原材料各組分對(duì)水泥混凝土影響的探討

郭鵬飛

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

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原材料各組分對(duì)水泥混凝土影響的探討

郭鵬飛

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

根據(jù)不同原材料各組分在水泥混凝土中產(chǎn)生的作用進(jìn)行原理性分析，通過(guò)配合比設(shè)計(jì)中原材料的選取關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究，最后對(duì)混凝土構(gòu)件的病害進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)由原材料產(chǎn)生病害的因素進(jìn)行分析總結(jié)。綜合考慮各組分的影響，對(duì)配制出高性能和耐久性混凝土提供分析依據(jù)。

配合比設(shè)計(jì)中各組分原理性分析；原材料對(duì)產(chǎn)生混凝土病害的因素

1 混凝土中各組分作用分析

1.1 水泥

水泥主要有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。按照水泥標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，水泥本身的技術(shù)指標(biāo)如細(xì)度、強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、安定性等都能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。以往一直追求混凝土強(qiáng)度，使水泥廠采取使用助磨劑磨細(xì)、摻用“增強(qiáng)劑”等，增加了開(kāi)裂敏感性和不利于混凝土長(zhǎng)期性能穩(wěn)定性和耐久性的成分。通過(guò)大量試驗(yàn)研究可知，產(chǎn)生這些問(wèn)題的主要原因與水泥中混合材的品種和摻量變化有直接關(guān)系，特別是使用同一強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制某強(qiáng)度等級(jí)的混凝土?xí)r水泥用量差別很大，對(duì)混凝土企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、控制成本帶來(lái)很大的困難，所以要根據(jù)水泥的性能來(lái)配制相應(yīng)的混凝土。

1.2 骨料

骨料也稱(chēng)集料，在混凝土中將粒徑小于4.75 mm的天然砂、人工砂等稱(chēng)為細(xì)集料，大于4.75 mm的碎石等稱(chēng)為粗集料。如果骨料和水泥粘結(jié)的好，就可以提高混凝土的強(qiáng)度。集料的壓碎值、堅(jiān)固性、含泥量和密度等指標(biāo)都要符合相應(yīng)規(guī)范要求，關(guān)鍵的是集料級(jí)配應(yīng)按相應(yīng)的比例進(jìn)行調(diào)整，級(jí)配如果選擇不當(dāng)，以致骨料空隙過(guò)大，則需要多耗費(fèi)膠凝材料漿體才能使混凝土獲得一定的流動(dòng)性，以及硬化后的性能指標(biāo)，如強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、耐久性等。

1.3 外加劑

以高效減水劑為主的混凝土外加劑是現(xiàn)代混凝土重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，是混凝土技術(shù)發(fā)揮的重要里程碑，在改善混凝土性能上幾乎是無(wú)所不能的技術(shù)措施。其主要功能有：改善流變性能、調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間、改善耐久性和其它性能等。但主要問(wèn)題在使用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)水泥與外加劑適應(yīng)性差、強(qiáng)度波動(dòng)大、混凝土滯后泌水、凝結(jié)時(shí)間不正常等問(wèn)題，從而給混凝土生產(chǎn)和質(zhì)量控制帶來(lái)了不利影響，也給企業(yè)帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)損失和聲譽(yù)影響。

1.4 摻合料

目前所用到的摻合料有：粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、鋼渣粉、硅灰、纖維和復(fù)合摻合料等。混凝土為滿足施工性能，提高流動(dòng)性后，很容易使混凝土產(chǎn)生離析和泌水，摻入礦物細(xì)摻料后，改善了拌合物的粘聚性，最主要的是摻合料可以代替部分水泥、成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益顯著，能改善混凝土綜合性能，例如：改善了混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能。

1.5 拌合用水

符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的生活飲用水，可以直接用來(lái)拌制混凝土。地表水、地下水和其它用水應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后才允許使用。

當(dāng)砂石含泥量和石粉含量較高時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)外加劑在做水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)時(shí)效果很好，但當(dāng)用相同摻量配制混凝土?xí)r，混凝土拌和物流動(dòng)性很差，或者干脆不流動(dòng)。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，干集料吸走了大量的水分甚至外加劑，才會(huì)發(fā)生上面的情況。所以我們可以預(yù)濕骨料進(jìn)行配合比試驗(yàn)，施工現(xiàn)場(chǎng)也可以制作預(yù)濕骨料噴淋專(zhuān)用設(shè)備安裝到生產(chǎn)線用于生產(chǎn)，達(dá)到節(jié)約減水劑，保證工作性，預(yù)防坍落度損失且降低混凝土成本的目的。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)中原材料的要點(diǎn)分析

