增加外加劑的混凝土配合比設(shè)計問題探討

李愛芳

摘要:文章主要對增加外加劑的混凝土配合比設(shè)計問題進行了探討。首先概述了混凝土外加劑的概念和分類,然后分析了混凝土的配合比設(shè)計方法,最后進行了混凝土配合比的試配實例分析。

關(guān)鍵詞:外加劑 混凝土外加劑 配合比設(shè)計 試配參數(shù)

一、混凝土外加劑的概念和分類

(一)混凝土外加劑的概念

我國按國際標準化組織所提出的混凝土外加劑定義的原則,制訂并頒布了國家標準GBSO75,其定義如下:“混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入,用以改善混凝土性能的物質(zhì)。摻量不大于水泥重量的5%(特殊情況除外)?！卑瓷鲜龆x,混凝土外加劑與水泥混合材料有所區(qū)別,一般混合材料摻量均較大,并且大多在生產(chǎn)水泥過程中摻入,為滿足水泥性能的特殊要求而摻加的少量物質(zhì),如調(diào)凝劑石膏和助溶劑等,一般都不劃歸為混凝土外加劑的范疇。

(二)混凝土外加劑的分類

1.普通減水劑。在混凝土坍落度基本相同的條件下,能減少拌合用水量的外加劑,此類減水劑主要有:木質(zhì)素磺酸鹽類,多元醇類,聚氧乙烯烷基醚類,腐植酸類減水劑等。

2.高效減水劑。在混凝土坍落度基本相同的情況下,能大幅度減少拌合用水量的外加劑。高效減水劑主要品種有:多環(huán)芳輕磺酸鹽縮合物、磺化煤焦油系、氨基磺酸鹽系、馬來酸共聚物系等。

3.引汽劑。在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑,引氣減水劑兼有引氣和減水功能的外加劑,主要類型有:松香樹脂類,如松香皂;烷基苯磺酸鹽類:如烷基苯磷酸鹽、脂肪醇磺酸鹽類:如脂肪醇聚氧乙烯醚。

4.緩凝劑。延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑,緩凝減水劑兼有緩凝和減水功能的外加劑,這類減水劑主要有:糖類,如糖鈣;經(jīng)基梭酸類:如檸橫酸、酒石酸、水楊酸;多元醇類:如纖維隸、;無機鹽類:如三聚磷酸鹽;木質(zhì)磺酸鹽類:如木鈣等,但它們往往歸入普通減水劑中敘述。

5.早強劑。加速混凝土早期強度發(fā)展的外加劑,早強減水劑兼有早強和減水功能的外加劑,這類減水劑主要有:氯化物類:如氯化鈣、氯化鈉;硫酸鹽類:如硫酸鈉、硫代硫酸鈉;硝酸鹽類:如硝酸鈉;有機物類:如三乙醇胺。

6.防凍劑。防凍劑能使混凝土在負溫下硬化,并在規(guī)定時間內(nèi)達到足夠防凍強度的外加劑,防凍劑是一種復(fù)合型外加劑,主要防凍成分有如下類型:氯鹽類:如氯化鈣、氯化鈉;碳酸鹽類:如碳酸鈣;氨水類:如氫氧化錢;有機類:如尿素。

二、混凝土的配合比設(shè)計方法

(一)設(shè)計的三大法則

1.水灰比(或灰水比)法則。水灰比法則是指混凝土強度與水泥強度成正比,與水灰比成反比,具體可用強度公式表示,如根據(jù)這一法則確定水灰比,以保證混凝土的強度和耐久性。

2.最大密實度法則。該法則的基本思路是各項材料互相填充空隙,以達到混凝土密實度最大,換言之就是各項材料的密實體積總和等于1m3絕對密實的混凝土,即:V水泥+V摻合料+V砂+V石+V水+V氣=1m3的混凝土。根據(jù)這一法則可確定配合比中的漿集比與砂率,以確?；炷恋膹姸取⒛途眯耘c經(jīng)濟性。

3.最小單位用水量法則。根據(jù)這一法則,可在水膠比一定及原材料一定的情況下,確定能滿足混凝土工作性的最小用水量。

(二)配合比設(shè)計步驟

1.兩大部分。將混凝土按密實體積分為兩大部分:(1)膠結(jié)材料漿體=水泥+水+外加劑+摻合料;(2)骨料基體=砂+石子,需要確定的參數(shù)為:水膠比、用水量、漿集比、砂率、外加劑摻量、摻合料摻量等6項。

2.三大步驟。(1)先計算空白混凝土的初步配合比;(2)根據(jù)經(jīng)驗初步確定外加劑與細摻料的摻量,通過流動性的試驗調(diào)整,和抗裂性的對比試驗確定基準配合比;(3)再經(jīng)過強度與耐久性試驗調(diào)整,確定試驗室理論配合比,最后通過含水率的換算確定施工配合比。

(三)配合比的主要參數(shù)

1.耐久性?；炷?大耐久性指標是指混凝土的抗裂性、護筋性、耐蝕性、抗凍性、耐磨性、抗堿骨料反應(yīng)性。混凝土電通量小于1000C,混凝土抗裂性以抗裂試件側(cè)面出現(xiàn)裂紋越晚、裂紋寬度越小為越好。混凝土的抗堿骨料反應(yīng)性能應(yīng)滿足設(shè)計的規(guī)定:骨料的堿硅酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率或堿碳酸鹽反應(yīng)巖石柱膨脹率應(yīng)小于0.10%,當骨料的堿硅酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率在0.10%～0.20%時,除了混凝土的堿含量小于3kg/m3外,還在混凝土中摻加具有明顯抑制效能的礦物摻和料和復(fù)合外加劑,并應(yīng)證明抑制有效;抗凍性大于F200次;抗?jié)B性大于P20。

