C100配合比設(shè)計(jì)全

C100配合比設(shè)計(jì)1試驗(yàn)原料1.1膠凝材料試驗(yàn)用膠凝材料為重慶產(chǎn)南海水泥、錦藝硅灰、珞電粉煤灰。具體數(shù)值見表1。1.2集料試驗(yàn)用石為重慶易世達(dá)產(chǎn)5～10mm和10～20mm兩檔破碎卵石，砂為洞庭湖II區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.72。石子均滿足GB/T14685—2011中級(jí)配范圍要求。但因石子2的含泥量和泥塊含量超標(biāo)，所以經(jīng)水沖洗、晾曬備用；經(jīng)過石子1、2復(fù)配，最終確定35：65時(shí)，其堆積密度最大，即空隙率最小。1.3減水劑減水劑為重慶三圣特種外加劑公司生產(chǎn)的PCA5型高效引氣減水劑，濃度為2096，折固0.2試驗(yàn)時(shí)，減水率在35～38％。2配合比設(shè)計(jì)2.1普通混凝土配合比設(shè)計(jì)高強(qiáng)混凝土由《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》乜3(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)前言中修訂的部分技術(shù)內(nèi)容：修訂了普通混凝土試配強(qiáng)度的計(jì)算公式和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；修訂了混凝土水膠比計(jì)算公式中的膠砂強(qiáng)度取值及回歸系數(shù)αa和αb；增加了高強(qiáng)混凝土試配強(qiáng)度計(jì)算公式；增加了高強(qiáng)混凝土水膠比、膠凝材料用量和砂率推薦表?，F(xiàn)根據(jù)修訂內(nèi)容，依照規(guī)程進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)：(1)配制強(qiáng)度在JGJ/T55—2000中，混凝土配制強(qiáng)度公式為：fcu,0≥fcu,k+1.645σJGJ/T55—2011中，混凝土配制強(qiáng)度公式修訂如下：①當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度小于C60時(shí)，配制強(qiáng)度按下式計(jì)算：fcu,0≥fcu,k+1.645σ②當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不小于C60時(shí)，配制強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：fcu,0≥1.15fcu,kfcu,0——混凝土配制強(qiáng)度(MPa)；fcu,k——混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，取混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)值(MPa)；σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)。根據(jù)修訂內(nèi)容可知，在高強(qiáng)度混凝土配合比設(shè)計(jì)中，已不再沿用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，而是直接取定1.15作為富裕系數(shù)。此種修訂的意義在于，將普通混凝土與高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)區(qū)分開來，更加科學(xué)、更具有針對(duì)性。(2)水膠比計(jì)算公式中的膠砂強(qiáng)度取值及回歸系數(shù)《規(guī)程》闡述，當(dāng)膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度值(fb)無實(shí)測(cè)值時(shí)，可按下式計(jì)算：fb=γfγsfce式中：γfγs——粉煤灰影響系數(shù)和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)。當(dāng)水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度(fce)無實(shí)測(cè)值時(shí)，可按下式計(jì)算：fce=γcfceg式中：γc——水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富裕系數(shù)；fceg——水泥強(qiáng)度等級(jí)值(MPa)。