混凝土摻和料摻加比例的優(yōu)化

王鳳俠

(承德市交通運輸局機(jī)械設(shè)備管理處　承德　067000)

混凝土摻和料摻加比例的優(yōu)化

王鳳俠

(承德市交通運輸局機(jī)械設(shè)備管理處承德067000)

摘要降低成本的技術(shù)途徑很多，比較可行的也是歷年來行業(yè)內(nèi)大力提倡的方法是，通過礦渣粉和粉煤灰的摻加來節(jié)約水泥。文中通過幾種不同的實施方法，使2種摻和料的摻加比例達(dá)到最優(yōu)，從而在混凝土的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，最大限度地節(jié)約水泥，降低成本。

關(guān)鍵詞摻和料優(yōu)化配合比摻加比例

由于競爭激烈，混凝土價格的增長空間變得很小。同時，原材料價格的不斷攀升給混凝土企業(yè)的生存又提出挑戰(zhàn)。因此，若想繼續(xù)占領(lǐng)市場，就得采取技術(shù)措施大力降低混凝土成本。為滿足早拆模的要求，配合比優(yōu)化后，混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級的60%以上 ；坍落度、和易性滿足泵送要求；其他質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1確定方案

(1) 試驗方法的確定。混凝土的實驗工作往往繁瑣而且影響因素多。為了簡化實驗程序、避開不利因素的影響，查閱資料后認(rèn)為：在標(biāo)準(zhǔn)條件下，利用水泥膠砂實驗[1]可以達(dá)到既定目的(m膠結(jié)料)∶m(砂)∶m(水)=450∶1350∶225)。

(2) 原材料。原材料根據(jù)實際生產(chǎn)選取，具體見表1。

表1　原材料一覽表

膠結(jié)料的化學(xué)分析見表2。

表2　化學(xué)分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))　%

(3) 實驗步驟。此次試驗分2步進(jìn)行：①在標(biāo)準(zhǔn)條件下，得出水泥膠砂7d，28d強(qiáng)度(試件編號為S-0,下一試驗的試件編號為S-1，依此類推)，同時進(jìn)行單獨摻加粉煤灰、礦渣粉的試驗，并對結(jié)果進(jìn)行分析；②在第一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行 “雙摻”試驗，分析出此時的最佳摻加比例。

第一步試驗結(jié)果見表3。

表3　抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果表

參考文獻(xiàn)

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[5]張小輝，何天淳.鋼纖維混凝土彎曲疲勞及其損傷特性和細(xì)觀強(qiáng)度研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2001.

(4) 結(jié)果分析。由表3可見：①單摻粉煤灰時，在10%～30%區(qū)間內(nèi)，摻量每增加10%，膠砂的7d抗壓強(qiáng)度下降近10%，30%以后降幅增加。28d抗壓強(qiáng)度類似；②單摻礦渣粉時，摻量大于20%后，膠砂的7d抗壓強(qiáng)度下降明顯。28d抗壓強(qiáng)度下降不明顯。

(5) 提出方案。根據(jù)以上結(jié)果分析和實際生產(chǎn)經(jīng)驗，提出6種可能達(dá)到要求的“雙摻”方案，見表4。

表4　“雙摻”方案一覽表　%

(6) 各種方案的評估。針對以上6種情況，從試驗結(jié)果和成本2方面進(jìn)行評估。試驗結(jié)果見表5。成本比較見表6。

表6　“雙摻”成本比較一覽表 　元

注：①水泥單價為345元/t、粉煤灰單價為98元/t、礦渣粉單價為160元/t；②為便于比較，表中數(shù)值已放大1 000倍。

(7) 確定最佳方案。由表6可見：隨著不同比例的摻加，成本呈下降趨勢，從中分析不出最佳方案。表5中，自方案4后抗壓強(qiáng)度下降明顯。因此，符合要求的是方案1～4。

總結(jié)以往生產(chǎn)經(jīng)驗，最大限度地節(jié)約水泥、利用礦物摻和料對混凝土質(zhì)量是有好處的。因而方案4，即粉煤灰摻量20%同時礦渣粉摻量30%(等量取代水泥)，是實現(xiàn)目標(biāo)的最佳方案。

2混凝土試配流程

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和方案4確定流程如下：計算理論混凝土配合比→試配→成品養(yǎng)護(hù)、試壓、結(jié)果分析→調(diào)整配合比→用于生產(chǎn)。根據(jù)此流程制定對策，見表7。

表7　對策表

3對策實施

3.1實施一

按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程 》JGJ55-2000[2]的設(shè)計步驟以及方案4的摻加比例，以C30為設(shè)計強(qiáng)度等級，進(jìn)行配合比計算。過程中，混凝土容重、坍落度要求、標(biāo)準(zhǔn)差、水泥實際強(qiáng)度、砂率、外加劑減水率等，都按照實際統(tǒng)計結(jié)果和實際經(jīng)驗值選取。

