混凝土配合比研究

李傳林　劉桂賓

摘 要：本文利用基于密實(shí)體積理論的輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)方法通過試驗(yàn)確定其中關(guān)鍵參數(shù)—緊密因數(shù)CF的最佳取值范圍以強(qiáng)度、干表觀密度和坍落度、擴(kuò)展度等作為評價(jià)依據(jù)。運(yùn)用正交設(shè)計(jì)方法優(yōu)化確定試驗(yàn)配合比。通過采取摻加礦物摻合料和具備增粘作用的高效減水劑保證混凝土拌合物具有較好的工作性能滿足輕骨料混凝土的免振搗施工的要求配制出了強(qiáng)度等級為LC25～LC50的免振搗輕骨料混凝土。

關(guān)鍵詞：免振搗；輕骨料混凝土；密實(shí)體積理論；緊密因數(shù)；正交設(shè)計(jì)

免振搗輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)既要使拌合物具有較大的流動(dòng)度，能夠自密實(shí)成型，又要使拌合物具有足夠的粘度，防止輕骨料上浮，保持拌合物的勻質(zhì)性[1]。本文參考普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法研究輕骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮輕骨料混凝土的特殊性，依靠配合比設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)和試配來確定免振搗輕骨料混凝土的配合比。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1） 水泥 青島山水水泥廠生產(chǎn)的山水P·O42.5R水泥主要指標(biāo)如表1所示。

（2） 骨料

① 細(xì)骨料青島大沽河河砂細(xì)度模數(shù)2.6級配合格。② 輕粗骨料山東淄博博山碎石狀頁巖陶粒粒徑5～16mm。

（3） 粉煤灰 濰坊明華I級粉煤灰。

（4） 外加劑 聚羧酸高效外加劑LPC（山東華迪建筑科技有限公司生產(chǎn)），減水率為35.0%。

（5） 水 自來水，符合《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63-89要求。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 緊密因數(shù)CF值的確定

密實(shí)體積理論配合比設(shè)計(jì)方法的基本原則是用膠凝材料漿體填滿松散堆積的骨料間隙。處于飽和面干狀態(tài)的骨料松散堆積時(shí)顆粒之間充滿空隙當(dāng)把水和膠凝材料添加到骨料中時(shí)會出現(xiàn)潤滑效應(yīng)使骨料堆變得更加密實(shí)。定義骨料的緊密因數(shù)CF（Closing Factor）為免振搗輕骨料混凝土中處于密實(shí)狀態(tài)的骨料與同體積處于松散堆積狀態(tài)的骨料的質(zhì)量之比。顯然CF的取值影響免振搗輕骨料混凝土中骨料的用量。CF越大則粗、細(xì)骨料越多而膠凝材料越少，相應(yīng)地，輕骨料混凝土的流動(dòng)性、免振搗性能和抗壓強(qiáng)度將會降低；相反，CF越小則膠凝材料用量過多，將會提高原材料成本，并且膠凝材料用量過多還會導(dǎo)致輕骨料混凝土干燥收縮增加，并影響到工作性和耐久性等其他方面。所以，在配合比設(shè)計(jì)中，重要的是選擇最佳的CF值，滿足免振搗輕骨料混凝土的各項(xiàng)性能的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性要求。CF值取值范圍，對于特定粒形和級配的骨料由試驗(yàn)總結(jié)得出。

試驗(yàn)結(jié)果及分析可以看出5～16mm淄博博山碎石頁巖陶粒CF值在1.2左右時(shí)免振搗輕骨料混凝土工作性能相對較好，初始坍落度達(dá)到260mm以上，初始擴(kuò)展度達(dá)到650mm×650mm以上，并且1h之后損失也很小，混凝土各個(gè)齡期的強(qiáng)度增長均較快。

緊密因數(shù)CF值在1.0左右時(shí)，膠凝材料相對用量較多，混凝土拌和物比較粘稠，硬化后混凝土的收縮變形將增加，耐久性下降；CF值在1.4左右時(shí)，膠凝材料用量較少，漿體不能良好地包裹骨料導(dǎo)致混凝土和易性差。因此，選取1.2作為5～16mm淄博博山碎石頁巖陶粒的CF值。

1.2.2 免振搗輕骨料混凝土試驗(yàn)方案

（1）試驗(yàn)?zāi)康?/p>

用基于密實(shí)體積理論的配合比設(shè)計(jì)方法，采用正交設(shè)計(jì)，考慮水膠比、砂率、粉煤灰和LPC摻量等主要影響因素，以輕骨料混凝土的坍落度、擴(kuò)展度等常規(guī)工作性能指標(biāo)和28d抗壓強(qiáng)度、28d輕骨料混凝土干表觀密度、強(qiáng)質(zhì)比等基本力學(xué)性能指標(biāo)為考核指標(biāo)最終確定最優(yōu)摻量和最佳配比，配制出結(jié)構(gòu)用強(qiáng)度等級為LC25～LC50的免振搗輕骨料混凝土。

