絕對(duì)體積法在水工混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張正亞，嚴(yán)勇，王志華

（1.鄭州工商學(xué)院，河南鄭州451400；2.河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南鄭州450016）

絕對(duì)體積法在水工混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張正亞1，嚴(yán)勇2，王志華2

（1.鄭州工商學(xué)院，河南鄭州451400；2.河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南鄭州450016）

以某水利工程倒虹吸管身段混凝土的配合比設(shè)計(jì)為例，探討了絕對(duì)體積法在水工混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)例可以看出，采用絕對(duì)體積法進(jìn)行水工混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需含水量測(cè)定及換算，易于操作。且經(jīng)過(guò)檢測(cè)證明，該方法配比出的混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

絕對(duì)體積法；混凝土；配合比設(shè)計(jì)；粉煤灰

0 引言

水工混凝土原材料中一般都摻入摻和料。其中，粉煤灰的摻用最為普遍。使用一部分粉煤灰來(lái)取代部分水泥，不僅可以改善混凝土拌和物的和易性，降低水化熱，減少或避免溫度裂縫的產(chǎn)生，還可以減少水泥用量，降低成本。

水工混凝土配合比設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的最大區(qū)別是，骨料的含水狀態(tài)不同。傳統(tǒng)混凝土配合比設(shè)計(jì)所用骨料為絕對(duì)干燥狀態(tài)，而水工混凝土配合比設(shè)計(jì)所用骨料為飽和面干狀態(tài)。采用傳統(tǒng)方法對(duì)水工混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的骨料進(jìn)行含水量測(cè)定及換算，過(guò)程比較繁瑣［1～2］。筆者以某倒虹吸管身段混凝土為例，探討了絕對(duì)體積法在水工混凝土配合比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 原材料

該倒虹吸管身段混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，坍落度為70～90mm，施工方式為泵送，施工所用原材料為P·O42.5級(jí)水泥，Ⅰ級(jí)粉煤灰，聚羧酸高性能減水劑（HT－HPC），二級(jí)配碎石，人工中沙。該混凝土抗?jié)B等級(jí)為W6，抗凍等級(jí)為F150。

1.1 水泥

水泥采用衛(wèi)輝天瑞P·O42.5級(jí)水泥，其性能指標(biāo)見表1。

1.2 粉煤灰

粉煤灰采用鶴壁萬(wàn)和發(fā)電有限責(zé)任公司，Ⅱ級(jí)粉煤灰，摻量為20%，其性能指標(biāo)見表2。

表1 水泥性能指標(biāo)Tab.1 Performance index of cement

表2 粉煤灰性能指標(biāo)Tab.2 Performance index of fly ash

1.3 細(xì)骨料

細(xì)骨料采用輝縣市沙石料建材廠的人工中沙，其性能指標(biāo)見表3。

1.4 粗骨料

粗骨料采用衛(wèi)輝市唐莊鎮(zhèn)采石場(chǎng)的碎石，采用5～20mm和20～40mm二級(jí)配骨料，其性能指標(biāo)見表4。

表3 細(xì)骨料性能指標(biāo)Tab.3 Per formance index of fine aggregate

表4 粗骨料性能指標(biāo)Tab.4 Performance index of coarse aggregate

1.5 外加劑

外加劑采用山西黃騰化工有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑（HT－HPC液態(tài)），摻量為0.7%，其性能指標(biāo)見表5。

表5 外加劑性能指標(biāo)Tab.5 Performance index of additive

1.6 水

混凝土拌和水為當(dāng)?shù)仫嬘盟?/p>

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 混凝土配制強(qiáng)度

根據(jù)《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL／T5330－2005），水工混凝土多以90 d齡期的強(qiáng)度為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，回歸系數(shù)A和B的確定是以90 d齡期的混凝土強(qiáng)度資料為依據(jù)［3］。查表得：采用碎石和普通硅酸鹽水泥且粉煤灰摻量為20%時(shí)，回歸系數(shù)分別為A＝0.456，B＝0.543，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)率為131%。另外，水利水電工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同工程部位有不同的保證率要求，如大體積混凝土一般要求P為80%，體積較大的鋼筋混凝土工程要求P為85%～90%，薄壁結(jié)構(gòu)工程要求P為95%等。不同的保證率要求必須采用不同的t值。倒虹吸管身段選取強(qiáng)度保證率為95%，概率度系數(shù)為1.645，C30混凝土標(biāo)準(zhǔn)差為4.5。

混凝土配制強(qiáng)度按式（1）計(jì)算。

式中：fcu，k為混凝土設(shè)計(jì)齡期的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；fcu，0為混凝土配制強(qiáng)度，MPa；t為概率度系數(shù)；σ為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)度差，MPa。

