中美混凝土配合比選擇規(guī)程比較

秦明昌 晏德鵬 王小剛

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000)

1 概述

隨著水利水電國際市場的不斷開發(fā)，國內(nèi)的水電企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)走出國門。面對新的市場環(huán)境和文化差異，水電企業(yè)有機遇也有挑戰(zhàn)。其中，規(guī)程規(guī)范方面的差異在實際工作中所帶來的問題，就是施工技術(shù)人員所必須面對的。本文就中美兩國關(guān)于常態(tài)混凝土配合比設(shè)計方法方面的差異進行比較，希望對國外施工技術(shù)人員帶來一定的幫助。

2 配合比設(shè)計的前期工作

混凝土配合比的選擇即是在經(jīng)濟性和工作性，強度，耐久性，密度和表面質(zhì)量之間尋找平衡。需要的這些性能決定于混凝土澆筑的地點以及澆筑時預(yù)計碰到的情況。

在進行混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)收集相關(guān)工程設(shè)計資料，明確以下設(shè)計要求:

1)混凝土強度及保證率;2)混凝土的抗?jié)B等級、抗凍等級及其他性能指標(biāo);3)混凝土的工作性;4)骨料最大粒徑。

3 配合比選擇步驟中的異同

3.1 中國規(guī)范中配合比設(shè)計的主要步驟

1)根據(jù)設(shè)計要求的強度和耐久性選定水膠比;2)根據(jù)施工要求的工作度和石子最大粒徑等選定用水量和砂率，用用水量除以選定的水膠比計算出膠凝材料用量;3)根據(jù)體積法或質(zhì)量法計算砂、石用量;4)通過試驗和必要的調(diào)整，確定每立方米混凝土各項材料用量和配合比。

3.2 美國規(guī)范中配合比設(shè)計的主要步驟

1)根據(jù)混凝土的暴露等級決定其是否需要引氣，再分別針對引氣混凝土和無引氣混凝土，根據(jù)施工要求的工作度和骨料最大粒徑初選用水量和含氣量;2)根據(jù)設(shè)計要求的強度和耐久性選定水膠比;3)用用水量除以選定的水膠比，計算出膠凝材料用量。再結(jié)合最小水泥用量的限制，選擇最大值作為最終的膠凝材料用量;4)根據(jù)骨料最大粒徑、單位體積混凝土中粗骨料在干燥搗實狀態(tài)下所占的體積，細骨料的細度模數(shù)，粗骨料的搗實容重選定粗骨料用量;5)根據(jù)體積法或質(zhì)量法計算細骨料的用量;6)通過試驗和必要的調(diào)整，確定每立方米混凝土各項材料用量和配合比。

3.3 中美規(guī)范的差異

從3.1部分和3.2部分可以看出，中美規(guī)范在配合比選擇的步驟中，最大的差別是中國規(guī)范中引入了砂率的概念，以確定粗細骨料的用量;而美國規(guī)范則沒有砂率這個概念，在下文的配合比設(shè)計的基本參數(shù)中再進行詳細的比較。

4 配合比設(shè)計的主要參數(shù)

4.1 水膠比的選擇

水膠比不僅由強度決定，還決定于其他因素如耐久性。因為不同的骨料，水泥和膠凝材料在同樣水膠比的情況下一般獲得不同的強度，所以針對實際所使用的材料建立強度與水膠比的關(guān)系是非常必要的。

4.1.1 中國規(guī)范中水膠比的確定

水膠比應(yīng)根據(jù)設(shè)計對混凝土強度的要求，通過試驗確定。對于大中型工程，應(yīng)通過試驗建立相應(yīng)的關(guān)系曲線，并根據(jù)試驗結(jié)果，選擇滿足設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求的水膠比。同時，水膠比還應(yīng)滿足耐久性要求。

水膠比計算公式:

其中，A，B均為回歸系數(shù)?；貧w系數(shù)A和B應(yīng)根據(jù)工程所使用的水泥、骨料和通過試驗建立水灰比與混凝土強度關(guān)系式確定，當(dāng)不具備上述試驗資料時，對碎石混凝土A可取0.48，B可取0.52，對卵石混凝土 A 可取0.50，B 可取0.61;fce為水泥的實際強度，MPa;fcu，0為混凝土施工的配制強度，MPa。

4.1.2 美國規(guī)范中水膠比的確定

當(dāng)無試驗資料可用時，對于含有Type 1波特蘭水泥(硅酸鹽水泥)的混凝土，可以在表1中得到近似和相對固定的數(shù)據(jù)。用有代表性的材料，在試驗室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下試驗28 d的試塊，表1中的水膠比可以得到與之對應(yīng)的強度。

