高強混凝土的配合比設計

摘　要:介紹了高強混凝土配合比設計必須滿足的基本要求,闡述了水泥、骨料、高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉在高強混凝土中的作用,并提出了技術要求,對高強混凝土配合比的設計、試配和調(diào)整進行了論述。

關鍵詞:高強混凝土,配合比設計,水灰比

中圖分類號: TU528. 31 文獻標識碼:A

　　高強混凝土是指采用通用水泥、普通的砂石為原材料,使用一般的制作工藝,主要依靠摻加新型高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉,使新拌混凝土擁有良好的和易性,硬化后強度等級為C60 及其以上的混凝土。在道路與橋梁、隧道和工業(yè)與民用建筑等工程中應用高強混凝土,可以節(jié)約水泥用量,減少鋼筋用量,縮小結構物截面尺寸和提高混凝土的耐久性等。

1 　高強混凝土配合比設計的基本要求

　　1) 滿足結構物設計強度的要求。不論混凝土路面、橋梁或隧道等,在設計時都會對不同的結構部位提出不同的設計強度要求。為了保證結構物的可靠性,在設計混凝土配合比時,必須考慮到結構物的重要性、施工單位的施工水平等因素,采用一個比設計強度高的配制強度,才能滿足設計強度的要求。

　　2) 滿足高施工性的要求。高強混凝土大多用于大跨度橋梁、長隧道和高層鋼筋混凝土建筑物等中,這些建筑物配筋率大,混凝土澆筑困難,坍落度若小于15 cm ,施工很困難,故一般都采用18 cm 的坍落度。

　　3) 滿足高耐久性的要求。為了提高高強混凝土的抗碳化、抗?jié)B性、抗凍性、耐磨性和抗化學腐蝕性等,要求高強混凝土必須具有高耐久性。

　　4) 滿足經(jīng)濟的要求。在滿足高強度、高施工性和高耐久性的前提下,配合比設計中應盡量降低高價材料的用量,降低工程造價,同時,盡量減少配合比設計中的試驗次數(shù),降低試驗成本。

2 　高強混凝土的原材料

2. 1 　水泥

　　配制高強混凝土一般采用強度等級不小于42. 5 的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或特種水泥(球狀水泥、調(diào)粒水泥和活化水泥) 。水泥和摻加的礦物質(zhì)超細粉的總用量控制在500 kg/ m3 ～600 kg/ m3 范圍內(nèi)。

2. 2 　骨料

　　1) 骨料的品種應選擇硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、玄武巖等母巖的碎石為粗骨料;細骨料應選用河砂或碎石砂。2) 粗、細骨料的表觀密度應控制在2. 65 kg/ m3 以上;粗骨料的吸水率應低于1. 0 % ,細骨料的吸水率應低于2. 5 %。3) 粗骨料的壓碎值應低于10 % ,最大粒徑不應大于25 mm ,針片狀顆粒含量不宜大于5. 0 % ,含泥量不應大于0. 5 % ,泥塊含量不宜大于0. 2 %。4) 細骨料的細度模數(shù)宜大于2. 6 ,含泥量不應大于2. 0 %,泥塊含量不宜大于0. 5 %。

　　5) 粗、細骨料的級配必須良好,這樣可以提高混凝土的密實度,從而提高混凝土的和易性和硬化后混凝土的強度。

2. 3 　高效減水劑

　　高強混凝土中應摻加高效減水劑或緩凝高效減水劑,這樣就能在滿足施工要求的和易性條件下,顯著降低混凝土的用水量,降低水灰比,使混凝土更密實,從而提高硬化后混凝土的強度等。

2. 4 　超細礦物質(zhì)摻合料

　　高強混凝土常用的超細礦物質(zhì)摻合料主要有硅粉、磨細礦渣、粉煤灰和天然沸石粉等,其作用主要有:

1) 滾球潤滑作用;

2) 微集料作用;

3) 火山灰反應作用。

3 　高強混凝土的配合比設計

3. 1 　試配強度的確定

　　混凝土試配強度必須超過設計強度標準值,以滿足強度保證率的需要,我國現(xiàn)行行業(yè)標準J GJ 5522000 普通混凝土配合比設計規(guī)程中規(guī)定了普通混凝土強度的保證率為95 %時,混凝土的試配強度f cu , o與混凝土的設計強度標準值f cu , k之間的關系為f cu , o= f cu , k + 1. 645σ,而對高強混凝土沒有規(guī)定,按日本規(guī)范規(guī)定,配制高強混凝土的試配強度公式為:

f cu , o = ( f cu , k + T) + K1σ。

　　式中: f cu , o ———混凝土試配強度,MPa ;

　　　　f cu , k ———混凝土設計強度標準值,MPa ;

　　　　T ———溫度修正系數(shù),即不同氣溫下的強度修正值,一般為4 MPa～6 MPa ;

　　　　K1 ———常數(shù),取2. 0～2. 5 ;

　　　　σ———混凝土強度標準差,取3. 5 MPa。

3. 2 　水灰比W/ C

　　高強混凝土一般都要采取增密措施,水灰比一般在0. 4 以下,其強度變化規(guī)律已經(jīng)與鮑羅米公式相差較遠,它們的基準水灰比只能按現(xiàn)有試驗資料確定,然后通過試配予以調(diào)整。

