減水劑在混凝土配合比設計中的應用

楊志芳

1 概述

普通混凝土是指以普通水泥為膠凝材料,加砂子、石子、水以及外加劑(有時還要加摻合料),按一定比例配制,經過攪拌、搗實成型、養護硬化而成的一種人造石材。由于它具有原材料資源豐富、生產工藝簡單、性能良好、價格低廉的特點,并且具有較高強度和耐久性,便于澆筑成各種形狀的構件或整體結構,能與鋼筋結合成堅固、抗震的鋼筋混凝土結構,所以一直是建筑工程中廣泛應用的建筑材料。由于混凝土是一種由多種成分組成的非勻質性材料,其生產工藝又包括配制、攪拌、振搗和養護等過程,加上水泥是一種活性材料,因此,原材料的質量因素和生產工藝中的某些環節都對其性能和質量有很大的、不可忽視的影響。混凝土配合比設計的目的就是要考慮到上述種種因素,提出施工中應用的最佳混凝土配合比。

2 外加劑的作用及其分類

在混凝土、砂漿和凈漿的制備過程中,摻入少量的(不超水泥用量的5%)能對混凝土、砂漿或凈漿改變性能的一種產品,稱為混凝土外加劑。在混凝土中加入適量的外加劑,能提高混凝土質量,改善混凝土性能,減少混凝土用水量,節約水泥,降低成本,加快施工進度。隨著技術的進步,外加劑已成為除水泥、粗細骨料、摻合料和水以外的第5種必備材料,摻外加劑是混凝土配合比設計和提高混凝土耐久性的一項重要措施。

2.1 混凝土外加劑的分類

按GB 8075-87分類,混凝土外加劑按其主要功能可分為四類:1)改善混凝土拌合物流變性能的外加劑,包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等。2)調節混凝土凝結時間,硬化性能的外加劑,包括緩凝劑、早強劑、速凝劑等。3)改善混凝土耐久性的外加劑,包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。4)改善混凝土其他性能的外加劑,包括引氣劑、膨脹劑、防凍劑、作色劑、防水劑和泵送劑等。

2.2 減水劑的作用

減水劑是種能減少混凝土中必要的單位用水量,并能滿足規定的稠度要求,提高混凝土和易性的外加劑。其又被稱為塑化劑或分散劑。拌和混凝土時加入適量的減水劑,可使水泥顆粒分散均勻,同時將水泥顆粒包裹的水分釋放出來,從而能明顯減少混凝土用水量。

減水劑的主要作用有以下幾個方面:增加水化效率,減少單位用水量,增加強度,節省水泥用量;改善尚未凝固的混凝土的和易性,防止混凝土成分的離析;提高抗滲性,減小透水性,避免混凝土建筑結構漏水,增加耐久性,增加耐化學腐蝕性能;減少混凝土凝固的收縮率,防止混凝土構件產生裂紋;提高抗凍性,有利于冬季施工。

3 摻減水劑混凝土配合比設計

3.1 配合比設計應滿足的基本要求

1)混凝土結構設計要求的強度等級。2)施工方面要求的混凝土拌合物和易性。3)與使用環境相適應的耐久性要求(如抗凍等級、抗滲等級和抗侵蝕性等)。4)在滿足以上三項技術性質的前提下,盡量做到節約水泥和降低混凝土成本,符合經濟原則。

3.2 摻減水劑混凝土配合比設計步驟

1)按混凝土配合比設計規程計算出普通混凝土的配合比。2)在普通混凝土的配合比用水量和水泥用量的基礎上,進行減水和減水泥,算出減水和減水泥后的每立方米混凝土的實際用水量和水泥用量。3)重新計算砂、石用量。計算每立方米混凝土中的減水劑用量。4)試配和調整。

3.3 配合比設計的實例

某室內現澆混凝土梁,要求混凝土強度等級為C35,施工采用機械攪拌和機械振搗,要求混凝土坍落度為30 mm～50 mm,施工單位無近期混凝土強度統計資料,所用原材料情況如下:

水泥:42.5級普通硅酸鹽水泥,水泥密度為ρc=3.10 g/cm3,水泥強度等級標準值的富余系數為1.08;

砂:中砂,級配合格,砂子表觀密度 ρos=2.60 g/cm3;

石:碎石,級配合格,最大粒徑為40 mm,石子表觀密度 ρog=2.65 g/cm3;

減水劑:HSP高效減水劑,減水率:20%。

配合比設計如下:

1)確定混凝土配制強度(fcu,0)。

2)確定水灰比(W/C)。

干燥環境容許最大水灰比為0.65,故可確定水灰比為0.47。

3)確定用水量(mw0)。查表可知對于最大粒徑為40 mm的碎石混凝土,當所需坍落度為30 mm～50 mm時,1 m3混凝土的用水量可選用175 kg。HSP減水率為20%。

用水量:mw0=175×(1-20%)=140 kg。

4)計算水泥用量(mc0)。

查表得最小水泥用量為260 kg,故可取 mc0=297.9 kg/m3。

5)確定砂率(βs)。由 W/C=0.47,碎石最大粒徑為40 mm,查表取合理砂率βs=32%。

6)計算砂、石用量(ms0,mg0)。用體積法計算,將 mc0=297.9 kg;mw0=140 kg代入方程組:

解得:ms0=647 kg;mg0=1 376 kg。

7)減水劑HSP:J=297.9×1.5%=4.47 kg。

8)混凝土計算配比為:C:298 kg,S:647 kg,G:1 376 kg,W:140 kg,J:4.47 kg。

C∶S∶G∶W∶J=1∶2.17∶4.62∶0.47∶0.015,W/C=0.47。

4 結語

1)在保持拌合物流動性不變的情況下,摻入減水劑后可減少用水量15%左右。2)在用水量及水灰比不變的條件下,摻入減水劑后,可提高混凝土拌合物的流動性,且不影響混凝土強度。3)在保持流動性和強度不變的情況下,可減少拌合水量,相應減少水泥用量,可節約水泥用量13%左右。

[1] 范文昭.建筑材料[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

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