表1 水灰比或水膠比28 d抗壓強度之間的關(guān)系

平均強度的選擇，應(yīng)該超出規(guī)定強度一定的幅度，以保證以后試驗數(shù)據(jù)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

4.2 用水量的選擇

用水量與下列因素有關(guān):骨料最大粒徑，顆粒形狀，骨料級配;混凝土溫度;氣體引入量;外加劑的運用等。

4.2.1 中國規(guī)范中用水量的選定

水膠比在0.40～0.70范圍，當(dāng)無試驗資料時，其初選用水量可按表2選取。

4.2.2 美國規(guī)范中用水量的選定

表3提供了用不同的骨料最大粒徑，有無引氣情況下混凝土用水量的預(yù)估。根據(jù)骨料的特征和形狀，用水量可能會高于或低于表中數(shù)據(jù)，但對初步預(yù)估這些數(shù)據(jù)已經(jīng)足夠精確。

表2 常態(tài)混凝土初選用水量 kg/m3

表3 坍落度和骨料公稱最大粒徑不同時近似用水量和含氣量

4.3 骨料的選定

對于良好級配的骨料，公稱最大粒徑大一些的骨料要比小粒徑的所含空隙少。因此，對于單位體積的混凝土而言，大粒徑骨料的混凝土需要更少的砂漿。一般的，骨料最大粒徑應(yīng)該在滿足建筑物尺寸要求的同時選擇最大的。

4.3.1 中國規(guī)范中骨料的選定

我國用砂率(砂與粗細骨料的重量比)這一概念來表征砂石用量之間的關(guān)系。在配合比設(shè)計中，先求出單位體積混凝土中骨料的總重量，再用砂率求出砂、石各自的用量。砂率的取值如表4所示。

表4 常態(tài)混凝土砂率初選(中砂) %

同時，規(guī)范還指出:對于細砂和粗砂需相應(yīng)減小或增大砂率;對于坍落度不在10mm～60mm之間的混凝土及摻用外加劑和摻合料的混凝土，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗確定。

4.3.2 美國規(guī)范中骨料的選定

ACI的混凝土配比設(shè)計方法中并未提出砂率這一概念。其基本思路是通過規(guī)定單位體積混凝土中粗骨料所占的體積(用搗實容重表征)確定粗骨料的用量(見表5)，然后用質(zhì)量法或絕對體積法求出砂的用量(其中粗骨料的體積通過表中的搗實體積和搗實容重及其密度求得)。

表5 單位體積中混凝土粗骨料的體積

以上體積是以配制出工作性適于一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗關(guān)系為依據(jù)的，對于工作性較小的混凝土，如混凝土路面工程所要求的粗骨料體積可增加10%左右，而工作性較大的，例如用泵送法澆筑時，可減少10%。

4.3.3 中美規(guī)范骨料確定方法對比

對于粗骨料，我國規(guī)范考慮了卵石與碎石的區(qū)別，對于粗骨料的級配則認為其符合規(guī)范要求，并指出若為單粒級則砂率應(yīng)適當(dāng)增大。這些規(guī)定過于籠統(tǒng)，廣泛。事實上，砂率取值的大小還與粒形和級配有關(guān)。

粗骨料粒形和級配對砂率的影響最終可歸結(jié)為一個性質(zhì):空隙率。無論是粒形還是級配，都是因為其對空隙率的影響而間接對砂率產(chǎn)生影響。把粗骨料的搗實容重與其表觀密度相比較我們就可以求得粗骨料的空隙率，從而繞開紛繁復(fù)雜的種種細節(jié)表征出粗骨料的性質(zhì)對砂率總的影響。

ACI的方法正是以簡單易行的測搗實容重的試驗取代了種種復(fù)雜而又無法囊括一切的表格和規(guī)定，對于粗骨料的各種粒形，好抑或不好的級配均能起到指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

中美規(guī)范中對于混凝土配合比的選擇方法，由于其中參數(shù)選擇的不同，導(dǎo)致在步驟和計算方法上略有差異。試驗人員在實際操作過程當(dāng)中，應(yīng)該對兩種方法進行比較，選擇更有效可行的方法，以配制更適應(yīng)施工過程中所需要的配合比。

［1］DL/T 5330-2005，水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程［S］.

［2］Standard Practice for Selecting Proportions for Normal Heavyweight，and Mass Concrete(ACI 211.1-91)Reapproved，1997.

［3］李立權(quán).混凝土配合比設(shè)計手冊［M］.北京:建筑工業(yè)出版社，2008.