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高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)分析

2014-04-29 14:57:36武洪強(qiáng)孫永波
信息周刊 2014年2期
關(guān)鍵詞:外加劑減水劑適應(yīng)性

武洪強(qiáng) 孫永波

【摘 要】隨著我國(guó)改革開放和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快,如何保障建筑工程質(zhì)量,日益受到各級(jí)政府和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。而混凝土作為建筑物的主要原材料之一,其產(chǎn)品質(zhì)量直接影響建筑物的質(zhì)量及安全。而混凝土配合比設(shè)計(jì),則是配制混凝土的基礎(chǔ),是關(guān)鍵。影響混凝土性能的因素有很多,主要包括水泥、砂石、混合材、外加劑等各原材料及水泥與外加劑的適應(yīng)性。

【關(guān)鍵詞】混凝土配合比;適應(yīng)性

一 概述

在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,考慮了混凝土的流變性能、力學(xué)性能、彈性性能、化學(xué)性能、干縮、熱學(xué)性能、顆粒粒徑分布等參數(shù)及其相關(guān)影響因素,并依據(jù)這些影響因素進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),以確定混凝土的組成材料。

配合比設(shè)計(jì)過程中,試驗(yàn)室試配條件方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1.養(yǎng)護(hù)室,夠用時(shí)盡量小一些,同時(shí)做好保溫改造,既能準(zhǔn)確地控制環(huán)境溫濕度,又起到了節(jié)能的效果。

2.試驗(yàn)室的設(shè)計(jì):必須配置有拌和鐵板,排水槽,沉淀池,換氣設(shè)備(排出煙塵)。

3.標(biāo)準(zhǔn)水泥:由于檢測(cè)中標(biāo)準(zhǔn)水泥用量大,不宜采用較多。只需購(gòu)置部分標(biāo)準(zhǔn)水泥置于密封筒中備用。檢測(cè)可采用滿足規(guī)范上要求的檢測(cè)用水泥即可,但其C3A含量應(yīng)嚴(yán)格控制在6%~8%,否則對(duì)相關(guān)物理性能的結(jié)果影響較大。

二 混凝土配合比設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)及影響因素

混凝土配合比設(shè)計(jì),其過程包括兩個(gè)相關(guān)的步驟:(1)選擇混凝土的適宜組分(水泥、集料(粗和細(xì))、水及外加劑);(2)求出它們之間的相應(yīng)數(shù)量比(配合比),使其在滿足工作性、強(qiáng)度和耐久性的要求同時(shí)盡可能的經(jīng)濟(jì)合理。配合比由混凝土組分確定,組分又取決于混凝土的用途,如低收縮混凝土、耐化學(xué)腐蝕混凝土等。目前雖然在配合比設(shè)計(jì)的理論方面已經(jīng)做了大量的工作,但是基本上仍停留在經(jīng)驗(yàn)方法的階段,沒有人完全弄清強(qiáng)度設(shè)計(jì)的機(jī)理和影響因素?;炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)就是根據(jù)工程要求、結(jié)構(gòu)形式和施工條件來確定混凝土的組分,即水泥、集料(砂和石)、水及外加劑的配合比例。

混凝土配合比設(shè)計(jì)還有一個(gè)關(guān)鍵的因素需要在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮,即配合比設(shè)計(jì)時(shí)所摻用的混凝土外加劑,特別是針對(duì)高性能混凝土,水泥于摻入的外加劑的適應(yīng)性是是否能配出高性能高強(qiáng)度混凝土的關(guān)鍵因素之一,水泥與外加劑適應(yīng)時(shí):外加劑在常用摻量下能夠達(dá)到它自身的使用效果,沒有離析和泌水現(xiàn)象,坍落度隨時(shí)間變化損失相應(yīng)較小,對(duì)混凝土的強(qiáng)度等性能無負(fù)面影響。當(dāng)不適應(yīng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土初始坍落度小,坍落度損失快,離析,泌水,外加劑用量增加,甚至?xí)?duì)混凝土的強(qiáng)度和質(zhì)量產(chǎn)生影響。

由于水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性直接影響到混凝土配合比,在此重點(diǎn)分析下其相關(guān)影響因素,主要有以下三點(diǎn):

1.水泥熟料的礦物組成

水泥的性能主要取決于水泥熟料的質(zhì)量,優(yōu)質(zhì)的水泥熟料應(yīng)該具有合適的礦物組成和良好的巖相結(jié)構(gòu)。水泥的礦物組成及其比例對(duì)減水劑適應(yīng)性關(guān)系非常密切。因此了解礦物組成在水泥中起到的作用有助于我們理解分析水泥與外加劑適應(yīng)性及混凝土工程質(zhì)量問題的相關(guān)現(xiàn)象。

