生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法淺析

孔先輝

（福建省永正工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，福建 福州 350012)

0 引言

生態(tài)混凝土一般以20mm～40mm 單粒級(jí)骨料作為骨架，再用水泥漿包裹形成的具有生態(tài)功能，并且能滿足生物生存的多孔混凝土。隨著環(huán)保理念的興起，生態(tài)混凝土在工程建設(shè)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景[1]。

現(xiàn)行建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)CECS361：2013[2]中并沒有明確的配合比設(shè)計(jì)方法，在一定程度上影響生態(tài)配合比設(shè)計(jì)工作。本文以透水混凝土路面設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，以某工程生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)為背景，驗(yàn)證該方法能否用于生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)。

1 生態(tài)混凝土設(shè)計(jì)方法

根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ/T135-2009[3]設(shè)計(jì)理論，以體積填充法為基礎(chǔ)，方法是將1m3混凝土中集料所占的體積作為已知條件，以設(shè)計(jì)空隙率為基礎(chǔ)，計(jì)算出漿體料所占體積，進(jìn)而計(jì)算出水和水泥的用量。本文生態(tài)混凝土配合比計(jì)算步驟如下：

1.1 確定粗集料用量

由式（1）確定粗集料用量：

1.2 確定膠結(jié)料漿體體積

由式（2）確定膠結(jié)料漿體體積：

1.3 確定水膠比

初步水膠比根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，取0.30 左右。

1.4 確定單位體積水泥用量

由式（3）確定水泥用量：

1.5 確定單位體積用水量

由式（4）確定用水量：

2 生態(tài)混凝土配合比的試配

2.1 原材料

（1）骨料：骨料選用20～40mm 碎石，其基本性能見表1。

表1 骨料性能檢測(cè)結(jié)果

（2）水泥：水泥選用P·O42.5 水泥，其基本性能見表2。

表2 水泥性能檢測(cè)結(jié)果

（3）外加劑：本次試驗(yàn)外加劑采用福建某某生態(tài)科技有限公司生產(chǎn)的生態(tài)混凝土專用鹽堿改良劑，摻量為用水量的1‰。

2.2 初步配合比

2.2.1 設(shè)計(jì)要求

本次生態(tài)混凝土用于生態(tài)護(hù)坡。在工程性能方面要求抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于5MPa；在生態(tài)性能方面要求孔隙率為25%～30%、生態(tài)孔徑（用穿透生態(tài)混凝土試件的標(biāo)準(zhǔn)砂量表示）不應(yīng)小于50%。

2.2.2 計(jì)算初步配合比

依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ55-2011[4]的要求，根據(jù)實(shí)際情況取配置強(qiáng)度11.6MPa；根據(jù)設(shè)計(jì)文件，取設(shè)計(jì)孔隙率26%、水膠比初步確定為0.30。

基于上述生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法并結(jié)合原材料檢測(cè)結(jié)果，得出初步配合比如表3。

表3 初步配合比

2.2.3 確定初步配合比

計(jì)算初步混凝土配合比后，對(duì)表3 數(shù)據(jù)進(jìn)行試拌并檢測(cè)其工作性。具體方法如下：將工程用粗骨料投入攪拌機(jī)中，加入本次配合比所需用水量的一半的水，攪拌均勻后加入水泥，繼續(xù)攪拌并陸續(xù)加入剩下的水，以混凝土表面漿料均勻、無流淌為止。

攪拌過程中發(fā)現(xiàn)骨料顆粒表面水泥漿過多，拌和物整體偏稀。采用壓制成型法成型一組試件，脫模后發(fā)現(xiàn)試件底部存在水泥漿液造成“封底”現(xiàn)象。

針對(duì)上述現(xiàn)象，推測(cè)是混凝土設(shè)計(jì)孔隙率偏小，導(dǎo)致混凝土拌和物中水泥膠結(jié)料漿體體積偏大造成上述現(xiàn)象，將設(shè)計(jì)孔隙率由26%調(diào)整至28%后再次進(jìn)行試拌，此次生態(tài)混凝土拌和物未出現(xiàn)上述情況，工作性能滿足要求，調(diào)整成功。

基于上述實(shí)拌實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)初步配合比進(jìn)行調(diào)整，具體配合比見表4。

表4 調(diào)整后初步配合比

2.3 試驗(yàn)室配合比

在初步配合比的基礎(chǔ)上，以初步配合比確定的水膠比為中間值，在保持水膠比間距相同的條件下，再提出一組稍高和一組稍低水膠比的另外兩組混凝土，通過檢測(cè)三組混凝土的工作性能及物理性能，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下建立水膠比與強(qiáng)度變化的工作曲線，以此確定出能確保混凝土強(qiáng)度滿足要求的水膠比，并計(jì)算出符合要求的配合比。

