能至關重要，只有正確地選材和合理使用材料才有可能配制出技術和經(jīng)濟指標都滿意的混凝土。

 

(3）在混凝土配合比設計中，用水量和外加劑的摻量以及活性摻合料的合理匹配是確?；炷良夹g指標和降低成本的有效途徑。適當降低用水量對混凝土的長期性能和成本控制都是有利的。

 

(4）每種材料的性質及其對新拌混凝土和硬化混凝土性能的影響，必須經(jīng)過試驗確認，并根據(jù)使用環(huán)境、工藝要求等靈活掌握。