中法混凝土配合比設(shè)計(jì)方法對(duì)比

李新華

摘 要：本文以海外工程摩洛哥布里格里格河斜拉橋項(xiàng)目為實(shí)例，以項(xiàng)目施工中使用的承臺(tái)混凝土為研究對(duì)象，分別運(yùn)用法國(guó)DREUX法和中國(guó)規(guī)范進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，分析其中的差異和優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：配合比設(shè)計(jì)；對(duì)比；差異；分析

1前言

2007年是我國(guó)加入WTO后承諾開放國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)的第一年，很多國(guó)外的工程建筑企業(yè)涌入國(guó)內(nèi)，參與國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，面對(duì)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和管理，國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力日益增大，越來越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)將目光投向到國(guó)外市場(chǎng)。其中尤以非洲市場(chǎng)的前景最為廣闊，每年需要大量資金用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護(hù)工程。中國(guó)建筑企業(yè)海外市場(chǎng)主要集中在非洲地區(qū)，而其中大部分在法語區(qū)，在這些地區(qū)很多采用的是法國(guó)試驗(yàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，與中國(guó)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)存在差異。

拉巴特繞城高速公路為摩洛哥國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，全長(zhǎng)約41km，摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋?yàn)樵擁?xiàng)目的重點(diǎn)控制工程，全長(zhǎng)951.66m。在該項(xiàng)目中混凝土配合比設(shè)計(jì)要求采用法國(guó)DREUX法進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)結(jié)合摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋項(xiàng)目實(shí)例，以強(qiáng)度等級(jí)為C30的承臺(tái)混凝土為依據(jù)，介紹運(yùn)用DREUX法進(jìn)行承臺(tái)C30混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法和過程，并與國(guó)內(nèi)混凝土配合比方法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2材料分析

2.1 水泥

混凝土使用的是摩洛哥最大的水泥廠拉法基生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥CPJ45，其化學(xué)成分和物理性能見表2-1和2-2。另外對(duì)水泥的運(yùn)輸儲(chǔ)存溫度進(jìn)行了規(guī)定，水泥的進(jìn)場(chǎng)溫度不得高于70℃。水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)與國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)有差異。

表2-1 拉法基CPJ45水泥的物理性能

表2-2 拉法基CPJ45水泥的化學(xué)成分

2.2 細(xì)骨料

根據(jù)本項(xiàng)目附近的資源條件，混凝土細(xì)骨料采用的是Kenitra的0-1mm沙丘砂和Bymaro的0-4mm機(jī)制砂。按質(zhì)量比30%的沙丘砂和70%的機(jī)制砂混合而成的混合砂，解決了沙丘砂細(xì)度模數(shù)過小和機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)過大的問題。兩種細(xì)骨料和混合料的試驗(yàn)結(jié)果見表2-3。

表2-3 0-1mm沙丘砂和0-4mm機(jī)制砂以及混合料的試驗(yàn)結(jié)果

2.3 粗骨料

表2-4 4-16mm碎石試驗(yàn)結(jié)果

該斜拉橋承臺(tái)混凝土采用的是Bymaro的4-16mm的玄武巖碎石，其試驗(yàn)結(jié)果見表2-4。其中扁平系數(shù)是用特定的扁平篩測(cè)定，與針片狀顆粒含量的測(cè)定方法不同。

2.4 減水劑

該承臺(tái)混凝土采用的減水劑是Sikafluid R，為深褐色液體，其推薦用量為水泥質(zhì)量的0.3%-2.5%。試驗(yàn)結(jié)果見表2-5。

表2-5 減水劑Sikafluid R的試驗(yàn)結(jié)果

2.5 混凝土拌合用水

該項(xiàng)目所有的混凝土用水都是使用的拉巴特城市飲用水。

3 DREUX法混凝土配合比設(shè)計(jì)

DREUX法要求混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分三步進(jìn)行，即配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)、適應(yīng)性試驗(yàn)和檢查試驗(yàn)，與我國(guó)的混凝土配合比設(shè)計(jì)有很大區(qū)別。

根據(jù)法國(guó)規(guī)范CCTP-D中相關(guān)規(guī)定了，C30承臺(tái)混凝土必須下列要求，水泥類型CPJ45，最小水泥用量為330kg/m3，最大水灰比0.5，坍落度10-14cm。

3.1 計(jì)算灰水比

σ28′=G·σc′（-0.5） （1）

式中：σ28′- 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，計(jì)算時(shí)考慮1.15的強(qiáng)度保證系數(shù)，MPa；

σc′- 水泥標(biāo)號(hào)，MPa；

C - 水泥用量，kg/m3

E - 用水量，kg/m3

G -骨料參數(shù)，其值依據(jù)骨料粒徑和質(zhì)量查表3-1確定

表3-1 骨料參數(shù)G取值表

將參數(shù)σ28′=1.15×30=34.5MPa，σc′=45MPa，取G=0.45代入式（1）中，計(jì)算得：灰水比2.20。

3.2 計(jì)算水泥和水的用量

根據(jù)計(jì)算所得的灰水比2.20和坍落度取12cm，查DREUX法水泥用量與水灰比關(guān)系圖3-1，查得水泥用量為“400+添加劑”。則用水量為E=400/2.2=182kg。

