(一)配合比设计的基本原理
根据前述配制高性能混凝土的技术路线,混凝土配合比设计的目标,是要确定能满足工程技术要求的各种材料用量,配合比设计原理与普通混凝土基本相同,仍然依据三大法则,但也有不同之处。
1. 水灰比(或灰水比)法则
水灰比法则是指混凝土强度与水泥强度成正比,与水灰比成反比,具体可用强度公式表示如根据这一法则确定水灰比,以保证混凝土的强度和耐久性,对高性能混凝土,由于将矿物细掺料当作胶结材的一部分因此计算的应该是水胶比(或胶水比)。
2. 最大密实度法则
该法则的基本思路是各项材料互相填充空隙,以达到混凝土密实度最大,换言之就是各项材料的密实体积总和等于1M
3绝对密实的混凝土,即:
V水泥+
V掺合料+
V砂+
V石+
V水+
V气 = 1M
3的混凝土。
根据这一法则可确定配合比中的浆集比与砂率,以确保混凝土的强度、耐久性与经济性。
3. 最小单位用水量法则
根据这一法则,可在水胶比一定及原材料一定的情况下,确定能满足混凝土工作性的最小用水量,这和普通混凝土中的恒用水量法则相似。
对高性能混凝土,由于骨料最大粒径和坍落度的波动范围很小,(分别是10~25mm与18~22cm),而且坍落度还可通过调整高效减水剂来控制,因此普通混凝土的恒用水量法则对高性能混凝土就不太适用,而改用最小单位用水量法则,但出发点两者是相同的。
根据上述三大法则,可以初步确定混凝土配合比中的水胶比、浆集比、砂率与最小单位用水量这四个最基本的参数,再通过一定的方法,根据经验和试配确定外加剂和掺合料的用量。
(二)配合比设计方法
由于高性能混凝土使用的原材料较多,技术要求较高,目前尚无统一的计算方法,各国都是根据本国的实际情况提出的设计方法,而且都是经验试验法,虽然各国的设计方法各种各样,但都遵循上述三大法则,所以方法并不重要,重要的是上述三大法则,这是基础,方法很多,下面只介绍一种常用的方法供参考。
该法也是一个经验—试验法,具体思路是将混凝土按密实体积分为两大部分:
胶结材料浆体 = 水泥 + 水 + 外加剂 + 掺合料
骨料基体 = 砂 + 石子
需要确定的参数为:水胶比、用水量、浆集比、砂率、外加剂掺量、掺合料掺量等6项。
具体可分三大步骤1. 先计算空白混凝土的初步配合比,2. 根据经验初步确定外加剂与细掺料的掺量,通过流动性的试验调整,和抗裂性的对比试验确定基准配合比,3. 再经过强度与耐久性试验调整,确定试验室理论配合比,最后通过含水率的换算确定施工配合比。
《送审稿》对混凝土配合比参数的限值提出了如下的要求
表9
结构类型
最低强度等级
最大水胶比
最小水泥用量kg/m3www.tmgc8.com
最低胶结材总量kg/m3
灌注桩
C30
0.39
275
400
承台,墩台,隧道,涵洞
C30
0.39
275
380
涵洞盖板
C30
0.38
275
360
支撑垫石
C40
0.38
275
360
挡土墙
C30
0.38
275
360
梁
C50
0.35
300
480
轨枕,轨枕板
C60
0.32
300
480
电杆,接触网支柱
C50~C55
0.32
300
480
管桩
C80
0.32
300
480
小型预制构件、块
C30
0.32
275
380
梁面防水保护层
C40
0.37
275
400
桥梁封端
C50
0.32
275
480
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(三)配制的三大技术关键
在配合比设计过程中两次试验调整是很重要的两个阶段,要解决好两次试验调整,必需掌握三大技术关键。
1. 合理使用各种外加剂的技术,包括外加剂的选用,各种外加剂间的复合,外加剂的最佳掺量,如何达到与水泥间的相容性良好,混凝土坍落度经时损失小的要求,可先确定不同的组合,通过与水泥的相容性对比试验,进行优选,因此相容性对比试验很关键。
2. 合理使用掺合料的技术,包括掺合料的选用,各种掺合料间的复合,掺合料的掺量,可选确定不同的方案,通过流动性,抗裂性,强度与耐久性对比试验,进行优选,其中流动性与抗裂性对比试验最关键。
3. 卓有成效地控制混凝土开裂和防裂的技术,包括原材料选用,水化热控制,配合比参数(水胶比,用水量)的控制,施工中温度的控制,养护措施的保证等,也是先确定几种方案,通过抗裂性对比试验进行优选。
因此为了能配制出优良的高性能混凝土,必需热练掌握这三大技术关键。
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