生態混凝土配合比設計方法淺析

孔先輝

（福建省永正工程質量檢測有限公司，福建 福州 350012)

0 引言

生態混凝土一般以20mm～40mm 單粒級骨料作為骨架，再用水泥漿包裹形成的具有生態功能，并且能滿足生物生存的多孔混凝土。隨著環保理念的興起，生態混凝土在工程建設領域有著廣闊的發展前景[1]。

現行建設協會標準CECS361：2013[2]中并沒有明確的配合比設計方法，在一定程度上影響生態配合比設計工作。本文以透水混凝土路面設計理論為基礎，以某工程生態混凝土配合比設計為背景，驗證該方法能否用于生態混凝土配合比設計。

1 生態混凝土設計方法

根據現行行業標準CJJ/T135-2009[3]設計理論，以體積填充法為基礎，方法是將1m3混凝土中集料所占的體積作為已知條件，以設計空隙率為基礎，計算出漿體料所占體積，進而計算出水和水泥的用量。本文生態混凝土配合比計算步驟如下：

1.1 確定粗集料用量

由式（1）確定粗集料用量：

1.2 確定膠結料漿體體積

由式（2）確定膠結料漿體體積：

1.3 確定水膠比

初步水膠比根據經驗確定，取0.30 左右。

1.4 確定單位體積水泥用量

由式（3）確定水泥用量：

1.5 確定單位體積用水量

由式（4）確定用水量：

2 生態混凝土配合比的試配

2.1 原材料

（1）骨料：骨料選用20～40mm 碎石，其基本性能見表1。

表1 骨料性能檢測結果

（2）水泥：水泥選用P·O42.5 水泥，其基本性能見表2。

表2 水泥性能檢測結果

（3）外加劑：本次試驗外加劑采用福建某某生態科技有限公司生產的生態混凝土專用鹽堿改良劑，摻量為用水量的1‰。

2.2 初步配合比

2.2.1 設計要求

本次生態混凝土用于生態護坡。在工程性能方面要求抗壓強度不應小于5MPa；在生態性能方面要求孔隙率為25%～30%、生態孔徑（用穿透生態混凝土試件的標準砂量表示）不應小于50%。

2.2.2 計算初步配合比

依據現行標準JGJ55-2011[4]的要求，根據實際情況取配置強度11.6MPa；根據設計文件，取設計孔隙率26%、水膠比初步確定為0.30。

基于上述生態混凝土配合比設計方法并結合原材料檢測結果，得出初步配合比如表3。

表3 初步配合比

2.2.3 確定初步配合比

計算初步混凝土配合比后，對表3 數據進行試拌并檢測其工作性。具體方法如下：將工程用粗骨料投入攪拌機中，加入本次配合比所需用水量的一半的水，攪拌均勻后加入水泥，繼續攪拌并陸續加入剩下的水，以混凝土表面漿料均勻、無流淌為止。

攪拌過程中發現骨料顆粒表面水泥漿過多，拌和物整體偏稀。采用壓制成型法成型一組試件，脫模后發現試件底部存在水泥漿液造成“封底”現象。

針對上述現象，推測是混凝土設計孔隙率偏小，導致混凝土拌和物中水泥膠結料漿體體積偏大造成上述現象，將設計孔隙率由26%調整至28%后再次進行試拌，此次生態混凝土拌和物未出現上述情況，工作性能滿足要求，調整成功。

基于上述實拌實測結果，對初步配合比進行調整，具體配合比見表4。

表4 調整后初步配合比

2.3 試驗室配合比

在初步配合比的基礎上，以初步配合比確定的水膠比為中間值，在保持水膠比間距相同的條件下，再提出一組稍高和一組稍低水膠比的另外兩組混凝土，通過檢測三組混凝土的工作性能及物理性能，在滿足設計要求的前提下建立水膠比與強度變化的工作曲線，以此確定出能確保混凝土強度滿足要求的水膠比，并計算出符合要求的配合比。

