混凝土摻和料摻加比例的優化

王鳳俠

(承德市交通運輸局機械設備管理處　承德　067000)

混凝土摻和料摻加比例的優化

王鳳俠

(承德市交通運輸局機械設備管理處承德067000)

摘要降低成本的技術途徑很多，比較可行的也是歷年來行業內大力提倡的方法是，通過礦渣粉和粉煤灰的摻加來節約水泥。文中通過幾種不同的實施方法，使2種摻和料的摻加比例達到最優，從而在混凝土的質量達到標準要求的基礎上，最大限度地節約水泥，降低成本。

關鍵詞摻和料優化配合比摻加比例

由于競爭激烈，混凝土價格的增長空間變得很小。同時，原材料價格的不斷攀升給混凝土企業的生存又提出挑戰。因此，若想繼續占領市場，就得采取技術措施大力降低混凝土成本。為滿足早拆模的要求，配合比優化后，混凝土標準養護7d抗壓強度應達到設計強度等級的60%以上 ；坍落度、和易性滿足泵送要求；其他質量指標達到相關標準要求。

1確定方案

(1) 試驗方法的確定?；炷恋膶嶒灩ぷ魍爆嵍矣绊懸蛩囟?。為了簡化實驗程序、避開不利因素的影響，查閱資料后認為：在標準條件下，利用水泥膠砂實驗[1]可以達到既定目的(m膠結料)∶m(砂)∶m(水)=450∶1350∶225)。

(2) 原材料。原材料根據實際生產選取，具體見表1。

表1　原材料一覽表

膠結料的化學分析見表2。

表2　化學分析(質量分數)　%

(3) 實驗步驟。此次試驗分2步進行：①在標準條件下，得出水泥膠砂7d，28d強度(試件編號為S-0,下一試驗的試件編號為S-1，依此類推)，同時進行單獨摻加粉煤灰、礦渣粉的試驗，并對結果進行分析；②在第一步的基礎上進行 “雙摻”試驗，分析出此時的最佳摻加比例。

第一步試驗結果見表3。

表3　抗壓強度試驗結果表

參考文獻

[1]肖前慧.凍融環境多因素耦合作用混凝土結構耐久性研究[D].西安：西安建筑科技大學，2010.

[2]楊巧，李富民，姜蔚.環境作用與疲勞荷載耦合下混凝土結構性能劣化行為[J].徐州工程學院學報：自然科學版，2011(1):47-51.

[3]幕儒，孫偉.凍融循環與外部彎曲應力、鹽溶液復合作用下混凝土的耐久性與壽命預測[D].南京：東南大學，2000.

[4]朱張豐，楊楊.混凝土在荷載持續作用下的抗凍性能研究[D].杭州：浙江工業大學，2012.

[5]張小輝，何天淳.鋼纖維混凝土彎曲疲勞及其損傷特性和細觀強度研究[D].昆明：昆明理工大學，2001.

(4) 結果分析。由表3可見：①單摻粉煤灰時，在10%～30%區間內，摻量每增加10%，膠砂的7d抗壓強度下降近10%，30%以后降幅增加。28d抗壓強度類似；②單摻礦渣粉時，摻量大于20%后，膠砂的7d抗壓強度下降明顯。28d抗壓強度下降不明顯。

(5) 提出方案。根據以上結果分析和實際生產經驗，提出6種可能達到要求的“雙摻”方案，見表4。

表4　“雙摻”方案一覽表　%

(6) 各種方案的評估。針對以上6種情況，從試驗結果和成本2方面進行評估。試驗結果見表5。成本比較見表6。

表6　“雙摻”成本比較一覽表 　元

注：①水泥單價為345元/t、粉煤灰單價為98元/t、礦渣粉單價為160元/t；②為便于比較，表中數值已放大1 000倍。

(7) 確定最佳方案。由表6可見：隨著不同比例的摻加，成本呈下降趨勢，從中分析不出最佳方案。表5中，自方案4后抗壓強度下降明顯。因此，符合要求的是方案1～4。

總結以往生產經驗，最大限度地節約水泥、利用礦物摻和料對混凝土質量是有好處的。因而方案4，即粉煤灰摻量20%同時礦渣粉摻量30%(等量取代水泥)，是實現目標的最佳方案。

