混凝土配合比設(shè)計在試拌過程中控制要素

混凝土配合比設(shè)計在試拌過程中控制要素1影響混凝土工作性的因素評價混凝土拌合物工作性的指標主要是和易性。和易性是綜合了坍落度、黏聚性、保水性的指標。在混凝土配合比設(shè)計中拌合物的和易性經(jīng)常發(fā)生泌水、離析、砂石漿體分離、保水性差、抓地、粗骨料裸露等不良現(xiàn)象。在配合比設(shè)計過程中，針對這些不良現(xiàn)象，通常都有針對性的調(diào)整措施，減水劑在混凝土中的使用較普遍，尤其是高性能減水劑，0.1%的摻量調(diào)整都會對混凝土拌合物的工作性造成很大的改變，甚至發(fā)生不良現(xiàn)象。高性能減水劑的使用，在水泥相容性不友好的情況下，會造成很大的坍落度損失問題；高性能減水劑甚至會因環(huán)境溫濕度的不同造成拌合物工作性能的變化，比如在冬季，周圍環(huán)境以及原材料的溫度較低，這種情況下如果不提前對原材料進行調(diào)溫調(diào)濕，極大可能會導致混凝土拌合物的滯后泌水等不良現(xiàn)象，溫度低的情況下也會減弱水泥的水化反應(yīng)。除了高性能減水劑極易造成混凝土拌合物的工作性能變化外，以下因素也需要考慮：（1）單位用水量問題，用水量超過拌合物中保水的界限時，就會造成拌合物的泌水的問題。（2）砂石料的級配問題，配備不良時會極大地影響拌合物的和易性，造成漿石分離等不良現(xiàn)象。（3）砂率對拌合物的影響，適宜的砂率會形成最佳拌合物流動性狀態(tài)，砂率過小則不足以包裹砂石料，流動性降低，砂率過大，會影響混凝土后期力學耐久性能，甚至造成流動性降低。（4）水泥漿體的調(diào)整，在流動性不足的情況下，保持水膠比不變，增加水泥漿體用量能改善混凝土拌合物的和易性，而不至于過大地影響混凝土的強度。（5）摻合料對混凝土拌合物的影響，像粉煤灰的使用，能極大地改善混凝土拌合物的和易性，又不造成水泥的浪費。（6）粗集料的選擇上，像鵝卵石與碎石的使用也會造成和易性的差異問題。1.1原材料的特性水泥細度會影響混凝土拌合物的黏聚性和保水性，也影響單位用水量的多少；水泥中摻加礦料的多少、礦料的種類是不盡相同的，其分為普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥、火山灰水泥等，各種類水泥在其拌合物中工作性能有著不同表現(xiàn)。粗集料含量會影響混凝土拌合物的流動性，甚至影響粗集料的空隙率。比如用卵石配制的拌合物的流動性較碎石要好很多，有相關(guān)研究表明，集料中接近立方體形狀顆粒較多情況下且級配良好時，對其混凝土拌合物的流動性有較大的改善，同時對其黏聚性和保水性也有所改善。1.2單位用水量假設(shè)在拌合物各材料一定，且水灰比保持不變的情況下，單位用水量過少時，水泥漿就少，會造成集料顆粒間的黏結(jié)性差，拌合物的黏聚性下降，表現(xiàn)出離散狀態(tài)；反之，單位用水量過多時，集料顆粒浮在水泥漿中，減少了集料間的接觸，造成拌合物的流動性很大，顆粒較分散，同時造成后期混凝土產(chǎn)生較大的收縮裂縫，影響其結(jié)構(gòu)的耐久性。大量數(shù)據(jù)表明，熱膨脹系數(shù)與配合比用水量有關(guān)聯(lián)，基本是隨著用水量的增加而增加。因此，單從熱膨脹系數(shù)指標分析，用水量不宜過多，過多使用不僅會影響混凝土體積穩(wěn)定性，且對混凝土物理力學性能和耐久性能也有不利影響。熱膨脹系數(shù)與單位用水量關(guān)系。1.3水灰比影響混凝土強度的一個重要因素是水灰比。水灰比過小，其拌合物流動性較差，造成在混凝土成型過程中不密實，影響混凝土后期的強度和耐久性；水灰比過大，其拌合物流動性較大，會造成拌合物分散，粗集料裸露，嚴重影響混凝土后期強度和耐久性。1.4砂率在配合比設(shè)計調(diào)整過程中，假如水泥漿不變、砂率增加，會造成拌合物的流動性變小。因此，在拌合物中存在一個合理砂率，在水泥漿數(shù)量一定的情況下，使拌合物流動性最大的同時具有良好的黏聚性和保水性，此種狀態(tài)下的砂率定義為最佳砂率。拌合物流動性和砂率的相關(guān)規(guī)律如圖3所示。2影響混凝土強度的因素2.1水泥強度及水灰比影響混凝土強度的主要因素有水灰比、水泥強度等級等。相關(guān)規(guī)范中規(guī)定混凝土28d立方體試塊的強度與水泥強度和水灰比之間的關(guān)系如式（1）所示。