最終配合比為：m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(粉煤灰)∶m(礦渣粉)∶m(外加劑)∶m(水)=185∶791∶1072∶74∶111∶7.39∶180

3.2實施二

準(zhǔn)備原材料。除膠砂試驗中的膠凝材料外，砂為灤河II區(qū)中砂、石為灤河5～31.5mm卵石、外加劑為天津山海泵送劑SHJ。保證砂石為干燥狀態(tài)。每盤攪拌45L。保證計量精度和攪拌時間。

按照《普通混凝土拌和物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2002[3]的要求測定坍落度為200～220mm、和易性良好、砂率適中、容重為(2 420±10)kg/m3。試件成型二(同時成型長期性與耐久性所需試件)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d和28 d，準(zhǔn)備試驗。

3.3實施三

3.3.1抗壓強(qiáng)度試驗

按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》GB/T50081-2002[4]要求進(jìn)行抗壓試驗。其間，7d試件試壓時，壓力機(jī)速度保持在0.3～0.5MPa/s；28d試件試壓時，壓力機(jī)速度保持在0.5～0.8MPa/s。結(jié)果見表8。

表8　抗壓強(qiáng)度一覽表　MPa

7d抗壓強(qiáng)度均值達(dá)到強(qiáng)度等級的65%，結(jié)果符合目標(biāo)要求。

3.3.2長期性與耐久性試驗

按照《普通混凝土長期性能和耐久性性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50082-2009[5]的要求進(jìn)行混凝土抗?jié)B、抗凍、鋼筋銹蝕等試驗。每項試驗進(jìn)行1次。試驗結(jié)果見表9。

表9　長期性與耐久性試驗結(jié)果一覽表

結(jié)果表明混凝土性能優(yōu)良且符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3.3成本分析

原配合比為m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(粉煤灰)∶m(礦渣粉)∶m(外加劑)∶m(水)=262∶799∶1 060∶45∶70∶7.7∶180

計算單價：165.04 元/m3

現(xiàn)配合比為：m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(粉煤灰)∶m(礦渣粉)∶m(外加劑)∶m(水)=185∶791∶1 072∶74∶111∶7.4∶180

計算單價：146.29元 /m3

成本降低率為[(165.04-146.29)/165.04]×100%=11.4%>10%

成本降低滿足目標(biāo)要求。

3.4實施四

配合比在實際應(yīng)用之前應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

砂中含有15%～18%直徑在5～10mm卵石，生產(chǎn)時將其在石子用量中扣除。砂率按照工地要求和實際工程情況進(jìn)行調(diào)整。

外加劑用量根據(jù)天氣情況、工程情況、路途情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

用水量的控制方法主要是觀察混凝土坍落度。出機(jī)坍落度應(yīng)保持在200～220mm之間。

4效果檢查

利用方案四的設(shè)計思路，計算出了其他強(qiáng)度等級混凝土的配合比，經(jīng)試配后全部用于生產(chǎn)。

2006年3月至11月底為止，我攪拌站為富華新天地、承德市污水處理廠、承德市垃圾發(fā)電項目以及承鋼擴(kuò)建工程等大工程，完成了C10～C50等不同強(qiáng)度等級、不同質(zhì)量要求的混凝土逾40 000m3。期間，按照規(guī)范要求進(jìn)行試驗并統(tǒng)計分析了實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論認(rèn)為：經(jīng)優(yōu)化后的混凝土質(zhì)量合格率達(dá)100%，同時取得69.3萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)以往經(jīng)驗可知，解決大體積混凝土水化熱問題的一個途徑是，大量摻加礦物摻和料。通過此次配合比的優(yōu)化，我們找到了生產(chǎn)大體積混凝土?xí)r，在現(xiàn)有原材料情況下可行的礦物摻和料的摻加比例。在承德市富華新天地這棟樓房基礎(chǔ)施工時的應(yīng)用就取得了成功，內(nèi)外溫差平均18 ℃左右 ,沒有出現(xiàn)溫差裂縫。

5結(jié)語

混凝土摻和料的摻加比例對混凝土的強(qiáng)度和質(zhì)量都有很大的影響，通過以上幾種方案的實施試驗和分析，粉煤灰摻量20%同時礦渣粉摻量30%(等量取代水泥)，是最佳摻配比例。實踐證明，按照這種摻加比例設(shè)計的混凝土配合比用于生產(chǎn)中，既能滿足混凝土和易性能、強(qiáng)度和耐久性能的要求，又能夠節(jié)約水泥，從而降低混凝土的成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]CB/T17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法(ISO法)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[2]JGJ55-2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]GB/T50080-2002普通混凝土拌和物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[4]GB/T50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[5]GB/T50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

收稿日期：2014-09-23

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.050