2混凝土試配流程

根據相關標準和方案4確定流程如下：計算理論混凝土配合比→試配→成品養護、試壓、結果分析→調整配合比→用于生產。根據此流程制定對策，見表7。

表7　對策表

3對策實施

3.1實施一

按照《普通混凝土配合比設計規程 》JGJ55-2000[2]的設計步驟以及方案4的摻加比例，以C30為設計強度等級，進行配合比計算。過程中，混凝土容重、坍落度要求、標準差、水泥實際強度、砂率、外加劑減水率等，都按照實際統計結果和實際經驗值選取。

最終配合比為：m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(粉煤灰)∶m(礦渣粉)∶m(外加劑)∶m(水)=185∶791∶1072∶74∶111∶7.39∶180

3.2實施二

準備原材料。除膠砂試驗中的膠凝材料外，砂為灤河II區中砂、石為灤河5～31.5mm卵石、外加劑為天津山海泵送劑SHJ。保證砂石為干燥狀態。每盤攪拌45L。保證計量精度和攪拌時間。

按照《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002[3]的要求測定坍落度為200～220mm、和易性良好、砂率適中、容重為(2 420±10)kg/m3。試件成型二(同時成型長期性與耐久性所需試件)，標準養護7 d和28 d，準備試驗。

3.3實施三

3.3.1抗壓強度試驗

按照《普通混凝土力學性能試驗方法》GB/T50081-2002[4]要求進行抗壓試驗。其間，7d試件試壓時，壓力機速度保持在0.3～0.5MPa/s；28d試件試壓時，壓力機速度保持在0.5～0.8MPa/s。結果見表8。

表8　抗壓強度一覽表　MPa

7d抗壓強度均值達到強度等級的65%，結果符合目標要求。

3.3.2長期性與耐久性試驗

按照《普通混凝土長期性能和耐久性性能試驗方法標準》GB/T50082-2009[5]的要求進行混凝土抗滲、抗凍、鋼筋銹蝕等試驗。每項試驗進行1次。試驗結果見表9。

表9　長期性與耐久性試驗結果一覽表

結果表明混凝土性能優良且符合標準要求。

3.3.3成本分析

原配合比為m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(粉煤灰)∶m(礦渣粉)∶m(外加劑)∶m(水)=262∶799∶1 060∶45∶70∶7.7∶180

計算單價：165.04 元/m3

現配合比為：m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(粉煤灰)∶m(礦渣粉)∶m(外加劑)∶m(水)=185∶791∶1 072∶74∶111∶7.4∶180

計算單價：146.29元 /m3

成本降低率為[(165.04-146.29)/165.04]×100%=11.4%>10%

成本降低滿足目標要求。

3.4實施四

配合比在實際應用之前應進行調整。

砂中含有15%～18%直徑在5～10mm卵石，生產時將其在石子用量中扣除。砂率按照工地要求和實際工程情況進行調整。

外加劑用量根據天氣情況、工程情況、路途情況適當進行調整。

用水量的控制方法主要是觀察混凝土坍落度。出機坍落度應保持在200～220mm之間。

4效果檢查

利用方案四的設計思路，計算出了其他強度等級混凝土的配合比，經試配后全部用于生產。

2006年3月至11月底為止，我攪拌站為富華新天地、承德市污水處理廠、承德市垃圾發電項目以及承鋼擴建工程等大工程，完成了C10～C50等不同強度等級、不同質量要求的混凝土逾40 000m3。期間，按照規范要求進行試驗并統計分析了實驗數據，得出結論認為：經優化后的混凝土質量合格率達100%，同時取得69.3萬元的經濟效益。

根據以往經驗可知，解決大體積混凝土水化熱問題的一個途徑是，大量摻加礦物摻和料。通過此次配合比的優化，我們找到了生產大體積混凝土時，在現有原材料情況下可行的礦物摻和料的摻加比例。在承德市富華新天地這棟樓房基礎施工時的應用就取得了成功，內外溫差平均18 ℃左右 ,沒有出現溫差裂縫。

5結語

混凝土摻和料的摻加比例對混凝土的強度和質量都有很大的影響，通過以上幾種方案的實施試驗和分析，粉煤灰摻量20%同時礦渣粉摻量30%(等量取代水泥)，是最佳摻配比例。實踐證明，按照這種摻加比例設計的混凝土配合比用于生產中，既能滿足混凝土和易性能、強度和耐久性能的要求，又能夠節約水泥，從而降低混凝土的成本，提高了經濟效益。

[1]CB/T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)[S].北京：中國標準出版社，1999.

[2]JGJ55-2011普通混凝土配合比設計規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]GB/T50080-2002普通混凝土拌和物性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[4]GB/T50081-2002普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[5]GB/T50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社,2009.

收稿日期：2014-09-23

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.050