經(jīng)計(jì)算，fcu，k，90d=30×131%=39.3 MPa，fcu，0，90d= 39.3+1.645×4.5=46.70MPa。

2.2 確定水膠比

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55－ 2011）中鮑羅米公式計(jì)算水膠比［4］。

倒虹吸管身段屬于水流沖刷部位，水膠比應(yīng)≤0.5。因此，初選水膠比為0.43。

2.3 用水量確定

根據(jù)《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL／T5330－2005），初選用水量為200 kg／m3，摻聚羧酸高性能減水劑減水率為28%，則用水量為W＝200×（1－28%）＝144 kg／m3。

2.4 膠凝材料用量

根據(jù)《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》（DL／T5055－2007）中相關(guān)規(guī)定，粉煤灰摻量為20%，則經(jīng)計(jì)算得水泥用量C＝268 kg／m3，粉煤灰用量F＝67 kg／m3。

2.5 確定沙率

根據(jù)《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL／T5330－2005），當(dāng)粗骨料采用碎石，且最大粒徑為40 mm，水膠比為0.43時(shí)，初選沙率為32%。

2.6 確定骨料用量［5］

粗骨料采用二級(jí)配碎石，其中小石（5～20mm）與中石（20～40mm）的質(zhì)量比為40∶60。此時(shí)，空隙率最小，振實(shí)后密度最大。下面用絕對(duì)體積法（引入沙石混合密度）計(jì)算各種材料用量。

（1）二級(jí)配粗骨料的加權(quán)飽和面干表觀密度ρ1。

粗細(xì)骨料總的加權(quán)飽和面干表觀密度為ρ2。

（2）單方混凝土中水泥、粉煤灰和水所占體積。

（3）單方混凝土中骨料所占體積。

（4）粗細(xì)骨料的總質(zhì)量。

（5）單方混凝土中粗細(xì)骨料用量分配。

其中，小石（5～20mm）用量為：1329.6×40%= 531.8 kg

2.7 確定聚羧酸高性能減水劑用量

聚羧酸高性能減水劑用量為：

（C+F）×0.7%=335×0.7%=2.345 kg

3 混凝土的試配調(diào)整

將以上計(jì)算所得配比進(jìn)行試驗(yàn)室試配，檢驗(yàn)是否滿足和易性要求。經(jīng)檢驗(yàn)并調(diào)整后得到基準(zhǔn)配合比如表6所示。

表6 基準(zhǔn)配合比Tab.6 Standard m ixture ratio

3.1 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

在膠凝材料一定的條件下，混凝土強(qiáng)度與膠水比呈線性關(guān)系。因此，在進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，采用3個(gè)不同的配合比。1個(gè)為基準(zhǔn)配合比，另外2個(gè)配合比的水膠比分別為0.35和0.45，沙率分別為30%和34%，用水量與基準(zhǔn)配合比相同。三組混凝土配比及試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 強(qiáng)度校核配比表Tab.7 Strength check ratio

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可得到混凝土抗壓強(qiáng)度與膠水比的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 膠水比與90d強(qiáng)度關(guān)系Fig.1 Relation of glue ratio and 90d strength

用作圖法求出與混凝土配制強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的水膠比為0.41。經(jīng)過(guò)調(diào)整后，符合設(shè)計(jì)要求的混凝土推薦配合比見表8。

3.2 抗凍及抗?jié)B性測(cè)定

按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（GB／T50082－2009）中關(guān)于抗?jié)B性和抗凍性的試驗(yàn)規(guī)定，測(cè)得推薦配合比的混凝土滿足抗?jié)B等級(jí)W6、抗凍等級(jí)F150的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)抽取試件檢測(cè)，絕對(duì)體積法配制的混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求?？梢?，應(yīng)用絕對(duì)體積法設(shè)計(jì)的配合比正確可行。但是，在采用絕對(duì)體積法配制水工混凝土?xí)r，對(duì)各種材料表觀密度的測(cè)定一定要準(zhǔn)確，對(duì)骨料加權(quán)密度計(jì)算方法概念要清晰，否則就容易出錯(cuò)。

表8 C30混凝土推薦配合比Tab.8 Recommend m ixture ratio of C30 concrete

［1］廉慧珍，李玉琳.當(dāng)前混凝土配合比“設(shè)計(jì)”存在的問(wèn)題［J］.混凝土，2009（3）：1－5.

［2］傅沛興.論混凝土配合比的合理設(shè)計(jì)方法［J］.建筑技術(shù)，2008（1）：50－55.

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

［4］JGJ55－2011，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［5］李道西，韓俊.基于簡(jiǎn)化的絕對(duì)體積法自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)研究［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014（5）：105－107.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

TU528.06

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.011

2016-06-06

張正亞（1979-），女，河南平頂山人，講師，碩士，主要從事混凝土材料的教學(xué)與研究工作。