水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究

楊 剛

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究

楊 剛

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

首先對(duì)水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)影響因素進(jìn)行分析，然后總結(jié)了水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，最后闡述了水泥混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。

水泥混凝土；配合比；設(shè)計(jì)方法；優(yōu)化

1 水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)影響因素

1.1 水灰比

所謂水灰比是指水與水泥的質(zhì)量比。水灰比的大小會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性造成影響，在水泥標(biāo)號(hào)一致的情況下，水灰比越大則混凝土的強(qiáng)度越低。由于水泥水化用水量約占據(jù)水泥用量的10%～15%，為了保證混凝土性能符合設(shè)計(jì)要求，必須適量增加用水量，因此在混凝土硬化后，所遇的水分會(huì)不斷蒸發(fā)，造成大量的微細(xì)孔隙，這些孔隙會(huì)對(duì)混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度造成影響。

1.2 砂率

砂率是指混凝土中砂的重量和砂、石總重量的百分比。砂率值的大小變化會(huì)引發(fā)集料性能變化。在水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)該比值進(jìn)行重點(diǎn)考量。如果砂率較大，則集料的孔隙率和總表面積也會(huì)所有增大，混凝土拌合物也會(huì)變得較為干燥，流動(dòng)性變?nèi)?，使得水泥使用量較大，造成施工材料的浪費(fèi)。若砂率較小，即使集料表面積較好也會(huì)因?yàn)樯皾{量不達(dá)標(biāo)使得在粗集料周?chē)⑵鹦枰纳皾{層進(jìn)行潤(rùn)滑，這樣就會(huì)造成混凝土拌合物流動(dòng)性的弱化。

1.3 用水量

用水量是指水泥漿和骨料的水的使用量。在保證混凝土施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上拌和混合料過(guò)程中應(yīng)盡量采用最低的用水量。若水灰比不變，則應(yīng)盡量減少用水量以及水泥用量。若用水量較少，則混凝土的密實(shí)性和耐久性會(huì)所有提升。但是若用量過(guò)少，則會(huì)因?yàn)榛旌狭现械乃州^少對(duì)其工作性造成影響，不利于工程建設(shè)。

2 水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

2.1 原材料的選取

(1)集料

①粗集料。應(yīng)盡量選擇強(qiáng)度較高、密度較大、針片狀較少、含泥量較少且級(jí)配較好的粗集料。級(jí)配是集料重要的技術(shù)指標(biāo)，且對(duì)水泥混凝土的和易性和強(qiáng)度有著較大影響。因此在摻配過(guò)程中應(yīng)在滿(mǎn)足級(jí)配要求的前提下制定多種摻配方案，并選擇體積密度較大的方案。

②細(xì)集料。砂對(duì)混凝土拌合物、和易性的影響與粗集料相比更大，因此應(yīng)盡量選擇級(jí)配較好的河砂。中砂級(jí)配合理，需控制在2.5～2.8范圍內(nèi)。因?yàn)榧?xì)砂表面積較大，在同等強(qiáng)度情況下使用水泥量較多，且發(fā)生裂縫等可能性較高，這樣會(huì)造成施工成本的增加和養(yǎng)護(hù)難度提高。粗砂容易引發(fā)離析問(wèn)題，則會(huì)使得保水性能較大，這樣也會(huì)對(duì)混凝土的內(nèi)部質(zhì)量以及外觀造成直接影響。

(2)水泥

需要根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際情況選擇適宜的水泥。優(yōu)先選取性能穩(wěn)定且質(zhì)量較好的水泥，對(duì)于沒(méi)有使用過(guò)的水泥品種以及生產(chǎn)廠家需要進(jìn)行調(diào)研。

(3)外加劑

外加劑是拌合混凝土過(guò)程中添加的物質(zhì)，其主要作用是改善混凝土性能。通常情況下，外加劑的添加量不得超過(guò)水泥質(zhì)量的5%。選擇適宜的外加劑可改善混凝土質(zhì)量，優(yōu)化施工條件，為機(jī)械化施工提供了有利條件。

2.2 配合比計(jì)算

(1)試配強(qiáng)度的確定

混凝土的配置強(qiáng)度f(wàn)cu.o需按照如公式(1)進(jìn)行計(jì)算

fcu.o=fcu,k+1.65σ

(1)

