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混凝土俗称“砼”(人工石),是由胶凝材料、水、骨料、掺合料和外加剂等混凝土配合比设计是根据具体工程要求、工程特点、施工工艺以及所用原材料基本性能,按照技术可行、经济合理的原则,设计出的个原材料比例关系。按一定的比例拌制而成的拌合物。混凝土配合比是各组成材料之间的比例关系,计算和确定这种比例关系的过程就是配合比设计。混凝土配合比设计应遵循以下原则:(1)满足工程设计的强度要求;(2)符合工程所处环境的耐久性要求;(3)满足施工要求的和易性;(4)经济合理。混凝土配合比设计是一个相对比较复杂的过程,按照规范的过程计算(或者经验),初步计算出一个配合比,在根据一些列试配、检测、调整、验证、修正等得出满足强度、耐久性和工作性要求的配合比。 混凝土配合比设计前,首先要了解混凝土的设计强度,工程所处的环境对耐久性的要求、施工工作性要求(坍落度值)等。其次要了解自己所用原材料的情况,如水泥的强度等级、凝结时间等;砂的级配、细度模数、含泥量等;石的级配、含泥量、压碎指标、针片状含量等;掺外加剂及矿粉质量及性能等。混凝土配合比设计实际上就是水胶比、砂率、用水量确定的过程,这三个参数一旦确立,混凝土配合比也基本确定。一般来说,根据强度(一般7d或者28d的抗压强度)和耐久性要求确定水胶比,根据工作性要求确定坍落度,然后确定用水量和砂率。确立砂率时,一方面要根据混凝土坍落度的要求选择较小砂率,另一方面在胶凝材料和水胶比不变的情况下取坍落度最大时的砂率(最优砂率),最后通过试验选择混凝土黏聚性和保水性较好时的砂率。
1,混凝土试配强度的确定
《普通混凝土配合比设计规程》规定:为使所配制的混凝土在工程中使用时,其强度标准值具有不小于95%的强度保证率,配合比设计时混凝土的配制强度应比设计要求的强度标准值高,配制强度按下式计算: 这项规定是保证混凝土结构物可靠性的有效措施,因为在施工过程中原材料性能的变化、周围环境的影响、施工操作人员的素质及设备的装备水平等都会影响到混凝土的质量,所以在进行配合比设计时将混凝土的试配强度提高,以留有一定的储备强度是必要的。但目前许多试验室在确定试配强度时存在一种误区,即认为混凝土强度越高,工程结构物就越安全可靠,于是在确定混凝土试配强度时,选择宁高勿低,大幅度提高混凝土的试配强度,这样做的结果是使单位体积混凝土的水泥用量一再加大。工程质量是百年大计,直接关系到人民的生命财产的安全,所以工程建设必须绝对保险,绝对不出问题,这一点是毋庸置疑的,但并不是片面地追求高强度就能保证万无一失。通常,在工程设计中,特别是重点工程,首先设计人员在设计上要留有较大的余地,具体到混凝土,要使设计强度远超出计算强度,留出一定的富余强度,在随后的施工中也是这样,要使配制强度高于设计强度,步步留有安全储备,步步具备保险系数。事实证明,当混凝土的配制强度一步步提高,水泥用量就伴随着一次又一次地加大,除了会使混凝土成本大幅度提高外,水泥(特别是高强度等级的水泥)用量加大,必然会导致混凝土的温升和干缩增大,随之而来的是容易产生温度裂缝与干缩裂缝,浇注体积比较大的混凝土时,这种现象尤为突出。裂缝又会导致混凝土内部的钢筋产生锈蚀。水泥用量大(特别是碱含量较高的水泥)可能带来的另一个重要问题是碱-集料反应,也会使混凝土结构物开裂,大大影响使用寿命。因此,在确定试配强度时,必须转变混凝土强度越高,结构物就越安全的错误观念,不盲目追求高强度,合理地确定试配强度。这就要求合理地确定混凝土强度标准差σ的值。σ应根据施工单位的历史统计资料、施工质量等级以及混凝土的强度等级等因素,综合考虑来确定,应以在满足混凝土设计强度要求的前提下,尽量减小水泥用量、降低工程成本为原则。
2,胶凝材料用量的优化
在水胶比不变的条件下,混凝土用水量一旦确定,可以根据水胶比来及时胶凝材料用量。但当计算出来的胶凝材料用量不满足规范JGJ55-2011中所规定的用量时,必须在选用规范中所规定的最小胶凝材料用量。在混凝土生产过程中,有以下情况出现时,胶凝材料用量要进行相应的调整: (1)当混凝土强度等级<C35时,强度等级每增加一个等级,胶凝材料用量需要增加30~50kg/m3。 (2)当混凝土强度等级≥C35时,强度等级每增加一个等级,胶凝材料用量需要增加20~40kg/m3。 (3)混凝土坍落度每增加20mm,浆体用量将增加10L/m3,胶凝材料用量也就相应增加20kg/m3左右; (4)施工温度按-5℃~5℃(冬季)、5℃~15℃(春、秋季)、25℃~35℃(夏季),每变化一个季节,胶凝材料用量变化10kg/m3左右,如夏季比春、秋季低10kg/m3左右; (5)粗骨料最大粒径按16mm、20mm、31.5mm顺序每降低一等级,胶凝材料用量需多用10kg/m3左右; (6)细骨料按粗、中、细顺序每增加一等级,胶凝材料用量相应增加15kg/m3左右。 (7)混凝土骨料质量变化将引起胶凝材料变化,如,粗骨料空隙率变化1%,胶凝材料用量变化10kg/m3左右;粗骨料针片状含量变化5%,胶凝材料用量可相应变化10kg/m3左右。
3,用水量的确定
通过混凝土强度计算式确定水灰比后,要确定满足设计要求坍落度时的用水量。实践表明,合理的用水量与目前常用的用水量表选用值有差别,用水量除与集料的粒径、种类及坍落度值有关外,还与水泥品种和水灰比有关,所以,在根据用水量选用表定了用水量后,还应进行适当调整。试验表明,当各种原材料条件不变,且处于合理砂率状态时,要求混凝土坍落度值控制在同级范围内,用水量要随水灰比的变化而上下波动。
4.砂率的选用
大量试验表明,随着粗集料级配、孔隙率、砂子粗度、坍落度值的不同,合理的砂率值就会发生变化。砂率变化对坍落度值影响较敏感,而对混凝土强度影响并不明显。通常选用砂率时,其值会随水泥用量的增多而减小,这只适用于水灰比有变化的情况。若水灰比为固定值时,要求坍落度增大,水泥用量就相应增多,这时,砂率不但不能减少,反而应适当增大,才能保证水泥浆不致因砂率小而产生离析现象,影响混凝土的工作性。然而,对水灰比较大的混凝土进行配合比设计时,在保证水泥浆不产生离析的前提下,应尽可能选用低砂率,这样有利于降低砂子间的摩擦力,同时也可充分发挥水泥浆的润滑作用。
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