減水劑在混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(shí)還要加摻合料),按一定比例配制,經(jīng)過攪拌、搗實(shí)成型、養(yǎng)護(hù)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(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、性能良好、價(jià)格低廉的特點(diǎn),并且具有較高強(qiáng)度和耐久性,便于澆筑成各種形狀的構(gòu)件或整體結(jié)構(gòu),能與鋼筋結(jié)合成堅(jiān)固、抗震的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),所以一直是建筑工程中廣泛應(yīng)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(zhì)性材料,其生產(chǎn)工藝又包括配制、攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)等過程,加上水泥是一種活性材料,因此,原材料的質(zhì)量因素和生產(chǎn)工藝中的某些環(huán)節(jié)都對(duì)其性能和質(zhì)量有很大的、不可忽視的影響。混凝土配合比設(shè)計(jì)的目的就是要考慮到上述種種因素,提出施工中應(yīng)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(duì)混凝土、砂漿或凈漿改變性能的一種產(chǎn)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(zhì)量,改善混凝土性能,減少混凝土用水量,節(jié)約水泥,降低成本,加快施工進(jìn)度。隨著技術(shù)的進(jìn)步,外加劑已成為除水泥、粗細(xì)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(shè)計(jì)和提高混凝土耐久性的一項(xiàng)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(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間,硬化性能的外加劑,包括緩凝劑、早強(qiáng)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(guī)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?xí)r加入適量的減水劑,可使水泥顆粒分散均勻,同時(shí)將水泥顆粒包裹的水分釋放出來(lái),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(gè)方面:增加水化效率,減少單位用水量,增加強(qiáng)度,節(jié)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?jié)B性,減小透水性,避免混凝土建筑結(jié)構(gòu)漏水,增加耐久性,增加耐化學(xué)腐蝕性能;減少混凝土凝固的收縮率,防止混凝土構(gòu)件產(chǎn)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(shè)計(jì)

3.1 配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求

1)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)。2)施工方面要求的混凝土拌合物和易性。3)與使用環(huán)境相適應(yīng)的耐久性要求(如抗凍等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)和抗侵蝕性等)。4)在滿足以上三項(xiàng)技術(shù)性質(zhì)的前提下,盡量做到節(jié)約水泥和降低混凝土成本,符合經(jīng)濟(jì)原則。

3.2 摻減水劑混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟

1)按混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程計(jì)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(chǔ)上,進(jìn)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(shí)際用水量和水泥用量。3)重新計(jì)算砂、石用量。計(jì)算每立方米混凝土中的減水劑用量。4)試配和調(diào)整。

3.3 配合比設(shè)計(jì)的實(shí)例

某室內(nèi)現(xiàn)澆混凝土梁,要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35,施工采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振搗,要求混凝土坍落度為30 mm～50 mm,施工單位無(wú)近期混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)資料,所用原材料情況如下:

水泥:42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水泥密度為ρc=3.10 g/cm3,水泥強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的富余系數(shù)為1.08;

砂:中砂,級(jí)配合格,砂子表觀密度 ρos=2.60 g/cm3;

石:碎石,級(jí)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(shè)計(jì)如下:

1)確定混凝土配制強(qiáng)度(fcu,0)。

2)確定水灰比(W/C)。

干燥環(huán)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(duì)于最大粒徑為40 mm的碎石混凝土,當(dāng)所需坍落度為30 mm～50 mm時(shí),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(jì)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(jì)算砂、石用量(ms0,mg0)。用體積法計(jì)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(jì)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(jié)語(yǔ)

1)在保持拌合物流動(dòng)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(dòng)性,且不影響混凝土強(qiáng)度。3)在保持流動(dòng)性和強(qiáng)度不變的情況下,可減少拌合水量,相應(yīng)減少水泥用量,可節(jié)約水泥用量13%左右。

[1] 范文昭.建筑材料[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[2] 錢亞軍.混凝土外加劑對(duì)混凝土性能的影響分析[J].山西建筑,2008,34(34):164-165.

[3] 秦文強(qiáng).混凝土減水劑與泵送劑配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)應(yīng)用新工藝新技術(shù)及混凝土裂縫防治技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京:北方工業(yè)出版社,2007.