混凝土配合比設計為什么這樣難?

日期:2017-11-13  編輯:MyINATRO
       混凝土配合比設計是混凝土技術人員十分關注的內容,是混凝土技術的重要組成部分,也是技術人員的核心技術能力體現。所謂的“混凝土配合比設計”就是按照要配制的混凝土性能要求,各種原材料按照某種比例要求使各種原材料的相互配合,相互影響,最終達到各組分的調整引起混凝土性能“質”的變化。
       在混凝土企業生產過程中不單單是從C10~C60這11個配合比,如果考慮到上述多種因素,混凝土配合比將多達上百個,如,強度等級為C30的混凝土配合比C30梁板柱、C30道路、C30鉆孔樁、C30大體積、C30斜屋面、C30細石等多達6個以上,再加上滿足抗滲、自密實等不同性能要求的C30混凝土。再加上根據季節和氣溫變化調整的配合比就更多,此外,還要根據原材料的動態變化調整混凝土配合比,任何一種原材料的異常變化,都可能使制備的混凝土性能產生較大波動,可謂“牽一發而動全身”。因此,在進行混凝土配合比設計時,要考慮的問題不僅僅考慮原材料的因素,還要考慮混凝土工程的結構特點,施工工藝,氣候溫度,運輸距離等因素,涉及的問題多達10余個相關因素,其中的復雜性,只有常年直接從事生產一線的技術人員才能體會得到。混凝土配合比設計也是入門不難,真正弄懂混凝土配合比設計的特點,做到在任何復雜的情況下,既保證質量,又能降低成本,的確是一件不容易的事。

(一)混凝土工作性

1)外加劑摻量

       現在商品混凝土中普遍使用外加劑,外加劑可以改善混凝土的工作性和勻質性,提高混凝土的密實性,降低水膠比,提高強度。在配合比設計時,一定要充分了解外加劑的性能和減水率,選擇事宜的外加劑摻量。外加劑摻量不宜過低,摻量過低造成混凝土流動性差、保坍性差,施工過程中不易振搗密實,容易出現空洞、蜂窩和麻面。但外加劑摻量也不宜過高,摻量過高會造成混凝土離析、泌水現象,分層嚴重破壞混凝土的勻質性,造成混凝土穩定性差,甚至出現長時間緩凝現象。因此,在混凝土配合比設計時,根據混凝土工作性要求,選擇合適的外加劑摻量以獲得適宜工作性且勻質性良好的混凝土。

2)用水量

       傳統的混凝土沒有使用減水劑,提高用水量是實現增加坍落度的有效手段。而如今混凝土普遍使用外加劑,改變混凝土坍落度的大小不在依靠用水量,通過改變外加劑摻量就可以實現混凝土坍落度的調整,即使在用水量很低的情況下也可以獲得滿意的坍落度,換句話說,用水量不在是實現混凝土坍落度的調整的唯一手段。但用水量也不是越低越好,在水膠比一定的情況下,隨著用水量的降低,膠凝材料用量也隨之減少。從配合比設計的經濟性考慮,用水量越低,膠凝材料用量越少,混凝土經濟性能越好。但在混凝土拌合物中骨料的表面需要漿體的包裹、潤滑克服顆粒間的摩擦力,包裹在骨料表面的漿體越厚越利于改善混凝土的工作性,但漿體也不宜過多,過多會造成混凝土穩定性差,收縮大,不利于混凝土耐久性,也不利于混凝土配合比設計的經濟性原則。因此,為了滿足混凝土工作性要求,需要有適宜的漿體,用水量不是越低越好,也不是越高越好,要保持與工作性適宜的用水量。

3)砂率

        砂率的變動,會使骨料的空隙率和骨料的總表面積有顯著改變,因而對混凝土拌合物的工作性產生顯著的影響。石子在混合物中起骨架的作用,而漿體、砂子是充填骨料,漿體包裹著砂、石使其均勻分布處于懸浮狀態,不發生分層、離析,這樣,才能使混凝土具有良好的工作性。

