公路工程高性能水泥混凝土配合比設計優(yōu)化分析

李晉

摘要 為充分發(fā)揮公路工程試驗工作指導生產(chǎn)和控制質量的關鍵作用，規(guī)范標準配合比設計和施工配合比的優(yōu)化調整行為，提升水泥混凝土生產(chǎn)過程管理水平，實現(xiàn)提質降本增效，文章對水泥混凝土配合比優(yōu)化調整的強制要求進行分析。研究表明，標準配合比設計時應充分考慮項目部的實際管理水平、工藝水平、材料質量及設備能力等情況，合理確定混凝土試配強度，對混凝土強度試驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計實施分析。

關鍵詞 水泥混凝土；配合比設計；優(yōu)化

中圖分類號 TU528文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0024-03

0 引言

在優(yōu)化調整混凝土配合比設計時，應熟知每一個試驗配合比的設計意圖，嚴密監(jiān)控各種變化因素，在不違背原配比設計原則的前提下，及時準確地采取相應對策，才能更有利于水泥混凝土穩(wěn)定生產(chǎn)，確保質量均衡。在標準配合比設計階段，當項目部計劃使用的原材料涉及多個料源廠家時至少準備2個不同的配合比設計；當材料發(fā)生變化時，應及時更換配合比，避免影響施工進度[1-3]。

1 水泥混凝土配合比設計優(yōu)化

高性能混凝土的特點是采用低水膠比的同時，選用優(yōu)質原料且摻入礦物摻和料和高效外加劑[4-6]。

（1）在混凝土標準配合比和施工配合比設計過程中要充分考慮構件外觀質量。

提高混凝土和易性、黏聚性可從骨料級配、砂率、膠凝材料用量等方面入手，減少離析和泌水。當混凝土出現(xiàn)蜂窩、氣泡、水波紋、鱗狀色斑、孔洞等質量缺陷時，在排除模板、澆筑、振搗、養(yǎng)護等施工因素后[7-9]，配合比可參照表1的解決方法，根據(jù)優(yōu)先級進行調整。

表1 高性能水泥混凝土質量的缺陷及解決方法

序號 質量缺陷 解決方法

1 蜂窩 ①提高漿集比；②提高砂率。

2 水波紋 ①核查實際用水量；

②調整外加劑用量或配方，提高黏聚性。

3 鱗狀色斑 ①提高漿集比；

②調整外加劑用量或配方，提高黏聚性。

4 孔洞 ①提高漿集比和砂率；②優(yōu)化級配。

5 氣泡 ①核查細集料含泥量和石粉含量；

②調整外加劑用量，降低振動黏度。

（2）集料的控制。細集料含泥量、石粉含量較標準配合比增大時，通過增加減水劑用量或降低砂率來改善混凝土拌和物工作性。當減水劑調整范圍達到膠凝材料總量的±0.2%仍無法滿足拌和物工作性能要求時，更換含泥量、石粉含量更低的細集料。粗集料粒徑變化較大時重新進行篩分試驗。依據(jù)單粒粒級篩分結果合成滿足要求的連續(xù)級配進而確定各檔粗集料摻配比例，見表2～3。集料含水率發(fā)生變化時[10-12]，材料用量應按照下述方法進行調整：

①當粗集料含水率<0.3%時，含水率可忽略不計。濕法加工的機制砂及河砂等細集料通過試驗測定含水率，在保證水膠比和砂率不變的前提下計算施工用細集料質量及施工用水量的調整計算公式如下：

（1）

（2）

式中：ms——細集料質量；m′sb——標準配合比設計細集料質量；ωs——含水率；mw——施工用水質量；m′wb——標準配合比設計施工用水質量。

②粗集料含水率>0.3%時考慮粗集料含水，在保證水膠比和砂率不變的前提下計算施工用粗、細集料質量及施工用水量的調整計算公式如下：

（3）

（4）

（5）

式中：mg——粗集料質量；m′gb——標準配合比設計粗集料質量。

（3）減水劑的控制。每批減水劑進場后，須對減水劑的減水率和減水劑與膠凝材料的相容性進行檢測，根據(jù)檢測結果及時調整減水劑摻量或調整減水劑配方。水泥混凝土的凝結時間受環(huán)境溫度影響較大，氣溫升高、氣候干燥時，水化熱反應加快，混凝土中水分損失大，凝結時間縮短，坍落度經(jīng)時損失變大；氣溫降低，水化熱反應變慢，凝結時間增加。根據(jù)氣溫變化及時調整摻合料比例并通知減水劑廠家調整減水劑的配方，重新進行配合比驗證，確保混凝土工作性能、力學性能、耐久性和經(jīng)濟性滿足要求[13-15]。