混凝土配合比設(shè)計(jì)，是根據(jù)所選擇的原材料有合理且經(jīng)濟(jì)的定量比例，有與施工工藝條件相適應(yīng)的拌合物流動(dòng)性，并在硬化后達(dá)到設(shè)計(jì)的性能要求。拌合物的性能和硬化后試塊就需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)研究分析，選擇出最優(yōu)混凝土配合比，并根據(jù)施工情況加以修正。

(1)試配強(qiáng)度計(jì)算：fcu,0≥fcu,k+1.645σ(強(qiáng)度等級(jí)

(2)水膠比確定：W/C=αafb/(fcu,0+αaαafb)，要注意其它規(guī)范要求最大和最小水膠要求，其中根據(jù)所選碎石或卵石進(jìn)行系數(shù)選取。

(3)砂率確定：根據(jù)水膠比、粗集料最大公稱(chēng)粒徑和砂的細(xì)度模數(shù)按經(jīng)驗(yàn)表進(jìn)行查選。

(4)用水量確定：根據(jù)水膠比、粗集料最大公稱(chēng)粒徑和砂的細(xì)度模數(shù)按經(jīng)驗(yàn)表進(jìn)行查選，再根據(jù)外加劑的減水率進(jìn)行折減。

(5)膠凝材料用量確定：C0=用水量/水膠比，要注意其它規(guī)范要求最大和最小膠凝材料要求；摻合料用量不能超出規(guī)范要求的最大摻量，最關(guān)鍵是根據(jù)以往積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，現(xiàn)在耐久性比強(qiáng)度更重要，所以要進(jìn)行不同摻量的摻合料進(jìn)行正交試驗(yàn)。

(6)計(jì)算配合比：可以按密度法和體積法計(jì)算，然后進(jìn)行試拌，保持水膠比不變，調(diào)整其它參數(shù)(適當(dāng)調(diào)整砂率、水泥漿、外加劑摻量)，這是整個(gè)配合比設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的一步，使性能符合設(shè)計(jì)施工要求，最后進(jìn)行修正后提出試拌配合比。

(7)試拌配合比：在試拌配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，中間為試驗(yàn)配合比，上下兩個(gè)配合比的水膠比宜比試拌配合比分別增加和減少0.05，用水量應(yīng)與試驗(yàn)配合比相同，砂率可分別增加和減少1%左右，拌合物性能都應(yīng)符合設(shè)計(jì)和施工要求。

(8)應(yīng)進(jìn)行7 d和28 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，7d的強(qiáng)度可以作為參考。

(9)根據(jù)28 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，繪制強(qiáng)度和膠水比的線性關(guān)系圖或插值法確定略大于試配強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的膠水比，然后調(diào)整所用材料用量。再進(jìn)行表觀密度校正，實(shí)測(cè)值和計(jì)算值之差的絕對(duì)值不超過(guò)計(jì)算值的2%,可以維持不變，超出后應(yīng)將每項(xiàng)材料用量均乘以校正系數(shù)(δ=實(shí)測(cè)值/計(jì)算值)。

(10)對(duì)耐久性有設(shè)計(jì)要求的混凝土，做相關(guān)的耐久性試驗(yàn)，從原材料選擇上就要進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。

3 結(jié) 論

混凝土要進(jìn)一步可持續(xù)發(fā)展，面臨著環(huán)境惡化和資源短缺等問(wèn)題，除了對(duì)材料的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性提出要求以外，還要求它具有環(huán)境協(xié)調(diào)性，也就得從節(jié)省資源、高耐久性與再生利用的角度出發(fā)來(lái)發(fā)展現(xiàn)代混凝土。

[1] 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程(JGJ55)[S].

[2] 公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程(JTG E30)[S].

2016-03-15

郭鵬飛(1983-)，男，工程師，研究方向：公路工程試驗(yàn)檢測(cè)。

U416.216

C

1008-3383(2016)07-0022-02