高強(qiáng)混凝土配合比確定方法探討

1         現(xiàn)行的高強(qiáng)砼配合比確定方法

  高強(qiáng)砼配合比的確定現(xiàn)在基本是應(yīng)用普通砼的確定方法。該方法是利用鮑羅公式及表格按強(qiáng)度及耐久性要求確定水灰比;按粘聚性要求確定砂率Sp;按流動(dòng)性要求確定單位用水量W0;按經(jīng)驗(yàn)確定外加劑摻量及摻合料用量;按以上確定參數(shù)計(jì)算初步配合比;然后進(jìn)行試拌,按工作性好壞,對(duì)Sp、W0及外加劑等作適當(dāng)調(diào)節(jié);最后利用 f的線性關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)節(jié)確定配合比.這方法以其簡(jiǎn)單易行一直被人們所應(yīng)用。
 
2 在普通砼及高強(qiáng)砼中,用料及配合比關(guān)鍵參數(shù)對(duì)性能的影響的差別
 
2.1 水灰比

  (1)在原材料一定的條件下,在普通砼中,對(duì)強(qiáng)度起決定性作用.因此,在確定 時(shí),除考慮耐久性外,主要由強(qiáng)度確定;而在高強(qiáng)砼中除外,骨料含量、砂率、單位用水量等對(duì)強(qiáng)度也影響較為顯著。
      (2)在普通砼中,灰水比 與砼強(qiáng)度f(wàn)的關(guān)系為線性關(guān)系,在進(jìn)行砼試配時(shí),正是利用了此關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)整;而在高強(qiáng)砼中,當(dāng)較小時(shí),f的線性關(guān)系反常。
 
2.2 砂率Sp的影響
 
      在普通砼中,Sp對(duì)強(qiáng)度影響很少,對(duì)粘聚性影響十分顯著,隨著Sp增大,粘聚性變好。因此,在確定砼配合比時(shí),沒(méi)有考慮Sp對(duì)強(qiáng)度的影響,只是按施工操作要求的粘聚性確定Sp.在高強(qiáng)砼中,Sp對(duì)砼強(qiáng)度影響較大,試驗(yàn)表明,Sp減少,強(qiáng)度增加,Sp每減少1%,強(qiáng)度約增加1%;而Sp對(duì)粘聚性影響較小,原因是高強(qiáng)砼的 較小,水泥用量大,且摻入大量的摻合料,本身粘聚性很好。
 
2.3  骨料含量的影響
 
      骨料含量對(duì)普通砼強(qiáng)度影響很小,而對(duì)高強(qiáng)砼影響較為顯著,影響程度僅次于 .試驗(yàn)表明,每減少0.01,強(qiáng)度增加3.5%-5%, 愈小,強(qiáng)度增長(zhǎng)率越大.而 對(duì)強(qiáng)度的影響程度為 每減0.02,強(qiáng)度增加6.5%-9 %。
 
2.4     單位用水量W0影響
 
      普通砼中,當(dāng)流動(dòng)性一定時(shí),用水量基本恒定,且當(dāng)一定時(shí),用水量W0對(duì)強(qiáng)度影響甚少,因此,需水量主要按施工要求流動(dòng)性確定;而在高強(qiáng)砼中,用水量的大小對(duì)強(qiáng)度影響較為顯著,當(dāng)一定時(shí),W0愈少,強(qiáng)度愈高.試驗(yàn)表明,其影響程度與骨料含量對(duì)強(qiáng)度影響一致,當(dāng)每m3砼減少5 kg水時(shí),強(qiáng)度增加3.5%~5%.但是,W0受到外加劑的種類及摻量、混合料的種類及摻量、坍落度損失要求制約。
 