（4）混凝土拌合。由于試驗室所用混凝土攪拌機容量太小，所以要在混凝土拌和站進行試拌后最終確定施工配合比[16-18]。

2 C35混凝土水泥混凝土配合比設計實例

2.1 原材情況

水泥為山水水泥有限公司P.O 42.5水泥，強度富余系數(shù)1.16，砂為機制砂；碎石為河北鎮(zhèn)石料場，摻配比例5～15 mm∶15～25 mm∶25～35 mm=15.0%∶50.0%∶

35.0%；粉煤灰為陽城電廠粉煤灰；外加劑為山西三維華邦聚羧酸高性能減水劑，摻量為1.40%，減水率25.0%。

2.2 理論計算

（1）計算配制強度：

fcu，o= fcu，k+1.645σ =35+1.645×5.0=43.2 MPa

式中，fcu，k——標準強度（MPa）；σ——標準差，無量綱。

（2）計算水膠比：

W/B==0.42

（3）考慮耐久性要求，經(jīng)試驗確定水膠比為0.40，控制坍落度160～200 mm時，選取每1 m3混凝土用水量為225 kg，摻減水率β=25%的減水率。計算配比的每1 m3混凝土用水量mwo=225×（1?25%）=169 kg，聚羧酸高性能減水劑摻量經(jīng)試驗為1.40%時減水效果最好[19]。

（4）計算水泥用量（mco）、外加劑用量（mao）：

①膠凝材料用量mbo=mwo/（W/B）=169/0.40=422 kg

②摻合料用量mfo=mboβf =422×15%=63 kg

③水泥用量mco=mbo?mfo=359 kg

④外加劑用量mao=mbo×Ba=422×1.4%=5.908 kg

（5）選取砂率：βS=40%。

（6）按質量法計算砂、石的用量：

①mco+mfo+mwo+mgo+mso=mcp（每1 m3混凝土的假定重量）此處mcp=2 420 kg/m3。

②mso+mgo=mcp?mco?mfo?mwo

=2 420?359?63?169=1 829 kg/m3

③mso=（mso+mgo）×βS=1 829×0.40=732 kg/m3

④mgo=（mso+mgo）?mso=1 829?732=1 097 kg/m3

（7）計算的初步配合比如下：

mco∶mfo∶mso∶mgo∶mwo∶mao=359∶63∶

732∶1 097∶169∶5.908=0.85∶0.15∶1.73∶2.60∶

0.40∶0.014

2.3 試配、調整及確定

2.3.1 試配

（1）經(jīng)過試驗，表觀密度為2 430 kg，確定混凝土強度試驗用的基準配合比如下：

mco∶mfo∶mso∶mgo∶mwo∶mao=359∶63 ∶

732∶1097∶169∶5.908=0.85∶0.15∶1.73∶2.60∶

0.40∶0.014

（2）以基準水膠比以及上下浮動0.03，并做1%砂率調整作為強度試驗三個水膠比，各種材料用量如表4。

（3）每組混凝土拌和物表觀密度的實測值分別為2 420 kg/m3、2 430 kg/m3、2 440 kg/m3。

2.3.2 調整

根據(jù)試驗得出的混凝土強度與混凝土配制強度（fCU，0）相對比，按照實際要求直接選用表4中B組配合比。

2.3.3 確定

B組配合比混凝土的表觀密度計算值ρC.C=2 420 kg/m3、實測表觀密度ρc.t=2 430 kg/m3，兩者偏差為（2 430?

2 420）/2 420=0.4%<2.0%，所以不予調整，所以該組配合比即為確定的設計配合比：

mco∶mfo∶mso∶mgo∶mwo∶mao=359∶63 ：

732∶1 097∶169∶5.908=0.85∶0.15∶1.73∶2.60∶

0.40∶0.014

3 結語

綜上所述，定期對工程實體進行回彈強度檢測，當回彈強度明顯低于設計強度時準確分析判明原因，排除澆筑、振搗、養(yǎng)護等施工因素后及時調整漿集比。工程實踐證明，當水泥漿體積占總體積的35.0%，集料體積占總體積的65.0%時，混凝土體積穩(wěn)定性最好，實體表面質量最高，根據(jù)現(xiàn)場實際情況可參照此數(shù)據(jù)進行相應調整。

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