關于混凝土配合比例的新探索

劉永豐

混凝土隨著材料科學的不斷發展,其用途也越來越廣泛,已到了跨行業、跨學科、互相滲透的非常廣泛的領域。混凝土配合比設計牽涉到幾個方面的內容:一要保證混凝土硬化后的強度和所要求的其他性能和耐久性;二要滿足施工工藝易于操作而又不遺留隱患的工作性;三是在符合上述兩項要求下選用合適的材料和計算各種材料用量;四是對上述設計的結果進行試配、調整,使之達到工程的要求;五是達到上述要求的同時,設法降低成本。

普通混凝土是由水泥、水、砂、石四種材料組成的,混凝土配合比設計就是解決4種材料用量的3個比例,即水灰比、砂率、膠骨比(膠凝體與骨料的比例)。

根據筆者的觀察和較深入的了解,認為混凝土在配合比設計方面應注意以下幾個問題:1.配合比設計前的準備工作應充分;2.區分數理統計及非數理統計方法評定混凝土強度的不同;3.生產配合比的調整及施工中的控制;4.在保證質量的前提下,應注重經濟效益。

一、配合比設計前的準備工作應充分

在配合比設計前,設計人員要做好下列工作:

1.掌握設計圖紙對混凝土結構的全部要求,重點是各種強度和耐久性要求及結構件截面的大小、鋼筋布置的疏密,以考慮采用水泥品種及石子粒徑的大小等參數。

2.了解是否有特殊性能要求,便于決定所用水泥的品種和粗骨料粒徑的大小。

3.了解施工工藝,如輸送、澆筑的措施,使用機械化的程度,主要是對工作性和凝結時間的要求,便于選用外加劑及其摻量。

二、區分數理統計及非數理統計方法評定混凝土強度的不同

根據《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55—2000),混凝土配制強度應按下式計算:

fcu,0≥fcu,k+1.645σ(1)

式中:fcu,0—混凝土配制強度(MPa);

fcu,k—混凝土立方體抗壓強度標準值(MPa);

σ—混凝土強度標準差(MPa)。施工單位自己的歷年統計資料確定,無歷史資料時應按現行國家標準《混凝土結構工程施工質量驗收規范》(GB50204-2002)的規定取用(高于C35,σ=6.0MPa)。

根據此公式,40#砼(以40#砼為例)的配制強度為:

fcu,0≥40+1.645x6.0=49.9MPa(2)

在正常情況下,(2)式可以采用等號,但當現場條件與試驗條件有顯著差異時,或重要工程對混凝土有特殊要求時,或30級及其以下強度混凝土在工程驗收采用非數理統計方法評定時,則應采用大于號。

《公路工程質量檢驗評定標準》(JTJ?071-98)中對水泥混凝土抗壓強度合格標準的評定方法分數理統計和非數理統計兩種。下面著重比較采用數理統計和非數理統計方法評定的差異之處。

1.采用數理統計方法評定

試件≥10組時,應以數理統計方法按下述條件評定:

Rn-K1Sn≥0.9R(3)

Rmin≥K2R(4)

式中:n—同批混凝土試件組數;

Rn—同批幾組試件強度的平均值;

Sn—同批幾組試件強度的標準差(MPa),當Sn<0.06R時,取Sn=0.06R;

R—混凝土設計強度等級(或標號)(MPa);

Rmin—n組試件中強度最低一組的值(MPa);

k1,k2——合格判定系數。

由公式(3)、(4)可計算得(假定試件組數為10~14組):

0.9R=0.9x40=36.0MPa,?K2R=0.9R=36.0MPa.

據此反推:Rn≥0.9R+k1Sn=36.0+1.70x2.4=40.1MPa,因此,只要該批試件的平均強度大于等于40.1MPa,且Rmin≥36.0MPa,即可判定為合格。

2.采用非數理統計方法評定

試件少于10組時,可用非統計方法按下述條件進行評定:

Rn≥1.15R(5)

Rmin≥0.95R(6)

式中字母含義同數理統計公式。

若公式(5)、(6)評定,則合格的條件為:

Rn≥1.15x40=46.0MPa

Rmin≥0.95x40=38.0MPa

從兩種評定方法來看,最低值Rmin均易于保證,但后者的平均值比前者高出46-40.1=5.9MPa,這就正好對應了《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ?55—2000)中“3.0.2遇到下列情況時應提高混凝土配制強度:……C30級及其以上強度等級的混凝土,采用非統計方法評時”。

在實際工程中,由于結構部位的不同,往往要求不同的評定方法,但很多單位僅按數理統計的方法進行混凝土配合比設計,導致實際試配強度均達不到49.9MPa。對于一般單位而言,在一個工程中通常只有混凝土配合比,加之管理不到位,也往往用于要求非數理統計的工程部位,結果只能出現砼強度達不到設計要求的后果。

三、生產配合比的調整及施工中的控制

在生產配合比的調整及施工控制中應注意出現以下問題:

1.嚴格控制混凝土施工時的用水量:在實際行產中,操作者為方便施工,往往追求較大的坍落度,擅自增加用水量而不管強度是否能達到要求;再加上現場質檢人員的管理不到位,對水灰比缺少嚴格的控制等原因,均使混凝土實際用水量大于理論用水量,從而導致砼強度的降低。

防治措施:加大質檢抽查力度,控制操作者不得隨意增加用水量;若發現混凝土工作性能較差,操作者應及時向試驗員反饋實際情況,經試驗員現場查找原因、分析情況后采取相應對策,并按試驗員的指令調整配合比;現場質檢人員也應按規范要求經常檢查混凝土的質量動態信息,及時進行調整,確保混凝土按要求進行施工。

2.調整生產配合比時,應準確測量生產現場砂、石的實際含水量:經到現場檢查和了解,有部分試驗人員沒有按規定要求準確測量,而是采用目測法來估計砂、石的實際含水量,這樣做會導致生產配合比不準確。

防治措施:砂、石中若含泥量超標,應在混凝土澆筑前三天沖洗完畢,并應在施工前按規范要求取樣并準確測量砂、石的實際含水量,調整施工配合比以從用水量中扣除含水量,補回砂、石量,嚴禁邊沖洗邊拌制混凝土。

3.砂、石材料應準確計量:不少施工單位在生產時,第一車砂、石用磅秤一下,隨后就采用在小推車上畫線的辦法來控制重量,從而導致了砂、石材料的用量偏差。

防治措施:有條件的單位盡量采用混凝土拌和樓,利用電腦準確計量;若實在沒有,應不怕麻煩,堅持每車過磅,以控制材料用量。□

(編輯/李舶)