2.5     外加劑的種類及用量的影響
 
      在高性能砼中,一般都加有外加劑.常加的有高效減水劑和緩凝劑.減水劑主要用來(lái)提高砼流動(dòng)性,其摻量的大小與減水劑種類、投放時(shí)間、水灰比、水泥與骨料種類、數(shù)量及環(huán)境溫度等因素有關(guān),很難予先確定準(zhǔn)確的摻量.太小,減水效果不顯著;太多,超過(guò)減水劑飽和點(diǎn),不但流動(dòng)性不再增加,砼還會(huì)產(chǎn)生離析,影響砼質(zhì)量,同時(shí)還增加成本.緩凝劑也有類似情況,摻量適中,有利于減少坍落度損失,保證砼的泵送性能;摻量太小,作用不大;太多,凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),影響后續(xù)施工操作,同時(shí)會(huì)使砼長(zhǎng)時(shí)間疏松不硬,強(qiáng)度嚴(yán)重下降。
     此外,水泥品種,摻合料的種類及摻量、骨料品種等對(duì)砼強(qiáng)度及工作性都有一定的影響。

3 普通砼配合比確定方法在高強(qiáng)砼中應(yīng)用已顯不足

  從以上論述可見(jiàn),由于材料品種繁多,性能各異,配合比中各參數(shù)對(duì)砼性能影響復(fù)雜.因此,高強(qiáng)砼中的各材料用量及各參數(shù)的取值很難象普通砼一樣,予先確定一個(gè)具體值.因此,普通砼配合比確定方法在高強(qiáng)砼中應(yīng)用已顯不足.主要有以下幾方面:
  
      (1)只考慮 對(duì)強(qiáng)度的影響,忽略其它參數(shù)或材料品種對(duì)強(qiáng)度的影響,得出的配比不經(jīng)濟(jì).試驗(yàn)表明,同時(shí)考慮 Sp、W0及骨料含量對(duì)強(qiáng)度的影響進(jìn)行配制砼,可顯著提高砼強(qiáng)度及節(jié)約水泥,節(jié)約水泥12%-20%;
 ?。?)利用 f的線性關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)整,當(dāng) 較小時(shí),得出的配比不準(zhǔn)確;
 ?。?)較難把砼強(qiáng)度,耐久性、工作性及經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一起來(lái),在配合比設(shè)計(jì)時(shí),雖然其也考慮這些內(nèi)容,但它是孤立地考慮的,因而得出的配比不夠合理;
 ?。?)未有考慮各材料的特性及各材料之間的相互影響;
  (5)較難適應(yīng)多項(xiàng)要求的砼.如若同時(shí)要求砼滿足強(qiáng)度、抗?jié)B標(biāo)號(hào)、坍落度、坍落度損失值、彈性模量及成本等目標(biāo),這種方法就顯得無(wú)能為力。

4         應(yīng)用正交綜合評(píng)定法確定高強(qiáng)砼配合比

4.1 正交綜合評(píng)定法:該方法是利用正交試驗(yàn)的原理按排試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定,找出滿足各項(xiàng)工程要求的最佳配合比的方法.步驟及方法見(jiàn)4.3實(shí)例.

4.2 正交綜合評(píng)定法優(yōu)點(diǎn):
 ?。?) 在各材料及參數(shù)對(duì)砼性能的影響還不太清楚的情況下,它能很好地處理各材料、各參數(shù)之間的相互關(guān)系.它通過(guò)科學(xué)安排試驗(yàn),利用其“整齊可比性”及“均衡搭配性”,通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果,可得到優(yōu)化的配合比.
  (2)它能把砼強(qiáng)度、耐久性;工作性及經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一;適應(yīng)多目標(biāo)要求的砼;所得的配比技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)合理.
 ?。?)通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,可弄清各材料,各參數(shù)對(duì)砼強(qiáng)度、耐久性、工作性及經(jīng)濟(jì)性的影響趨勢(shì)及其影響的主次關(guān)系,為施工管理、質(zhì)量控制、成本管理提供依據(jù)。

4.3 實(shí) 例:

  某工程,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C55,C60,采用泵送施工,坍落度要求150-180 mm.材料采用P.O525水泥,Dm=20 mm碎石,中河砂,F(xiàn)DN高效減水劑摻量為0.5%-1.1%,緩凝劑為糖蜜,摻量為0.1%-0.3%.
  1) 明確試驗(yàn)解決問(wèn)題及考核指標(biāo)
  要解決的問(wèn)題:提出滿足施工要求,強(qiáng)度要求、耐久性要求及經(jīng)濟(jì)性要求的配合比.
  考核指標(biāo):C55砼強(qiáng)度≥65 MPa,C60砼強(qiáng)度≥69 MPa,入泵坍落度S=150-180 mm,30 min后坍落度≥120 mm,成本愈低愈好。
  2) 挑因素,選水平選擇的因素及因素水平如表-1:
      
  
 
      3)選擇正交表:由于有4個(gè)因素,3種水平,故選擇L9(34)正交表.
  4) 試驗(yàn)安排:根據(jù)已選定的因素、因素水平及正交表,試驗(yàn)安排如表2.
 