上述供述相關(guān)系數(shù)均可在《規(guī)程》中查閱，此處不予復(fù)述。經(jīng)對(duì)比觀察，表中系數(shù)實(shí)與礦物摻合料活性指數(shù)指標(biāo)意義相同，只是摻量比例由0～50％，且數(shù)值較各礦物摻合料I級(jí)指標(biāo)偏低。在高強(qiáng)混凝土中，硅灰摻入是非常必要而且有益強(qiáng)度增長(zhǎng)的。參考陳建奎教授在全計(jì)算法中引入的HPC計(jì)算配合比與美國(guó)HPC配合比對(duì)比表格中數(shù)據(jù)，故因此確定硅灰摻量為膠凝材料總量的7％。但在《規(guī)程》中并未引入硅灰的影響系數(shù)(γsi)，這對(duì)于依照《規(guī)程》進(jìn)行高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)是一大缺陷。根據(jù)硅灰活性指數(shù)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，得其活性指數(shù)為119％。此值的取得為硅灰摻量為10％情況，以硅灰對(duì)強(qiáng)度的119％貢獻(xiàn)率進(jìn)行插值計(jì)算，可得在硅灰摻量為7％時(shí)，其抗壓強(qiáng)度比約為113％。同樣，參考陳建奎教授相關(guān)文獻(xiàn)，將粉煤灰摻量定為膠凝材料總量的10％。該粉煤灰為I級(jí)灰，故粉煤灰影響系數(shù)1，r取規(guī)范上限0.95。因此膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度值(fb)公式可修正為：fb=γfγsifce經(jīng)計(jì)算得fb的值為(0.95×1.13×42.5×1.16)=53.1MPa。在JGJ/T55-2000的前言中，關(guān)于回歸系數(shù)修訂內(nèi)容闡述如下：“3.在全國(guó)六個(gè)大區(qū)進(jìn)行了大量的水泥和混凝土試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，與實(shí)施的水泥新標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，修改混凝土強(qiáng)度公式中的回歸系數(shù)αa(A)和αb(B)。”由此可見，回歸系數(shù)是隨著水泥生產(chǎn)工藝、砂石的開采工藝及混凝土現(xiàn)場(chǎng)的施工水平等相結(jié)合的變動(dòng)數(shù)據(jù)，具體數(shù)值詳見表3。根據(jù)已獲得的砂漿強(qiáng)度和與之對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)，結(jié)合如下水膠比公式：經(jīng)計(jì)算得水膠比為0.233。(3)混凝土的單位用水量和砂率《規(guī)程》指出當(dāng)水膠比在0.4～0.8范圍時(shí)，可按表5.2.1-1和表5.2.1-2選?。划?dāng)水膠比小于0.40時(shí)，可通過試驗(yàn)確定。本文按表5.2.1-2中90mm坍落度的用水量為基礎(chǔ)，按每增大20mm坍落度相應(yīng)增加5kg/m3用水量來計(jì)算，當(dāng)坍落度增大到180m以上時(shí)，隨坍落度相應(yīng)增加的用水量可減少，本文取4kg/m3。假定目標(biāo)坍落度為220mm，則未摻加減水劑的單位用水量為247kg/m3。因高膠凝材料總量，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，減水劑摻量定為3％，通過計(jì)算，用水量為148kg/m3。砂率可在《規(guī)程》表5.4.2的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20m、砂率增大1％的幅度予以調(diào)整。因表中水膠比最小為0.4，且觀察到碎石最大公稱粒徑20mm數(shù)據(jù)，隨水膠比每降低0.1，砂率的上下限均降低3％，故在此做大膽插值擬合，當(dāng)水膠比為0.2時(shí)，砂率取值范圍為23％～28％。假定拌合物的目標(biāo)坍落度為220mm，則其砂率中值為(25.5+(220—60)/20)=33.5％。