基于工作性和經(jīng)濟(jì)性的C30混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

吳康進(jìn)（高州市星展混凝土有限公司）

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基于工作性和經(jīng)濟(jì)性的C30混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

吳康進(jìn)
（高州市星展混凝土有限公司）

【摘要】對(duì)膠凝材料組分進(jìn)行優(yōu)選試驗(yàn)，根據(jù)砂漿水膠比及流動(dòng)度結(jié)果，并結(jié)合漿骨比理論，對(duì)C30混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，從工作性和經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)選，得到材料成本低、工作性能好的混凝土配合比。

【關(guān)鍵詞】工作性；經(jīng)濟(jì)性；混凝土；配合比設(shè)計(jì)

1　引言

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的礦物摻合料和外加劑被廣泛使用，基于經(jīng)驗(yàn)方法的傳統(tǒng)配合比設(shè)計(jì)理論逐漸暴露出更多的缺陷［1-3］，如設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、考慮因素變量少等；一些現(xiàn)代混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法相繼出現(xiàn)，最為被人熟悉的有全計(jì)算法、基于耐久性設(shè)計(jì)方法、漿體撥開(kāi)系數(shù)法等［4-7］，各自的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用性也不盡相同。對(duì)于預(yù)拌混凝土企業(yè)來(lái)講，在滿足強(qiáng)度、工作性和耐久性基礎(chǔ)上，更為關(guān)注的是材料經(jīng)濟(jì)成本。如何結(jié)合實(shí)際施工需求，簡(jiǎn)單有效地設(shè)計(jì)出性能優(yōu)異的混凝土，是混凝土行技術(shù)人員最為迫切解決的研究課題。本文將從工作性和經(jīng)濟(jì)性角度，以C30混凝土為例，介紹一種嶄新的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，希望能夠起到借鑒作用。

2　試驗(yàn)原材料

水泥：廣西平南水泥廠生產(chǎn)的華潤(rùn)PII42.5R級(jí)水泥，其主要物理性能和化學(xué)成分分別如表1和表2所示：

表1　水泥的物理性能

表2　水泥與礦物摻合料的主要化學(xué)成分（%）

礦粉：唐山首鋼寶業(yè)鋼鐵公司S95級(jí)礦渣粉，密度2.92g/cm3，比表面積432m2/kg，活性指數(shù)103%。

粉煤灰：廣州發(fā)電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰，密度2.27g/cm3，需水量比102%，燒失量2.1%。

聚羧酸緩凝高效減水劑：廣州市建科院生產(chǎn)的LMT-106改性聚羧酸緩凝低引氣型高性能減水劑，固含量為20.1%，減水率30.5%。

砂：廣州北江砂場(chǎng)生產(chǎn)的II區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，表觀密度為2630kg/m3，堆積密度1550kg/m3，含泥量0.3%，泥塊含量0.1%，氯離子含量0.004%。

碎石：采用5～20mm連續(xù)級(jí)配花崗巖碎石，由惠州市博羅縣石場(chǎng)提供，10～20mm反擊破石與5～10mm瓜米石按比例混合配制而成。

3　膠凝材料組分的選擇

根據(jù)GB/T 17671成型水泥膠砂，膠材用量450g，生產(chǎn)用河砂1200g，減水劑摻量1.8%，通過(guò)調(diào)節(jié)用水量，使砂漿流動(dòng)度在190±5mm范圍，測(cè)定膠砂3d和28d強(qiáng)度，水泥、礦粉和粉煤灰比例及試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，當(dāng)水泥摻量較多時(shí)，膠砂早期強(qiáng)度較高，而膠砂28d強(qiáng)度主要由水泥+礦粉的總量來(lái)決定，除10#樣品外，膠砂28d抗壓強(qiáng)度大于44.0MPa時(shí)，水泥+礦粉總量均在75%和80%的配比范圍內(nèi)；從用水量及流動(dòng)度結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，除1、2號(hào)樣品外，用水量隨著粉煤灰摻量的增加而增大，這主要是受粉煤灰品質(zhì)的影響，需水量比較大的緣故；膠砂強(qiáng)度基本與水膠比成反比，并非水泥用量越多膠砂強(qiáng)度越高，礦物摻和料與水泥顆粒級(jí)配的搭配合理也比較重要。

根據(jù)膠砂3d和28d強(qiáng)度以及膠凝材料經(jīng)濟(jì)性，選取8、10、13和18號(hào)試樣作為初步膠凝材料組分。

表3　不同膠凝材料組分膠砂試件強(qiáng)度

4　混凝土配合比的優(yōu)選

根據(jù)漿骨比理論，確定C30混凝土配合比漿體體積為0.285，摻入減水劑的混凝土含氣量為2.5%，膠凝材料看作一種復(fù)合型的水泥材料，其密度通過(guò)公式3-1和3-2計(jì)算，漿體體積公式如3-3所示，根據(jù)表3用水量及流動(dòng)度確定混凝土水膠比，混凝土配比及和易性如表4所示。

從表4可以發(fā)現(xiàn)各編號(hào)混凝土和易性良好，具有較好的流動(dòng)性能，C1和C2試樣水泥用量較多，1h擴(kuò)展度損失較大，且隨粉煤灰摻量增多損失增大。C4試樣放置1h后有輕微泌水，主要是膠凝材料中礦粉的用量較大，保水性能減弱。

混凝土強(qiáng)度如圖1所示，從圖中可以看出，混凝土28d強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)度最小的為C2，富余系數(shù)為1.39，C1和C3強(qiáng)度結(jié)果最優(yōu)；3d和7d強(qiáng)度數(shù)據(jù)表明，水泥用量較大時(shí)混凝土早期強(qiáng)度較高，C1和C2均高于C3和C4試樣；C4早期強(qiáng)度較低，至28d齡期時(shí)強(qiáng)度高于C2，即混凝土強(qiáng)度最終與水泥+礦粉的用量有關(guān)，粉煤灰對(duì)混凝土的強(qiáng)度貢獻(xiàn)在90d之前作用較小?？紤]施工過(guò)程混凝土的凝結(jié)時(shí)間，C2和C4適宜于澆筑大體積底板部位，C1和C3適宜于澆筑墻柱、梁板等早期強(qiáng)度要求較高的部位。

圖1　混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

5　經(jīng)濟(jì)性分析

綜合混凝土和易性及強(qiáng)度結(jié)果，可以得知，C1和C3為最優(yōu)試配，考慮商品經(jīng)濟(jì)性，設(shè)水泥價(jià)格為400元/噸，礦粉價(jià)格為260元/噸，粉煤灰價(jià)格為200元/噸，則C1單方混凝土膠凝材料成本為103元，C3單方混凝土膠凝材料成本為101元，C3為最優(yōu)配比?？梢园l(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)配合比設(shè)計(jì)方法相比較，在滿足和易性和力學(xué)性能的基準(zhǔn)要求下，對(duì)材料成本的控制力度較好。

6　結(jié)論

表4　混凝土配合比及工作性能

⑴把膠凝材料看作一種復(fù)合水泥，對(duì)各組分的比例進(jìn)行試驗(yàn)，得出最佳比例，水泥+礦粉用量對(duì)28d強(qiáng)度影響較大，膠凝組分顆粒的級(jí)配也同樣重要；

⑵現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)力學(xué)性能應(yīng)視為前提條件，而非設(shè)計(jì)的目標(biāo)；混凝土配合比需根據(jù)施工部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足工作性基礎(chǔ)上，從商品經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)選，節(jié)省了材料成本?！?/p>

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