（2）試驗(yàn)參數(shù)選擇

把水膠比（A）、砂率（B）、粉煤灰摻量（C）和LPC摻量（D）作為因素考慮。其中，水膠比取0.28 0.31，0.34，0.36四個(gè)水平；砂率取36%，40%，45%，50%四個(gè)水平；LPC?。ㄕ寄z凝材

料重量的）0.4%，0.6%，0.8%，1.0%四個(gè)水平；粉煤灰摻量?。ㄕ寄z凝材料重量）15%，20%，25%，30%四個(gè)水平。

試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm混凝土立方體試件，以坍落度、擴(kuò)展度、28d的立方體抗壓強(qiáng)度、28d齡期輕骨料混凝土表觀密度、28d的抗壓強(qiáng)度與輕骨料混凝土表觀密度的比值（強(qiáng)質(zhì)比）作為分析評價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的依據(jù)。

（3）攪拌工藝

考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中不預(yù)濕輕骨料會導(dǎo)致部分外加劑被骨料吸收，并且攪拌時(shí)間偏長耽誤生產(chǎn)，因此本試驗(yàn)采用預(yù)濕處理輕粗骨料的攪拌工藝[2]。

（4）檢測依據(jù)

輕骨料試驗(yàn)按照《輕骨料及其試驗(yàn)方法》GB/T17431.2—1998進(jìn)行。

輕骨料混凝土設(shè)計(jì)按照密實(shí)體積理論及《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》JGJ51—2002進(jìn)行。

? 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2002進(jìn)行，試件尺寸為100mm×100mm×100mm。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

2.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)的因素水平表如表6所示。選用正交表L16（44），按照密實(shí)體積理論配合比設(shè)計(jì)方法，正交設(shè)計(jì)確定各組試驗(yàn)的配合比CF值取用1.2計(jì)算出具體的試驗(yàn)配比。本次試驗(yàn)測定了16組輕骨料混凝土的坍落度、擴(kuò)展度、28d的抗壓強(qiáng)度，28d輕骨料混凝土的干表觀密度。

2.3.2 處理及分析

分析可知，砂率大小、LPC摻量和粉煤灰摻量是影響輕骨料混凝土和易性的主要因素。將數(shù)值進(jìn)行處理，數(shù)值在28d強(qiáng)度極差分析表中。列出了各水平相應(yīng)的四次抗壓強(qiáng)度之和、四次強(qiáng)質(zhì)比之和K1、K2、K3及其極差R。對于各列，比較K值的大小，如第一列K1=213.8它比K2=173.6，K3=158.5，K4=143.2都大，這表明水膠比為0.28的抗壓強(qiáng)度優(yōu)于水膠比為0.31 0.34 0.36的抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1） 提出基于密實(shí)體積理論的輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，闡明了該方法的原理和計(jì)算步驟，定義了骨料緊密因數(shù)（CF）的概念，分析了CF是影響輕骨料混凝土采用基于密實(shí)體積理論進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的重要因素。通過試驗(yàn)確定1.2作為5～16mm淄博博山碎石頁巖陶粒的CF值。

（2） 采用基于密實(shí)體積理論配合比設(shè)計(jì)方法結(jié)合正交設(shè)計(jì)方法進(jìn)行正交試驗(yàn)，對比試驗(yàn)結(jié)果及分析，可以得出以下結(jié)論：

（a） 基于密實(shí)體積理論輕骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)方法可以配制出滿足免振搗輕骨料混凝土同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。

（b） 聚羧酸減水劑LPC的減水性能在輕骨料混凝土拌合過程中非常明顯，并且具有能夠提高混凝土的粘度和控制輕骨料上浮的作用。

（c） 水膠比對免振搗輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度、強(qiáng)質(zhì)比的影響特別顯著，這也再次證明水膠比是決定混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

（d） 砂率對于免振搗輕骨料混凝土的和易性影響較大，同時(shí)良好的砂率可以降低水泥的用量。

（e） 摻加適量粉煤灰能夠調(diào)節(jié)輕骨料混凝土拌和物的和易性，減少混凝土的離析程度，并且對提高硬化輕骨料混凝土的后期強(qiáng)度具有非常明顯的作用。

（3） 配合比試驗(yàn)總結(jié)

通過試驗(yàn)結(jié)果及分析，結(jié)合原材料實(shí)際情況，調(diào)整確定以下配合比，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李勇，龍宇.淺談機(jī)制砂的生產(chǎn)及其在混凝土中的應(yīng)用 [J].福建建筑，2009，（12）：56-58.

[2] 郭玉順，丁建彤，木村熏，高性能輕骨料與普通輕骨料的性能比較[J]?；炷?，2000（6）：20-22.

作者簡介

李傳林（1982-），男，漢族，山東濟(jì)南人，本科學(xué)歷，山東潤昌園林科技有限公司 初級工程師，研究方向：市政公用。