        如果砂率過大,骨料的總表面積及空隙率都會增大,在漿體含量不變的情況下,相對地漿體顯得少了,減弱了漿體的潤滑作用,導致混凝土拌合物的流動性降低,影響混凝土拌合物的工作性,在施工過程中影響混凝土的澆筑質量和強度,進而影響結構物的承載力。如果砂率過小,又不能保證粗骨料之間有足夠的砂漿層,也會降低混凝土拌合物的流動性,并嚴重影響其粘聚性和保水性,在混凝土的澆筑過程中容易造成離析、流漿現象。因此,砂率既不能過大,也不能過小,應有一個合理值稱為合理砂率。當砂率適宜時,砂不但填滿石子間的空隙,而且還能保證粗骨料間有一定厚度的砂漿層,以減少粗骨料間的摩擦阻力,使混凝土拌合物有較好的流動性。采用合理砂率時,在有相同坍落度的情況下,能使混凝土拌合物獲得所要求的流動性及良好的粘聚性和保水性,而使水泥用量為最少,也就是說混凝土拌合物中合理的砂率可以節約膠凝材料用量,降低成本。在配置混凝土時,合理砂率可通過試驗、計算、查表等方法確定。

4)存放時間和環境溫度

        攪拌后的混凝土拌合物,隨著時間的延長而逐漸變得干稠,坍落度減小,工作性變差。其原因是一部分水已與水泥水化,一部分水被骨料吸收,一部分水蒸發,以及混凝土凝聚結構的逐漸形成,致使混凝土拌合物的流動性變差,主要表現在混凝土的運輸時間、澆筑時間、振搗時間上。

        混凝土拌合物的工作性也受溫度的影響。因為環境溫度升高,水分蒸發及水化反應加快,相應使流動性降低,坍落度損失加快,影響混凝土的澆筑質量。因此施工中為保證混凝土的工作性,必須注意環境溫度的變化,采用相應的攪拌和養護措施。混凝土拌合物從攪拌機中卸出到澆筑完畢延續時間與溫度的控制要符合試驗要求:澆筑混凝土時的溫度低于25℃時,混凝土的澆筑時間易控制在2h以內,如果高于25℃時,易控制在90min,以免影響混凝土拌合物的工作性,而影響到混凝土的澆筑質量。

另外攪拌時間也會對混凝土拌和物的工作性有影響,攪拌時間不足,攪拌不均勻,拌和物的工作性就差,同時也會影響混凝土的質量。

(二)強度

       盡管混凝土強度的高低不再是衡量混凝土質量好壞的唯一指標,強度是保證混凝土結構工作的重要保證。影響混凝土強度的因素很多,主要要以下幾種。

1)膠凝材料強度與水膠比

       膠凝材料強度的高低與水泥性能、礦物摻合料品種以及摻加比例有很好的相關性,在水膠比一定的情況下,膠凝材料強度可以通過改變水泥與礦物摻合料摻量來調整,膠凝材料強度直接決定混凝土的強度;在膠凝材料使用比例不變的情況下,即膠凝材料強度不變,可以通過改變水膠比來改變混凝土強度,水膠比越小,混凝土強度越高。由此可見,在配合比設計時,調整某一特定齡期(一般指28d)的混凝土強度,可以通過改變水膠比或者改變膠凝材料強度(即改變水泥和摻合料的比例)來實現。

2)骨料的種類

      水泥石與骨料的粘結強度取決于骨料的表面狀況,一般來說,骨料表面光滑,水泥石與骨料粘結強度差,混凝土強度也偏低。相反骨料表面粗糙可以增強水泥石與骨料之間的粘結強度,提高混凝土強度。從骨料的表面狀況來看,水膠比和膠凝材料相同時,使用碎石的混凝土強度一般高于卵石混凝土的強度。卵石圓滑,比表面積小,表面吸附水較少,再加上卵石表面光滑,骨料間摩擦力小。碎石多棱角,比表面積大,表面吸附水相對較多,再加上碎石表面粗糙,骨料間摩擦力大。一般來說,在用水量不變的情況下碎石混凝土的坍落度和擴展度小于卵石混凝土的坍落度和擴展度,也就是說在坍落度相同的情況下,卵石的用水量低于碎石的用水量。因此,在使用卵石配制混凝土時,應充分利用其改善混凝土工作性的優點,在保持工作性不變的情況下,降低用水量(即降低水膠比),來彌補粘結強度弱的弱點。此外,選擇骨料時還須注意骨料最大粒徑。