2.水灰比。水灰比中的“灰”包含所有膠凝材料,可將水灰比稱為水膠比。為達到低滲透性以保證其耐久性,無論設(shè)計強度是多少,水膠比都不能大于0.35(對于所處環(huán)境不惡劣的工程可以放寬),以保證混凝土的密實。

3.外加劑及摻量。外加劑應(yīng)通過試驗,根據(jù)與膠結(jié)料的相容性選擇,摻量為膠結(jié)料總量的0.8%～2.0%。

4.用水量。在水灰比固定、原材料不變的情況下,取以滿足工作性要求時的最小用水量,用水量變化范圍不大,可通過外加劑摻量來控制。原材料對用水量影響很大,水泥的標稠的大小、砂石表面狀態(tài)、吸水率大小,粉煤灰的需水量比、礦渣粉的流動度比、外加劑的減水率等都會影響混凝土用水量,優(yōu)質(zhì)原材料拌制的混凝土用水量比一般的要少20～30kg/m3,可以提高混凝土強度和耐久性,還能減少膠材用量提高混凝土彈模。

5.膠結(jié)材料總量。膠結(jié)材料總量的大小對混凝土的工作性、強度、彈性模量和收縮都有影響,高性能混凝土的膠結(jié)材料用量,必須有足夠的漿體濃度和數(shù)量來滿足工作性要求但不應(yīng)大于500kg/m3為宜,并應(yīng)隨強度等級的下降而減少。

6.礦物摻料。以等量取代水泥計,其中硅灰摻量為5%～10%,磨細礦渣粉、粉煤灰摻量不低于20%,宜復(fù)合使用礦物摻合料。礦粉比粉煤灰強度增長快,有自硬性,能等量取代水泥,耐久性的好處與粉煤灰相同,但收縮較普通混凝土稍大,但早期抗裂性卻不低于普通混凝土。拌合料在同坍落度條件下,粘度大,工作性、可泵性不如粉煤灰,兩者取長補短,提高混凝土各種性能。

三、混凝土配合比的試配實例分析

(一)配合比具體設(shè)計思路

混凝土配合比的試配步驟應(yīng)按《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2000相關(guān)規(guī)定進行,當采用多個不同的配合比進行混凝土強度試驗時,其中一個應(yīng)為基準配合比,另外配合比的水灰比,宜較基準配合比分別增加和減少0.02～0.03梯度確定。

(二)試配參數(shù)

試配一:水膠比為0.32,用水量為155kg/m3,膠凝材料用量:155/0.32=484kg/m3;粉煤灰、礦渣摻量均為15%,水泥用量為484×70%=339kg/m3;粉煤灰、礦渣用量(484-339)/2=72kg/m3;外加劑用量:484×1.3%=6.29kg/m3;砂石用量:假定混凝土容重2450kg/m3,根據(jù)配合比設(shè)計規(guī)程水膠比及骨料最大粒徑確定砂率40%,砂用量(2450-484-155-6.29)×40%=722kg/m3;石用量(2450-484-155-6.29)×602%=1083kg/m3。實測容重2393kg/m3,每方混凝土材料用量不用調(diào)整:水泥339kg/m3,粉煤灰72kg/m3,礦渣粉72kg/m3,水155kg/m3,外加劑6.29kg/m3,砂722kg/m3,石1083kg/m3。理論配合比:水泥∶砂∶石∶粉煤灰∶礦渣粉∶外加劑∶水=1∶2.13∶3.19∶0.21∶0.21∶0.019∶0.46。

試配二:水膠比為0.32,用水量為155kg/m3,膠材用量155/0.32=484kg/m3;粉煤灰摻量15%,粉煤灰用量484×15%=73kg/m3;礦渣粉摻量10%用量為484×10%=48kg/m3;水泥用量484-73-48=363kg/m3;外加劑用量484×1.3%=6.29kg/m3;砂石用量:假定混凝土容重2450kg/m3,根據(jù)配合比設(shè)計規(guī)程水膠比及骨料最大粒徑確定砂率40%,砂用量(2450-484-155-6.29)×40%=722kg/m3;石用量(2450-484-155-6.29)×60%=1083kg/m3。實測容重2390kg/m3,每方混凝土材料用量不用調(diào)整:水泥363g/m3,粉煤灰73kg/m3,礦渣粉48kg/m3,水155kg/m3,外加劑6.29kg/m3,砂722kg/m3,石1083kg/m3。理論配合比:水泥∶砂∶石∶粉煤灰∶礦渣粉∶外加劑∶水=1∶1.99∶2.98∶0.20∶0.13∶0.017∶0.43。

(三)試配結(jié)果

根據(jù)試配結(jié)果,兩組試件強度、電通量、含氣量、抗凍性、抗?jié)B性、彈性模量指標均滿足設(shè)計要求。綜合分析以上兩組配合比設(shè)計試驗,原材料質(zhì)量優(yōu)良,符合該混凝土對原材料高質(zhì)量的要求;配合比選定考慮了經(jīng)濟合理、水膠比在要求范圍內(nèi);不同配合比混凝土在相同的養(yǎng)護條件下,不同齡期強度試驗結(jié)果均滿足設(shè)計要求;抗?jié)B試驗結(jié)果顯示兩組試驗均滿足設(shè)計要求;通過耐久性試驗結(jié)果顯示兩組試驗均滿足要求,綜合各項指標第二組較合理;經(jīng)濟角度分析,第一組配合比水泥用量最少,較經(jīng)濟合理,適宜工程實際使用;綜合比較,兩組配合比設(shè)計均滿足設(shè)計要求,第一組試驗較合理。

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(作者單位:河北武安市建筑材料監(jiān)測站)