基于工作性和經濟性的C30混凝土配合比設計試驗

吳康進（高州市星展混凝土有限公司）

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基于工作性和經濟性的C30混凝土配合比設計試驗

吳康進
（高州市星展混凝土有限公司）

【摘要】對膠凝材料組分進行優選試驗，根據砂漿水膠比及流動度結果，并結合漿骨比理論，對C30混凝土配合比進行設計，從工作性和經濟性角度對試驗結果進行優選，得到材料成本低、工作性能好的混凝土配合比。

【關鍵詞】工作性；經濟性；混凝土；配合比設計

1　引言

隨著混凝土技術的發展，越來越多的礦物摻合料和外加劑被廣泛使用，基于經驗方法的傳統配合比設計理論逐漸暴露出更多的缺陷［1-3］，如設計周期長、考慮因素變量少等；一些現代混凝土的配合比設計方法相繼出現，最為被人熟悉的有全計算法、基于耐久性設計方法、漿體撥開系數法等［4-7］，各自的優點及實用性也不盡相同。對于預拌混凝土企業來講，在滿足強度、工作性和耐久性基礎上，更為關注的是材料經濟成本。如何結合實際施工需求，簡單有效地設計出性能優異的混凝土，是混凝土行技術人員最為迫切解決的研究課題。本文將從工作性和經濟性角度，以C30混凝土為例，介紹一種嶄新的混凝土配合比設計方法，希望能夠起到借鑒作用。

2　試驗原材料

水泥：廣西平南水泥廠生產的華潤PII42.5R級水泥，其主要物理性能和化學成分分別如表1和表2所示：

表1　水泥的物理性能

表2　水泥與礦物摻合料的主要化學成分（%）

礦粉：唐山首鋼寶業鋼鐵公司S95級礦渣粉，密度2.92g/cm3，比表面積432m2/kg，活性指數103%。

粉煤灰：廣州發電廠生產的II級粉煤灰，密度2.27g/cm3，需水量比102%，燒失量2.1%。

聚羧酸緩凝高效減水劑：廣州市建科院生產的LMT-106改性聚羧酸緩凝低引氣型高性能減水劑，固含量為20.1%，減水率30.5%。

砂：廣州北江砂場生產的II區中砂，細度模數2.7，表觀密度為2630kg/m3，堆積密度1550kg/m3，含泥量0.3%，泥塊含量0.1%，氯離子含量0.004%。

碎石：采用5～20mm連續級配花崗巖碎石，由惠州市博羅縣石場提供，10～20mm反擊破石與5～10mm瓜米石按比例混合配制而成。

3　膠凝材料組分的選擇

根據GB/T 17671成型水泥膠砂，膠材用量450g，生產用河砂1200g，減水劑摻量1.8%，通過調節用水量，使砂漿流動度在190±5mm范圍，測定膠砂3d和28d強度，水泥、礦粉和粉煤灰比例及試驗結果如表3所示。

由表3可知，當水泥摻量較多時，膠砂早期強度較高，而膠砂28d強度主要由水泥+礦粉的總量來決定，除10#樣品外，膠砂28d抗壓強度大于44.0MPa時，水泥+礦粉總量均在75%和80%的配比范圍內；從用水量及流動度結果可以發現，除1、2號樣品外，用水量隨著粉煤灰摻量的增加而增大，這主要是受粉煤灰品質的影響，需水量比較大的緣故；膠砂強度基本與水膠比成反比，并非水泥用量越多膠砂強度越高，礦物摻和料與水泥顆粒級配的搭配合理也比較重要。

根據膠砂3d和28d強度以及膠凝材料經濟性，選取8、10、13和18號試樣作為初步膠凝材料組分。

表3　不同膠凝材料組分膠砂試件強度

4　混凝土配合比的優選

根據漿骨比理論，確定C30混凝土配合比漿體體積為0.285，摻入減水劑的混凝土含氣量為2.5%，膠凝材料看作一種復合型的水泥材料，其密度通過公式3-1和3-2計算，漿體體積公式如3-3所示，根據表3用水量及流動度確定混凝土水膠比，混凝土配比及和易性如表4所示。

從表4可以發現各編號混凝土和易性良好，具有較好的流動性能，C1和C2試樣水泥用量較多，1h擴展度損失較大，且隨粉煤灰摻量增多損失增大。C4試樣放置1h后有輕微泌水，主要是膠凝材料中礦粉的用量較大，保水性能減弱。

混凝土強度如圖1所示，從圖中可以看出，混凝土28d強度均滿足設計要求，強度最小的為C2，富余系數為1.39，C1和C3強度結果最優；3d和7d強度數據表明，水泥用量較大時混凝土早期強度較高，C1和C2均高于C3和C4試樣；C4早期強度較低，至28d齡期時強度高于C2，即混凝土強度最終與水泥+礦粉的用量有關，粉煤灰對混凝土的強度貢獻在90d之前作用較小。考慮施工過程混凝土的凝結時間，C2和C4適宜于澆筑大體積底板部位，C1和C3適宜于澆筑墻柱、梁板等早期強度要求較高的部位。

圖1　混凝土抗壓強度試驗結果

5　經濟性分析

綜合混凝土和易性及強度結果，可以得知，C1和C3為最優試配，考慮商品經濟性，設水泥價格為400元/噸，礦粉價格為260元/噸，粉煤灰價格為200元/噸，則C1單方混凝土膠凝材料成本為103元，C3單方混凝土膠凝材料成本為101元，C3為最優配比。可以發現，與傳統配合比設計方法相比較，在滿足和易性和力學性能的基準要求下，對材料成本的控制力度較好。

6　結論

表4　混凝土配合比及工作性能

⑴把膠凝材料看作一種復合水泥，對各組分的比例進行試驗，得出最佳比例，水泥+礦粉用量對28d強度影響較大，膠凝組分顆粒的級配也同樣重要；

⑵現代混凝土配合比設計力學性能應視為前提條件，而非設計的目標；混凝土配合比需根據施工部位進行設計，在滿足工作性基礎上，從商品經濟性角度對配合比進行優選，節省了材料成本。●

【參考文獻】

［1］馮乃謙.高性能混凝土［M］.北京：中國建筑工業出版社，1996.

［2］廉慧珍，李玉琳.當前混凝土配合比“設計”存在的問題——關于混凝土配合比選擇方法的討論之一［J］.混凝土，2009，3 （233）：1-5.

［3］馬保國，王信剛，李相國，等.高性能混凝土配合比設計及其存在的問題［J］.混凝土，2005，2（184）：12-15.

［4］陳建奎，王棟民.高性能混凝土配合比設計新法——全集算法［J］.硅酸鹽學報，2000，2：194-198.

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