fcu,28=αa×fce×(C/W－αb)（1）式中：fcu，28為28d齡期混凝土立方體抗壓強度，MPa；fce為水泥實際強度，MPa；C/W為水灰比倒數(shù)；αa、αb為與集料品種相關(guān)的統(tǒng)計回歸系數(shù)，通過試驗求得。2.2集料特性混凝土強度受集料的表面特征影響，混凝土配合比設(shè)計相同的情況下，卵石拌制的混凝土集料顆粒間的咬合摩阻性能不如碎石拌制的混凝土，直接體現(xiàn)出卵石拌制的強度低于碎石拌制的強度。2.3漿集比混凝土拌合物中，集料起到支撐骨架的作用，漿體起到流動潤滑的作用。在拌合物流動性差的情況下，可以考慮適當增大漿體用量。2.4養(yǎng)護條件混凝土試件在標養(yǎng)室中形成的強度和其齡期有著較明顯的聯(lián)系和規(guī)律，具體如圖4所示，通過混凝土早期的強度可以大概預知其后期的強度。相關(guān)研究表明，混凝土養(yǎng)生時間與混凝土滲透系數(shù)指標有直接聯(lián)系，滲透性能隨著養(yǎng)生時間的延長而降低，可見適當延長混凝土的養(yǎng)生時間有助于提高混凝土的耐久性，具體如圖5所示。2.5試驗條件相關(guān)試驗統(tǒng)計，同批混凝土成型試件，尺寸小的試件較尺寸大的試件強度高。因此，相關(guān)規(guī)范會針對該現(xiàn)象，尺寸小的試件強度乘于換算系數(shù)小于1；在進行強度試驗時，加載速率大的試件強度偏高，因此有關(guān)規(guī)范規(guī)定了不同強度試件的加載速率是不一樣的，具體見表1。2.6與外加劑的相容性隨著施工工藝對混凝土拌合物要求的提高，混凝土配合比中摻加各種功能的外加劑越來越普遍。傳統(tǒng)材料如水泥、砂子、石頭與外加劑相容性的要求也被提出。3混凝土配合比設(shè)計在試拌環(huán)節(jié)中控制要素3.1混凝土配合比調(diào)整依據(jù)（1）砂石含水率、含泥量、砂子細度模數(shù)或石子粒徑和級配發(fā)生顯著變化，影響到混凝土拌合物的性能。（2）膠凝材料需水量或與外加劑適應(yīng)性發(fā)生較大變化。（3）外加劑發(fā)生變化或是外加劑與混凝土原材料匹配性出現(xiàn)問題的情況。（4）其他未查明原因造成混凝土拌合物的工作性發(fā)生變化，不能滿足施工要求。3.2混凝土配合比調(diào)整的原則（1）查找原因，配合比調(diào)整時要有足夠的理由，嚴禁隨意調(diào)整配合比。（2）當混凝土拌合物和易性不良時，保持水膠比不變，去調(diào)整集料集配，增減漿體用量，謹慎調(diào)整外加劑摻量等。（3）混凝土配合比調(diào)整應(yīng)做好記錄，必要時應(yīng)取樣檢測。3.3混凝土配合比調(diào)整方法混凝土配合比調(diào)整方法具體見表2。3.4混凝土配合比設(shè)計在試拌過程中調(diào)整的范圍（1）原則上禁止對膠凝材料用量調(diào)整。（2）砂率在±2%的范圍內(nèi)調(diào)整。（3）外加劑的調(diào)整范圍不宜超過膠凝材料用量的±0.2%。（4）混凝土用水量調(diào)整不能超過10kg/m3。4結(jié)論（1）為了在試拌前得到一個安全可靠、經(jīng)濟合理的混凝土配合比，首先需要將粗集料的合成集配調(diào)整為相對最優(yōu)狀態(tài)，這樣可以節(jié)省水泥，還可以使混凝土在力學和耐久性上保持一個良好的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。（2）選用最佳砂率，砂子使用量能填充粗集料的空隙，適當提高砂率還能使混凝土拌合物的流動度增大，但是過大的砂率反而會造成混凝土拌合物的流動度減弱，增加水泥用量。（3）大流動混凝土配合比中如摻有高性能減水劑，在拌合物調(diào)試中不應(yīng)首先考慮通過外加劑去調(diào)試拌合物的狀態(tài)，因為很容易造成拌合物的滯后泌水離析等不良現(xiàn)象的發(fā)生。（4）當混凝土拌合物的流動性不符合設(shè)計要求時，應(yīng)該在保持水灰比不變的情況下，通過增減漿體用量來調(diào)配拌合物狀態(tài)，漿集比的合理選用不僅能夠在混凝土拌合物中起到潤滑作用，還能節(jié)省水泥用量。（5）針對干硬性混凝土配合比