采用內(nèi)插值法，可得水膠比為0.233時(shí)，其對(duì)應(yīng)的砂率為34.5％。(4)粗、細(xì)骨料用量因本文采用的為高效引氣減水劑，結(jié)合試拌結(jié)果，假定混凝土含氣量為2.5％，按照體積法進(jìn)行計(jì)算。綜上，計(jì)算得到的混凝土配合比為表4編號(hào)1。2．2全計(jì)算法計(jì)算高強(qiáng)混凝土相比于傳統(tǒng)的混凝土配合比設(shè)計(jì)以強(qiáng)度為基礎(chǔ)的半定量計(jì)算方法的缺陷，陳建奎教授提出的全計(jì)算配合比設(shè)計(jì)方法，以工作性、強(qiáng)度和耐久性為基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型，將傳統(tǒng)的漿體體積ve衍生為干砂漿體積Ves，進(jìn)而通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)準(zhǔn)確計(jì)算混凝土的用水量和砂率，并與水膠比定則相結(jié)合計(jì)算出混凝土各組份，使得配比計(jì)算更準(zhǔn)確、更快捷。2.2.1配合比全計(jì)算法設(shè)計(jì)步驟如下：2.2.2基于全計(jì)算法的C100混凝土配比設(shè)計(jì)減水劑摻量按照步驟6中的公式進(jìn)行計(jì)算，20％濃度的摻量為7.7％，與經(jīng)飽和度試驗(yàn)的3.0％摻量相差巨大。原因是減水劑的種類不同，機(jī)理和減水效果不同。礦物摻合料仍為7％硅灰和10％粉煤灰，由此計(jì)算得礦物摻合料占總膠凝材料的體積分?jǐn)?shù)x=21.2％。因在計(jì)算單位用水量時(shí)X對(duì)結(jié)果影響不大，故取全計(jì)算法中已有的x=20％公式進(jìn)行計(jì)算。(1)以JGJ/T55—2000系數(shù)計(jì)算因全計(jì)算法發(fā)表時(shí)間為2000年，故當(dāng)時(shí)的配合比計(jì)算均以JGJ/T55-2000中的回歸系數(shù)進(jìn)行，具體數(shù)值可參照表3。C100的全計(jì)算法配比為表4中編號(hào)2配合比。據(jù)PowersTC測(cè)定和計(jì)算，完全水化的水泥結(jié)合水量占水泥質(zhì)量的0.227。而編號(hào)2中的水膠比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此值，雖說未水化的水泥熟料顆粒填充于水泥石之間，可起到微集料效應(yīng)，但過低的水膠比會(huì)降低水化速率、影響水化程度，對(duì)早期和后期強(qiáng)度均有影響。由此可以判定2000中的回歸系數(shù)對(duì)于全計(jì)算法計(jì)算高強(qiáng)混凝土是不適用的，下面繼續(xù)探討2011中系數(shù)是否適用。(2)以JGJ/T55-2011系數(shù)計(jì)算全計(jì)算法在計(jì)算單位用水量時(shí)，引入了礦物摻合料比例這一概念。這是否是對(duì)以純水泥砂漿計(jì)算水膠比的一種修正?根據(jù)水膠比計(jì)算公式，現(xiàn)假定如下：1)假定“復(fù)合膠凝材砂漿強(qiáng)度”<“純水泥砂漿28d強(qiáng)度”，理論計(jì)算W/B偏大，則增大了這種強(qiáng)度損失。2)假定“復(fù)合膠凝材砂漿強(qiáng)度”>“純水泥砂漿28d強(qiáng)度”，理論計(jì)算W/B偏小，則進(jìn)一步保證了強(qiáng)度，但有可能造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。根據(jù)全計(jì)算法單位用水量公式，當(dāng)x=0，即不摻細(xì)摻料時(shí)：分別按照x=0.20％進(jìn)行配合比計(jì)算得表4中編號(hào)3、4配比。將配合比編號(hào)3、4對(duì)比，修正后的單位用水量較理論純水泥要小，這種修正，對(duì)于假定2是有益的，即在低W/B下，降低了單位用水量，從而降低膠凝材料總量。同時(shí)，經(jīng)過漿體體積計(jì)算，修正后仍滿足Ve>350條件，且更加經(jīng)濟(jì)。(3)水化活性因子引入雖采用2011《規(guī)程》中A、B回歸系數(shù)，但如此低的水膠比勢(shì)必與實(shí)際相矛盾，正因如此，韓建國(guó)教授引入水化活性因子概念對(duì)其進(jìn)行修正。因?yàn)樵贖PC中摻加了多種礦物摻合料，最常見的為硅灰和粉煤灰。