式中：fcu,k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。

通常σ取值為6.0 MPa。

(2)水灰比確定

混凝土的水灰比(W/C)計(jì)算按照公式(2)進(jìn)行

(W/C)=(ɑa×fce)/(fcu，0+ɑa×ɑb×fce)

(2)

式中：ɑa、ɑb為回歸系數(shù)(對(duì)于碎石分別為0.46和0.07)；fce為水泥28 d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，MPa。

(3)用水量確定

水泥混凝土用水量確定應(yīng)按照公式(3)進(jìn)行計(jì)算

mc0=mw0/(W/C)

(3)

式中：mc0為每m3混凝土的水泥用量，kg；mw0為每m3混凝土的用水量，kg。

(4)砂率βs

依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行選值。若粗骨料的粒徑較大，級(jí)配較好，表面較為平整和光滑，則因?yàn)榇祟?lèi)粗骨料的孔隙率較小，相鄰骨料之間的摩擦力較小，則可以選用較小的砂率。若砂的細(xì)度模數(shù)較小，因?yàn)樯爸械募?xì)顆粒較多，則拌合物的粘聚性和保水性有所保證，因此可以選擇較小的砂率。若水灰比較小，水泥漿的稠度較大，則應(yīng)采用較小的砂率。若施工對(duì)于施工材料流動(dòng)性要求較高，因?yàn)榘韬衔飼?huì)因?yàn)檫\(yùn)輸不當(dāng)?shù)仍虺霈F(xiàn)離析，則為了保證材料的工作性符合要求，則需要采用較大的砂率。

(5)粗骨料和細(xì)骨料的使用量確定

可以采用重量法確定粗骨料和細(xì)骨料的使用量，計(jì)算如下

mc0+mg0+ms0+mw0=mcp

(4)

βs=ms0(mg0+ms0)×100%

(5)

式中：mg0為每m3混凝土的粗骨料用量，kg；ms0為每m3混凝土的細(xì)骨料用量，kg；mcp為每m3混凝土拌合物的假定重量，kg，一般取值為2 350～2 450 kg。

2.3 混凝配合比的試配

按照上述計(jì)算確定水泥混凝土各參數(shù)并進(jìn)行試拌，對(duì)拌合物的坍落度和工作性進(jìn)行觀察與檢測(cè)。混凝土配合比試驗(yàn)中需采用至少三個(gè)配合比進(jìn)行試驗(yàn)，一是基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比中基準(zhǔn)配合比水灰比±0.05，用水量和基準(zhǔn)配合比一致，砂率±1%。

3 水泥混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 水灰比優(yōu)化

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，水灰比在0.38～0.45范圍內(nèi)的粗集料體積率為75%時(shí)，計(jì)算不同水灰比水泥混凝土和用水量，如表1所示。在實(shí)際使用時(shí)，選用的水灰比可以依據(jù)混凝土28 d的試配強(qiáng)度和水泥28 d抗折強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行確定，并依據(jù)表1確定水泥用量和用水量。

表1 不同水灰比的水泥混凝土、水用水量

3.2 添加劑使用量

添加劑需要根據(jù)添加劑的減水率、施工時(shí)間、外部環(huán)境等多種因素進(jìn)行考量，通常可使用多種添加劑，按照不同比例進(jìn)行配比，在水灰比不變和添加劑配方不變的情況依據(jù)坍落度、含氣量和凝結(jié)時(shí)間對(duì)添加劑的使用量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。首先確定基本配合比，然后確定初步的添加劑摻量，最后依據(jù)試拌混凝土坍落度對(duì)添加劑的摻量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直至其符合工作要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)需要在保證原材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上采用級(jí)配較好的集料，并依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)于水泥混凝土工作性的詳細(xì)要求選擇適宜的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。同時(shí)，需保證注重計(jì)算與試驗(yàn)過(guò)程控制，保證計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

[1] 熊明祥.水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化研究[J].價(jià)值工程，2011，30(24)：67-68.

[2] 傅張濤.淺談普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)技術(shù)[J].中國(guó)水運(yùn)月刊，2012，12(z1)：244-245.

[3] 楊明壯.水泥混凝土配合比施工質(zhì)量的要求與控制[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2011，18(6)：98.

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1008-3383(2017)10-0026-02

2017-06-07

楊剛(1986-)，男，貴州六枝人，助理工程師，研究方向：公路工程施工管理。