2.3.1 試驗室配合比計算

以基準配合比為基礎，以初步配合比確定的水膠比0.30 為中間值上下浮動0.05，形成以B 組為基準組的A、B、C 三組試驗室配合比，見表5。

表5 試驗室配合比計算

根據表5 數據拌制三組混凝土拌和物，分別進行工作性能試驗，各組混凝土的工作性能均滿足設計要求。三組混凝土分別成型，在標準條件下養護到試驗齡期后進行相應試驗。

2.3.2 性能檢測方法

（1）抗壓強度。本次生態混凝土抗壓強度按照現行標準GB/T50081-2019[5]執行。試塊的承壓面積為150mm×150mm，試驗前1d 用水泥砂漿對混凝土承壓面進行抹平處理，以減少應力集中效應對抗壓強度數值的影響。

（2）孔隙率。參照現行標準GB/T2542-2012[6]中的試驗方法對生態混凝土孔隙率進行測定。具體步驟如下：測量試件的長寬高（L、B、H）。將試件浸入室溫水中，24h 后分別移入水中稱其懸浸質量稱量結束后拿出試件，置于懸空的鋼絲網上瀝水一分鐘以上，然后用擰干濕毛巾輕輕擦去內表面及外表面的水，立即稱其面干潮濕狀態質量孔隙率按式（5）計算：

（3）生態孔徑。生態孔徑試驗步驟如下：按設計配合比成型試件：試件為圓柱體，直徑185mm，高度100mm；用硬紙將試件封閉并保證結合緊密不透砂，硬紙應高出試件不少于10mm；取一個孔徑大于5mm 的方孔篩將試件固定在篩上。取預先篩選出的2.5～5.0mm 的標準砂100g，置于試件表面上；依次將底盤、標準篩、試樣及盤蓋置于搖篩機上，搖篩5分鐘；搖篩結束后，稱量底盤中的標準砂質量并計算通過率。

2.3.3 檢測結果

采取上述方法分別對A、B、C 三組試件進行試驗檢測，檢測結果見表6。

表6 生態混凝土檢測結果

表6 試驗結果表明，三組配合比試塊物理力學性能都能符合設計文件的要求，且水膠比對強度影響程度較大。基于表6 水膠比及抗壓強度數據建立生態混凝土抗壓強度-膠水比工作曲線，見圖1。

圖1 膠水比與強度工作曲線圖

由圖1 相關性公式y＝7.0077x-13.17 可以計算出，達到適配強度11.6MPa 要求時對應的水膠比是3.535，換算成水膠比為0.28。這就是說，當生態混凝土水膠比為0.28 時，此配合比能夠符合要求。

2.3.4 最終配合比

按照基準配合比數據，以水膠比0.28 調整依據，確定的試驗室配合比見表7。

表7 生態混凝土配合比

3 跟蹤檢查及性能驗證

為了驗證該配合比設計思路的可靠性與可行性，配合比完成后在施工過程中對其進行跟蹤，并在施工現場對混凝土工作性能進行檢測和跟蹤觀察，同時對施工現場成型的五組生態混凝土試件進行性能檢測，檢測結果見表8。

表8 生態混凝土性能檢測結果

上述跟蹤檢查結果均符合設計要求，證明此次配合比設計是成功的，該生態混凝土配合比設計思路是合理可行的。

4 結束語

在本次試驗過程中總結出以下特點：

（1）水膠比對生態混凝土抗壓強度影響較大。

（2）設計空隙率對生態混凝土拌和物工作性影響顯著。

（3）當設計孔隙為28%，水膠比0.28 時，生態混凝土在施工條件下可以達到5MPa。

本文用透水混凝土相關設計理論作為指導思想，在生態混凝土配合比設計時進行一系列的計算、調整、試驗檢測，證明該生態混凝土配合比設計理論的適用性。