因此需對(duì)水膠比定則作適當(dāng)修正，在水膠比公式中將二者對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響表征出來。具體公式如下：(4)綜合法在以《規(guī)程》進(jìn)行配合比計(jì)算時(shí)，其考慮到對(duì)因礦物摻合料引入而對(duì)砂漿28d強(qiáng)度的修正，但在全計(jì)算法計(jì)算水膠比時(shí)并未考慮?，F(xiàn)將其引入進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合之前按照《規(guī)程》的計(jì)算結(jié)果，水膠比為0.233，再按照全計(jì)算法進(jìn)行混凝土配比計(jì)算，得表4中6號(hào)配比。因編號(hào)5、6的配比極其接近，故只按照5號(hào)配比進(jìn)行試驗(yàn)。3結(jié)果與討論將上述編號(hào)1～5配合比進(jìn)行試拌，并成型測(cè)定強(qiáng)度。具體數(shù)值見表5。3.1普通混凝土配比設(shè)計(jì)方法延伸高強(qiáng)混凝土在高強(qiáng)混凝土中，硅灰的摻加是十分必要的，但在《規(guī)程》中并未體現(xiàn)，結(jié)合硅灰的活性指數(shù)，參考礦物摻合料影響系數(shù)的實(shí)質(zhì)含義，對(duì)硅灰的影響系數(shù)進(jìn)行插值內(nèi)推。同時(shí)，依照《規(guī)程》在普通混凝土配合比數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依照遞增梯度對(duì)混凝土單位用水量和砂率進(jìn)行大膽推導(dǎo)計(jì)算，探究其是否存在線性或接近線性關(guān)系。通過對(duì)試拌結(jié)果的分析，提出礦物摻合料對(duì)砂漿28d強(qiáng)度的影響是十分必要的。但單位用水量的確定是通過假定得來，較實(shí)際值偏大，故造成在相同水膠比情況下，膠凝材料總量偏高；同時(shí)，拌合物存在輕微離析現(xiàn)象，可見砂率的推算有些偏低；在試件破型后觀察，因離析造成的試塊勻質(zhì)性不佳，強(qiáng)度沒有達(dá)到配制要求。3.2全計(jì)算法計(jì)算高強(qiáng)混凝土經(jīng)過編號(hào)2與4的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同年代的回歸系數(shù)對(duì)水膠比的計(jì)算影響較大，應(yīng)選擇當(dāng)前階段的系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。編號(hào)2由于帶入JGJ/T55—2000中A、B系數(shù)，造成水膠比遠(yuǎn)小于最小完全水化值，造成水化速率和進(jìn)程偏低，使得強(qiáng)度沒有達(dá)到配制要求；同時(shí)，由于低的水膠比造成漿體粘稠，倒筒時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出要求范圍。編號(hào)4因A、B系數(shù)的修正，水膠比有所增大，但仍小于完全水化值。雖然其強(qiáng)度滿足C100混凝土的配制要求，但同樣，由于倒筒時(shí)間過長(zhǎng)而難以實(shí)現(xiàn)泵送。對(duì)比編號(hào)3、4強(qiáng)度，如文上所述，單位用水量經(jīng)礦物摻合料體積分?jǐn)?shù)的修正，對(duì)于基體強(qiáng)度大于水泥砂漿的條件，在保證強(qiáng)度基本不發(fā)生變化時(shí)，可以減少由膠凝材料用量的成本。觀察編號(hào)4至5的轉(zhuǎn)變，在引入水化活性因子后，水膠比隨之進(jìn)一步被放大，對(duì)比兩組的抗壓強(qiáng)度值，5號(hào)并沒有下降的趨勢(shì)，原因在于其剛好處在完全水化點(diǎn)附近，未水化的礦物摻合料仍能起到微集料效應(yīng)，使得水泥石的強(qiáng)度得以完全發(fā)揮；同時(shí)，較高的水膠比使得拌合物的粘稠度降低，體現(xiàn)出較好的可泵送性能。最終，對(duì)比編號(hào)1和5，水膠比分別為0.233和0.234，存在現(xiàn)驚人的相似，均證明了隨著礦物摻合料的摻加，傳統(tǒng)的水膠比定則應(yīng)進(jìn)行修正，且兩種方法的出發(fā)點(diǎn)相同，一個(gè)在于膠凝材料強(qiáng)度的修正，一個(gè)在于對(duì)初始水膠比的修正，