圖3-1 DREUX法水泥用量與水灰比關(guān)系圖

這個(gè)用水量是相對(duì)于粗骨料最大粒徑D=25mm 的混凝土的標(biāo)準(zhǔn)用水量，實(shí)際中使用的是D=16mm的粗骨料，為了保證混凝土相同的工作性能，用水量也應(yīng)適當(dāng)增加。根據(jù)表3-2調(diào)整用水量。

表3-2 DREUX法D≠25mm用水量修正表

調(diào)整后的用水量E0′=E·（1+4%）=189kg，考慮到外加劑減水率為10%，實(shí)際用水量E0=189（1-10%）=170kg。水泥用量調(diào)整為374kg。

3.3 計(jì)算粗細(xì)骨料的用量

法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中水泥混凝土骨料級(jí)配理論，采用的是間斷級(jí)配理論， 先將所有的粗細(xì)骨料的顆粒分析結(jié)果繪制在圖3-2中。圖3-2為DREUX法骨料粒度分析圖，橫坐標(biāo)為骨料粒徑和與之相對(duì)應(yīng)的篩孔模數(shù)，縱坐標(biāo)為骨料通過百分率。

3.3.1 確定基準(zhǔn)粒度成分線OAB

在這個(gè)粒度分析圖中，確定基準(zhǔn)粒度成分線OAB。其中0點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)、B點(diǎn)為最大粗骨料粒徑所對(duì)應(yīng)的通過率為100%的點(diǎn)、A 點(diǎn)為級(jí)配的間斷點(diǎn)，其坐標(biāo)確定方法如下：

（1）橫坐標(biāo) Ax，當(dāng)最大粒徑D ≤20mm時(shí)，Ax=D/2；當(dāng)最大粒徑D>20mm時(shí)， Ax =（38+D對(duì)應(yīng)的 模數(shù)）/2?；炷敛捎肈=16mm的碎石，故Ax=16/2=8

（2） 縱坐標(biāo)Ay ，按下式（2）進(jìn)行計(jì)算。

Ay =50- +K+Kp+Ks （2）

K為集料成型修正值，按表3-3內(nèi)插法求得K=1 。

表3-3 K值計(jì)算表

Kp為泵送混凝土修正值，當(dāng)混凝土采用泵輸送方式運(yùn)輸時(shí)，Kp∈E5，10]，若為泵送混凝土可取中值。非泵送取Kp=0。本項(xiàng)目采用泵送方式，故取Kp=7.5。

Ks為細(xì)度模數(shù)修正值，當(dāng)細(xì)度模數(shù) >2.5時(shí)，Ks=6Mf-15=6×2.66-15=0.96。

所以縱坐標(biāo)Ay=50-+1+7.5+0.96=55.46

連接OA、AB，得出基準(zhǔn)粒度成分線0AB。

3.3.2 確定粗細(xì)骨料的體積比

設(shè)計(jì)的混凝土由混合砂SM和碎石組成，在圖3-2中找到碎石通過率5%的點(diǎn)和混合砂SM通過率95%的點(diǎn)，過此兩點(diǎn)做直線，得到與標(biāo)準(zhǔn)曲線OAB的交點(diǎn)C，C點(diǎn)的縱坐標(biāo)為即為混合砂占骨料的絕對(duì)體積比，由圖知道，C的縱坐標(biāo)49.5%，所以混合砂占骨料體積49.5%，碎石占骨料體積的50.5%。

3.4 計(jì)算混凝土密實(shí)系數(shù)γ

1m3混凝土中所含的固體物質(zhì)（水泥及集料）的絕對(duì)體積定義為密實(shí)系數(shù)，密實(shí)系數(shù)隨骨料最大粒徑D 、坍落度、振搗強(qiáng)度的變化而變化，如表3-4。

表3-4 DREUX法密實(shí)系數(shù)γ取值

注：1）表中系數(shù)為每方混凝土中集料與粉料（水泥）體積系數(shù)之和。

2）表中取密實(shí)系數(shù)時(shí)其集料為卵石，若集料不同時(shí)需調(diào)整：（1）河砂+碎石密實(shí)系數(shù)-0.01；（2）機(jī)制砂+碎石密實(shí)系數(shù)-0.03

根據(jù)表3-4，用內(nèi)插法計(jì)算密實(shí)系數(shù)γ=0.810，在本配合比設(shè)計(jì)中密實(shí)系數(shù)γ取值0.810-0.02=0.790。