2.水泥的水化硬化

水泥的水化產(chǎn)物70%左右是(C-S-H),20%左右是(CH),7%左右是(AFt)。C-S-H和AFt形成強(qiáng)力骨架,形成混凝土中的水泥石相。CH一般分布在混凝土中骨料相與水泥相的交界面上,通常稱之為界面相。目前國(guó)際學(xué)術(shù)界已公認(rèn)水泥石-集料界面的粘結(jié)性能對(duì)混凝土性能,特別是耐久性能影響很大,界面往往是混凝土內(nèi)部最薄弱的環(huán)節(jié)。CH在界面的生長(zhǎng)具有取向性,形成了界面的薄弱環(huán)節(jié)。礦物外加劑的加入就是填充混凝土中的微小孔隙,調(diào)整界面相強(qiáng)度,如超細(xì)粉煤灰、硅灰、礦渣,要發(fā)揮起作用進(jìn)行二次水化發(fā)生二次火山灰反應(yīng),必須在CH的環(huán)境下即高堿環(huán)境,而堿含量過高就可能會(huì)發(fā)生堿骨料反應(yīng)。

3. 水泥物理——化學(xué)性能的影響

吸附順序C3A>C4AF>C3S>C2S,在高效減水劑摻量相同的情況,C3A和C4AF含量較高的水泥漿體中,減水劑的分散效果較差。水泥的堿含量(上面已提到),石膏的形態(tài),水泥混合材,水泥的細(xì)度,水泥的陳化時(shí)間,可溶性堿。針對(duì)新項(xiàng)目外加劑檢測(cè),更注重如何檢測(cè)出這種不適應(yīng)性目前常規(guī)方法主要有水泥凈漿試驗(yàn)、砂漿試驗(yàn)、混凝土試驗(yàn)等方法。

三 混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本概念與步驟

1. 配合比設(shè)計(jì)的基本參數(shù)

a.混凝土的強(qiáng)度——強(qiáng)度等級(jí);

b.混凝土的稠度——坍落度或維勃稠度值;

c.所使用的水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)及其質(zhì)量水平,即強(qiáng)度等級(jí)富余系數(shù)γc

d.粗細(xì)集料的品種、最大粒徑、細(xì)度以及級(jí)配情況;

e.可能摻用的外加劑或摻合料;

f.除強(qiáng)度和稠度以外的其他性能要求。

2. 配合比設(shè)計(jì)的基本原則

配合比設(shè)計(jì)的原則就是按所采用的材料確定出既能滿足工作性、強(qiáng)度及耐久性和其他要求且又經(jīng)濟(jì)合理的混凝土各組成部分的用量配比。

a.工作性原則

易于澆注搗實(shí),離析和泌水應(yīng)該降至最小。

b.強(qiáng)度及耐久性原則

強(qiáng)度要求:某個(gè)齡期下的特定強(qiáng)度。

耐久性:如抗凍融性或化學(xué)侵蝕性。

配合比的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能滿足上述所有要求。由于要求多不能同時(shí)達(dá)到最佳,所以必要時(shí)要采用某些折衷的辦法(如強(qiáng)度和工作性之間,強(qiáng)度高,加入大量高效減水劑后混凝土變得很粘稠,拌和時(shí)就容易粘在鐵板上(常說“抓地”),工作性變差)。重要的是,一個(gè)“完善”的配合比如果沒有正確的澆注、抹面和養(yǎng)護(hù)就無法正確的實(shí)現(xiàn)其性能。

c.經(jīng)濟(jì)性原則

混凝土的成本由材料、人工和設(shè)備費(fèi)用等構(gòu)成。一般配合比中材料費(fèi)是非常重要的,水泥比集料貴得多,將水泥用量降至最低(保證強(qiáng)度和其他各種性能的前提下)是降低混凝土造價(jià)的唯一最重要因素。途徑有:采用切實(shí)可行的集料最大粒徑;采用最佳砂率;采用外加劑等。

3. 混凝土配合比設(shè)計(jì)主要依據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟及相關(guān)基本計(jì)算

混凝土配合比建議采用重量法,計(jì)算較為簡(jiǎn)便,最終出具的混凝土配合比報(bào)告也比較直觀。最后根據(jù)設(shè)計(jì)好的配合比進(jìn)行試配,根據(jù)試驗(yàn)的情況對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整,最后確定配合比。需要提請(qǐng)注意的是:用水量表和砂率表都是建議參考,并不是強(qiáng)制指標(biāo),配合比設(shè)計(jì)的靈活之處就在于此,也是創(chuàng)新的著手點(diǎn)。根據(jù)公式計(jì)算出來的水灰比設(shè)計(jì)的配合比,一般強(qiáng)度富余較高,后期都要進(jìn)行調(diào)整,使得配合比更加經(jīng)濟(jì)適用。

以上所介紹的是配合比的基本設(shè)計(jì)方法、步驟概述及相關(guān)注意事項(xiàng)、影響因素等,對(duì)于特種材料(如輕集料)混凝土、特種性能混凝土(自密實(shí)混凝土)、特種施工方法混凝土(如壓力灌漿料)等配合比的設(shè)計(jì),都要根據(jù)原材料、施工工藝等情況進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)確認(rèn)。

參考文獻(xiàn):

(1)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》 JGJ55-2011

(2)《混凝土配合比技術(shù)》 出版社:湖南科技;作者賴院生、陳遠(yuǎn)吉

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