(三)耐久性

        目前,提高混凝土耐久性主要是降低用水量和膠凝材料用量,選用合適的礦物摻合料以及外加劑降低內部毛細孔,增強界面的黏結性等方面考慮。要實現混凝土配制時減少拌合水與水泥漿量,技術途徑主要有:①選用良好級配和粒形的粗骨料;②摻加減水劑;③摻加低需水量比的礦物摻合料。

1)耐久性對膠凝材料的要求

       在混凝土膠凝材料體系中,摻加礦物摻合料可以提高混凝土結構的化學穩定性和抵抗化學侵蝕的能力,降低內部缺陷,提高密實性

2)增強界面的黏結性

       粗骨料顆粒和水泥漿體之間存在過渡區,漿骨界面是整個混凝土結構中的薄弱環節,強化骨料與水泥漿界面黏結是提高耐久性的重要措施。降低水泥用量、增加礦物摻合料的方式可以有效降低界面水膠比,提高密實性,減少氫氧化鈣富集現象。

3)合理選擇水泥品種

        般來說,C3A含量越高的水泥越容易開裂。因此,應避免使用C3A和堿含量高的水泥。我國開發有中熱、低熱、高貝利特等特種水泥,具有低水化熱、高抗裂、高耐久的特點。

4)降低毛細孔滲透性

       毛細孔的滲透性越強,對混凝土的耐久性危害越大。降低拌合水量,摻加礦物摻合料能夠使孔隙變細且減少,能有效降低電通量和氯離子擴散系數。

5)摻用引氣劑

       在混凝土中使用引氣劑,一方面引入微小封閉氣泡,不僅可以有效提高混凝土抗滲性、抗凍性;另一方面可以明顯提高混凝土抗凍性和抗化學侵蝕能力。混凝土中的引入達到微小氣泡可以緩解部分內部應力,抑制裂紋生成和擴展。引氣劑還可以明顯改善混凝土的和易性,提高混凝土的勻質性。

6)防止鋼筋銹蝕

       碳化和氯鹽侵蝕是混凝土中鋼筋腐蝕的主要原因,對混凝土耐久性危害最大。要嚴格控制混凝土骨料、拌合水中的氯離子含量,防止含氯鹽混凝土碳化時氯離子向鋼筋表面富集加速鋼筋腐蝕。此外,還要提高混凝土密實度,降低氯離子滲透量和混凝土碳化速度,防止碳化引起的鋼筋腐蝕。

(四)經濟性

       經濟性原則是配合比設計時要考慮的重要原則,如何降低成本,實現混凝土的經濟性能是配合比技術人員必須思考的問題。

1)采用礦物摻合料雙摻、多摻技術

       利用礦物摻合料與水泥在價格上的差異,采用礦物摻合料雙摻、多摻技術設計配合比是實現混凝土經濟性的重要手段。商品混凝土設計時采用礦物摻合料雙摻、多摻技術,有利于不同摻合料的性能相互疊加,發揮出良好的綜合效應。但商品混凝土配合比設計時,應充分考慮各種摻合料獨特的作用和特點,應根據工程、氣候溫度等因素合理選用礦物摻合料品種和摻量,不能單純為了降低成本而一味地增加礦物摻合料的摻量。

2)改善骨料級配降低空隙率

       混凝土是由漿體體積填充骨料形成的空隙形成的密實結構,骨料的空隙率是有細骨料的空隙率乘以粗骨料的空隙率得到的。漿體體積的用量是混凝土經濟性的直接影響因素,漿體用量越高,混凝土的經濟性越差。降低骨料的空隙率是實現降低漿體用量的有效手段,在配合比設計時,應通過不同粒徑(細度模數)的骨料復配技術,降低骨料的空隙率。

3)采用新技術、新材料


      隨著混凝土技術的進步和發展,新技術、新工藝和新材料不斷涌現,在配合比設計時運用新技術,采用新材料降低混凝土的成本,也是實現經濟性的一種重要手段。例如,選用增效劑(強效劑、減膠劑等)降低膠凝材料用量,提高混凝土的經濟性。選用引氣型高效減水劑適當提高混凝土含氣量,改善混凝土和易性,降低漿體用量。
                                                                                                                                                         來自《砼話》

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