3.5 計(jì)算骨料各成分重量組成

水泥的用量374kg/m3，水泥密度2.98g/cm3，每方混凝土水泥體積Vc=374/2980=0.126m3。骨料的總體積V=γ-Vc=0.664m3。

混合砂質(zhì)量=Vs=2700×0.495×0.664=887kg，其中沙丘砂占30%為266kg，機(jī)制砂占70%為621kg。

碎石質(zhì)量=Vg=2780×0.505×0.664=932kg

水泥質(zhì)量C=374kg；用水量E0=170kg，外加劑摻量按水泥摻量的1.5%為5.6kg。

3.6 混凝土的計(jì)算配合比

混凝土的計(jì)算配合比各材料用量為 ：

水泥：沙丘砂： 機(jī)制砂：碎石： 水：減水劑=374：266：621：932：170：5.6

至此，運(yùn)用DREUX法計(jì)算混凝土理論配合比已經(jīng)完成。在施工前，還要進(jìn)行各成分波動(dòng)試驗(yàn)，分別是1）砂率各增加和減少10%；2）水泥用量各增加和減少20kg；3）用水量各增加和減少10kg。當(dāng)成分波動(dòng)滿足要求后，再進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，以確定滿足攪拌站和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)施工要求。

4按國(guó)內(nèi)規(guī)范進(jìn)行混凝土配合比計(jì)算

4.1 計(jì)算試配強(qiáng)度和水灰比

試配強(qiáng)度fcu，0≥fcu，k+1.645σ=30+1.645×5=38.2MPa；

水灰比W/C=αa.fb/（ fcu，0+αa. αbfb）=0.53×43.9/（38.2+0.53×0.2×43.9）=0.54

4.2 計(jì)算用水量和水泥用量

根據(jù)坍落度和碎石粒徑查表得用水量為235kg，考慮到添加減水劑，實(shí)際用水量為mw0=235（1-10%）=212kg，

水泥用量mc0=212/0.54=393kg，減水劑摻量為水泥用量的1.5%=5.9kg

4.3 砂率的確定

根據(jù)細(xì)度模數(shù)查表知：砂率β=37%

4.4 用體積法計(jì)算各材料的用量

++++0.01α=1 （3）

=0.37 （4）

式中ρc、ρs、ρg、ρw分別為水泥、細(xì)骨料、粗骨料和水的表觀密度，α為混凝土含氣量百分?jǐn)?shù)，不摻加引氣劑或引氣型外加劑時(shí)α取1。

代入各參數(shù)計(jì)算得到：mc=393kg；mw=212kg；ms=663kg；mg=1129；mj=5.9kg

混凝土的計(jì)算配合比得到各材料用量為 ：

水泥：沙丘砂： 機(jī)制砂：碎石： 水：減水劑=393：199：464：1129：212：5.9

5 中法配合比設(shè)計(jì)結(jié)果的對(duì)比表

通過中國(guó)規(guī)范和法國(guó)規(guī)范分別對(duì)C30的混凝土配合比進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果存在差異，見表5-1。

表5-1 中法配合比設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)比

6 結(jié)論

通過兩種方法得出的結(jié)果對(duì)比和分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）試配強(qiáng)度不同，國(guó)內(nèi)混凝土配合比試配強(qiáng)度更高，保證系數(shù)更高一些。

（2）混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法不同，法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用的是圓柱體試件，試件初裂后荷載立即下降，而國(guó)內(nèi)的立方體試塊，初裂后荷載仍能繼續(xù)增加，存在虛荷載。圓柱體試塊更能準(zhǔn)確反映出試塊的真實(shí)強(qiáng)度。

（3）法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的用水量是通過圖表計(jì)算而得，從而得到水泥用量。而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)用水量是通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查表而得。法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)謹(jǐn)。

（4）在配合比設(shè)計(jì)過程中，法國(guó)DREUX法對(duì)骨料組成是通過分析砂和碎石的篩分曲線，用圖解的方法找出最佳的成分組成，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)是通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查表。兩種方法對(duì)比，無疑是法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)更科學(xué)更合理。

（5）法國(guó)DREUX法混凝土配合比設(shè)計(jì)對(duì)水泥的用量有很嚴(yán)格的規(guī)定，對(duì)骨料最大粒徑25mm的混凝土限制了水泥的最大用量為400kg/m3，如果用到最大用量仍無法滿足要求，就只能摻加添加劑或用更高品質(zhì)的水泥。對(duì)控制混凝土的水化熱，減少混凝土的收縮變形有其科學(xué)性。

（6）法國(guó)DREUX法混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分三步進(jìn)行，即配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)、適應(yīng)性試驗(yàn)和檢查試驗(yàn)。提出基準(zhǔn)配合比后，對(duì)各成分波動(dòng)后進(jìn)行試驗(yàn)，確保最不利的因素下混凝土的質(zhì)量。在投入生產(chǎn)前，進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，確保滿足生產(chǎn)和施工的要求。這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇ㄖ档梦覀兘梃b。

參考文獻(xiàn)

[1] 喬治·德勒（法），《混凝土指南》[M]，1988.

[2] 法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，XP P18-545《骨料》，2008.