  
 
 
備注:FDN—高效減水劑;S—坍落度;△S—坍落度損失值;f—抗壓強(qiáng)度;W—成本價(jià).
5)試拌:按試驗(yàn)安排中各試驗(yàn)號(hào)的參數(shù)計(jì)算試拌用料.試拌時(shí),高效減水劑用量以使流動(dòng)性S=150~180 mm確定.并把試驗(yàn)結(jié)果填于表2.
 
  

  6) 試驗(yàn)結(jié)果分析

 ?、?確定各因素對(duì)砼性能影響趨勢(shì)及主次
  
  
  各因素、因素水平對(duì)砼強(qiáng)度、坍落度損失值、成本影響如表3.表3數(shù)據(jù)是表2同一因素同一水平結(jié)果的平均值.通過(guò)對(duì)極差進(jìn)行分析,可得出各因素對(duì)以上結(jié)果影響的主次,極差愈大,影響愈大.各因素對(duì)砼強(qiáng)度影響趨勢(shì)大小為A>B>C>D,水泥用量、用水量,砂率大小對(duì)強(qiáng)度都有較大的影響;對(duì)坍落度損失值影響趨勢(shì)大小為:D>B>A、C.緩凝劑摻量及用水量影響較顯著;對(duì)成本的影響趨勢(shì)大小為A>B>C>D,影響最大的為水泥用量.以上分析有利于施工管理,質(zhì)量管理及成本管理。
 
 ?、?確定最佳配合比

  直觀法:在目標(biāo)數(shù)較少或較易判別優(yōu)劣時(shí)可用此法.如本試驗(yàn),以滿足工作性要求,強(qiáng)度要求的條件下,成本低的為優(yōu).所以C55,C60配比分別可定為4,7試驗(yàn)結(jié)果。

  綜合評(píng)分法:當(dāng)目標(biāo)數(shù)較多或較難用直觀法判別優(yōu)劣時(shí)使用.步驟如下:第一,按各目標(biāo)重要性程序不同,分別確定分值系數(shù)ki.如本試驗(yàn),確定配比的原則為:在滿足施工、強(qiáng)度要求的條件下,盡量節(jié)約材料,因此,強(qiáng)度,坍落度損失值、成本的分值系數(shù)ki分別取2,1,3.第二:評(píng)定各試驗(yàn)各目標(biāo)得分:首先確定基本得分ai,再求該目標(biāo)得分ki.ai.評(píng)定基本得分的方法為:若目標(biāo)值不符合設(shè)計(jì)要求得0分;其余按優(yōu)劣排列,分別得分為n,n-1…1.也可用跳躍式評(píng)分,以便把優(yōu)劣拉開(kāi)得分距離.第三:求各試驗(yàn)綜合得分:把各試驗(yàn)各目標(biāo)值得分相加.如7試驗(yàn),坍落度損失值、強(qiáng)度、成本的基本得分ai分別為3、5、6.目標(biāo)值得分為:ai .ki=3×1,5×2,6×3,綜合評(píng)分為31分.第四步:確定最佳配比:綜合得分高為優(yōu).然后按綜合分高低排名次,當(dāng)綜合分相同時(shí),以最重要目標(biāo)為優(yōu)者為優(yōu).本試驗(yàn)排次見(jiàn)表二、由表二得C55,C66配比分別為4及7試驗(yàn)結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)

  從以上論述可見(jiàn),用正交綜合評(píng)分法確定高強(qiáng)砼配合比,可避免試驗(yàn)的盲目性.它特別適合多目標(biāo)要求的砼,能使砼滿足工程各項(xiàng)要求,并取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。
 
 
                      (來(lái)源:中國(guó)水泥網(wǎng)  轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處 編輯:小Q)

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