3. 3 　單位用水量W

　　硬化后混凝土的強度通常與用水量成反比,因此,在施工和易性允許的條件下,混凝土的單位用水量應盡可能小。對于高強混凝土由于其骨料最大粒徑波動范圍很小為10 mm～25 mm ,坍落度波動范圍也很小為18 cm～21 cm ,每立方米混凝土單位用水量的取用見表1 。

表1 　混凝土單位用水量的取用

3. 4 　水泥用量C

　　由上述得到的水灰比W/ C 和單位用水量W ,可計算出水泥用量C = W/ ( W/ C) 。但應注意當水泥用量超過某一最佳值后,在等流動性下,混凝土強度將不會再提高。

3. 5 　超細礦物質(zhì)摻合料的種類與摻量

　　經(jīng)驗表明:硅粉、磨細礦渣和天然沸石粉可等量替代水泥。保持混凝土的單位用水量和坍落度不變,混凝土中以5 %～7 %的硅粉置換相應的水泥,強度提高10 %左右;以5 %～10 %的天然沸石粉置換相應的水泥,強度提高10 %左右;以25 %的磨細礦渣置換相應的水泥,強度也能提高10 %左右;而粉煤灰應采用超量取代法摻入,超量取代系數(shù)K = 1. 2～1. 4 ,也即以1. 2 kg～1. 4 kg的粉煤灰取代1. 0 kg 水泥,才能使28 d 強度與其準混凝土相同。

　　當超細礦物質(zhì)摻合料的摻入增加了膠凝材料的絕對體積時,應相應減少砂的用量。超細礦物質(zhì)摻合料若以復合形式摻加時,效果會更好。

3. 6 　粗骨料用量

　　在干燥搗實狀態(tài)條件下,每立方米混凝土的粗骨料體積含量為0. 4 m3 左右,即每立方米混凝土中的粗骨料為1 050 kg～1 100 kg。

3. 7 　砂率

　　由于高強混凝土中水泥漿體積相對較大,故砂率通常偏高。對于28 d 抗壓強度為60 MPa～120 MPa 的高強混凝土,砂率波動在34 %～39 %之間,且隨混凝土強度的增高,砂率呈減少的趨勢。

3. 8 　高效減水劑的品種和摻量

　　不同品牌的高效減水劑在與水泥和超細礦物質(zhì)摻合料的兼容性上相差很大,因此,對給定的水泥和超細礦物質(zhì)摻合料,需要通過試驗來選擇高效減水劑的品牌。高效減水劑的摻量增加,混

　　凝土單位用水量可相應減少,用水量的減少與高效減水劑的品牌和質(zhì)量有關。以固體用量計,高效減水劑的摻量為膠凝材料總重的0. 8 %～2. 0 %。

3. 9 　高強混凝土的試配與配合比調(diào)整

　　1) 試配。試配用的粗、細骨料稱量均以干燥狀態(tài)為基準,攪拌方法應盡量與施工時相同,試配時每盤混凝土的用量不應少于15 L 。

　　2) 和易性調(diào)整。當混凝土過于干硬,可逐漸增大高效減水劑或單位用水量的用量,直到滿足施工要求的和易性。

　　3) 強度檢驗。如果混凝土抗壓強度低于配制強度,可通過提高水泥強度或水泥用量、降低單位用水量和摻入超細礦物質(zhì)摻合料等來解決。

4 　結語

　　1) 高強混凝土應選用質(zhì)量穩(wěn)定、強度等級不低于42. 5 級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,每立方米混凝土中的膠凝材料總用量500 kg～600 kg。

　　2) 為了達到高強度,混凝土的水灰比一般要在0. 4 以下,這樣可使水泥石具有足夠的密實度。

　　3) 高效減水劑是高強混凝土不可缺少的組分,是降低混凝土水灰比的必須材料,摻量為膠凝材料總重的0. 8 %～2. 0 %。

　　4) 超細礦物質(zhì)摻合料是高強混凝土的功能組分之一。其可以調(diào)整水泥顆粒級配,起到增密、增塑、減水和火山灰效應,改善骨料界面效應,提高混凝土的強度。硅粉和天然沸石粉的適宜摻量約10 % ,磨細礦渣約25 % ,粉煤灰約32 %。

　　5) 混凝土隨粗骨料最大粒徑、針片狀顆粒含量和含泥量的減少混凝土強度會增大。配制高強混凝土的粗骨料最大粒徑不應大于25 mm ,針片狀顆粒含量不應大于5. 0 % ,含泥量不應大于0. 5 % ,每立方米混凝土中的粗骨料用量1 050 kg～1 100 kg。

　　6) 細集料中的含泥量、泥塊和顆粒較細都會加大混凝土的用水量和高效減水劑的用量,加大混凝土干縮,降低混凝土的強度。細集料的細度模數(shù)宜大于2. 6 ,含泥量不應大于2. 0 % ,砂率在34 %～39 %。

參考文獻:

[1]J GJ 5522000 ,普通混凝土配合比設計規(guī)程[ S] .

[2]馮乃謙. 高性能混凝土[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1996.

[3]朱大宇. 高性能混凝土施工技術[J ] . 建筑施工,2000 ,22 (5) :27229.

[4]嚴家亻及. 道路建筑材料(第三版) [M] . 北京:人民交通出版社,1996.