2.3.1 試驗(yàn)室配合比計(jì)算

以基準(zhǔn)配合比為基礎(chǔ)，以初步配合比確定的水膠比0.30 為中間值上下浮動(dòng)0.05，形成以B 組為基準(zhǔn)組的A、B、C 三組試驗(yàn)室配合比，見表5。

表5 試驗(yàn)室配合比計(jì)算

根據(jù)表5 數(shù)據(jù)拌制三組混凝土拌和物，分別進(jìn)行工作性能試驗(yàn)，各組混凝土的工作性能均滿足設(shè)計(jì)要求。三組混凝土分別成型，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)到試驗(yàn)齡期后進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。

2.3.2 性能檢測(cè)方法

（1）抗壓強(qiáng)度。本次生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081-2019[5]執(zhí)行。試塊的承壓面積為150mm×150mm，試驗(yàn)前1d 用水泥砂漿對(duì)混凝土承壓面進(jìn)行抹平處理，以減少應(yīng)力集中效應(yīng)對(duì)抗壓強(qiáng)度數(shù)值的影響。

（2）孔隙率。參照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T2542-2012[6]中的試驗(yàn)方法對(duì)生態(tài)混凝土孔隙率進(jìn)行測(cè)定。具體步驟如下：測(cè)量試件的長(zhǎng)寬高（L、B、H）。將試件浸入室溫水中，24h 后分別移入水中稱其懸浸質(zhì)量稱量結(jié)束后拿出試件，置于懸空的鋼絲網(wǎng)上瀝水一分鐘以上，然后用擰干濕毛巾輕輕擦去內(nèi)表面及外表面的水，立即稱其面干潮濕狀態(tài)質(zhì)量孔隙率按式（5）計(jì)算：

（3）生態(tài)孔徑。生態(tài)孔徑試驗(yàn)步驟如下：按設(shè)計(jì)配合比成型試件：試件為圓柱體，直徑185mm，高度100mm；用硬紙將試件封閉并保證結(jié)合緊密不透砂，硬紙應(yīng)高出試件不少于10mm；取一個(gè)孔徑大于5mm 的方孔篩將試件固定在篩上。取預(yù)先篩選出的2.5～5.0mm 的標(biāo)準(zhǔn)砂100g，置于試件表面上；依次將底盤、標(biāo)準(zhǔn)篩、試樣及盤蓋置于搖篩機(jī)上，搖篩5分鐘；搖篩結(jié)束后，稱量底盤中的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量并計(jì)算通過率。

2.3.3 檢測(cè)結(jié)果

采取上述方法分別對(duì)A、B、C 三組試件進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6 生態(tài)混凝土檢測(cè)結(jié)果

表6 試驗(yàn)結(jié)果表明，三組配合比試塊物理力學(xué)性能都能符合設(shè)計(jì)文件的要求，且水膠比對(duì)強(qiáng)度影響程度較大。基于表6 水膠比及抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)建立生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度-膠水比工作曲線，見圖1。

圖1 膠水比與強(qiáng)度工作曲線圖

由圖1 相關(guān)性公式y(tǒng)＝7.0077x-13.17 可以計(jì)算出，達(dá)到適配強(qiáng)度11.6MPa 要求時(shí)對(duì)應(yīng)的水膠比是3.535，換算成水膠比為0.28。這就是說，當(dāng)生態(tài)混凝土水膠比為0.28 時(shí)，此配合比能夠符合要求。

2.3.4 最終配合比

按照基準(zhǔn)配合比數(shù)據(jù)，以水膠比0.28 調(diào)整依據(jù)，確定的試驗(yàn)室配合比見表7。

表7 生態(tài)混凝土配合比

3 跟蹤檢查及性能驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該配合比設(shè)計(jì)思路的可靠性與可行性，配合比完成后在施工過程中對(duì)其進(jìn)行跟蹤，并在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土工作性能進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤觀察，同時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)成型的五組生態(tài)混凝土試件進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8 生態(tài)混凝土性能檢測(cè)結(jié)果

上述跟蹤檢查結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求，證明此次配合比設(shè)計(jì)是成功的，該生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)思路是合理可行的。

4 結(jié)束語

在本次試驗(yàn)過程中總結(jié)出以下特點(diǎn)：

（1）水膠比對(duì)生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較大。

（2）設(shè)計(jì)空隙率對(duì)生態(tài)混凝土拌和物工作性影響顯著。

（3）當(dāng)設(shè)計(jì)孔隙為28%，水膠比0.28 時(shí)，生態(tài)混凝土在施工條件下可以達(dá)到5MPa。

本文用透水混凝土相關(guān)設(shè)計(jì)理論作為指導(dǎo)思想，在生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行一系列的計(jì)算、調(diào)整、試驗(yàn)檢測(cè)，證明該生態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)理論的適用性。