(一)混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足四個(gè)基本要求
設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí),施工要求的工作性,使用環(huán)境要求的耐久性以及經(jīng)濟(jì)性。其中,使新拌混凝土具有一定的流動(dòng)性和使硬化混凝土具有一定的強(qiáng)度,相對(duì)比較容易,但賦予具有一定流動(dòng)性的新拌混凝土良好的黏聚性和保水性以確保混凝土的勻質(zhì)性,賦予具有一定強(qiáng)度的硬化混凝土體積穩(wěn)定性以確保混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,這才是配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因此,配合比設(shè)計(jì)的原則是:新拌混凝土的流動(dòng)性可大可小,滿足施工要求即可,但黏聚性和保水性必須保證;硬化混凝土的強(qiáng)度可高可低,滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)即可,但體積穩(wěn)定性必須良好。
(二)混凝土配合比設(shè)計(jì)的過程
了解原材料的品質(zhì),根據(jù)設(shè)計(jì)和合同對(duì)新拌混凝土及硬化混凝土的技術(shù)要求,在協(xié)調(diào)混凝土各種性能并使之最大限度地達(dá)到統(tǒng)一的基礎(chǔ)上,選擇四個(gè)關(guān)鍵參數(shù),即水膠比、膠凝材料組成、砂率和漿骨比(膠凝材料漿體體積與骨料體積比),以骨料飽和面干的含水狀態(tài)作為基準(zhǔn),以絕對(duì)體積法計(jì)算混凝土各組成材料的用量,得到初步配合比;按照初步配合比進(jìn)行試拌調(diào)整,確定滿足要求的基準(zhǔn)配合比;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)砂、石含水狀況將基準(zhǔn)配合比調(diào)整為施工配合比,并注意在由基準(zhǔn)配合比調(diào)整到施工配合比時(shí),應(yīng)保持已確定的水膠比不變和漿骨比最小。
(三)混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素
(1)原材料品質(zhì)與波動(dòng)
水泥、礦渣粉和粉煤灰、外加劑應(yīng)滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或根據(jù)工程的特殊要求;膠凝材料與外加劑的相容性是問題的關(guān)鍵;礦渣粉并非越細(xì)越好,比表面積宜控制在450m2/kg以下;建議有條件的單位采用三組分膠凝材料,即水泥、磨細(xì)礦渣粉和粉煤灰,在礦物摻和料總量中,粉煤灰占30%~40%是比較恰當(dāng)?shù)模患?xì)骨料可以采用天然砂,也可以采用機(jī)制砂,抑或是天然砂和機(jī)制砂按照一定比例混合使用,控制細(xì)骨料的平均顆粒細(xì)度和級(jí)配是非常重要的,一般建議細(xì)度模數(shù)2.4~2.8,級(jí)配必須良好;控制粗骨料的粒形和級(jí)配比控制粗骨料強(qiáng)度和含泥量更為重要,接近等粒徑的粒形是理想的,同時(shí)粗骨料的松堆空隙率應(yīng)不大于45%,最好不大于43%,越小對(duì)降低混凝土用水量(膠凝材料用量)越有利。為此,宜選購(gòu)單粒級(jí)粗骨料以最小松堆密度為目標(biāo)進(jìn)行兩級(jí)配或三級(jí)配,按最優(yōu)級(jí)配分級(jí)上料。
(2)水膠比
水膠比大小不僅影響新拌混凝土的流動(dòng)性,更重要的是影響硬化混凝土的強(qiáng)度、變形性能和抵抗受環(huán)境作用而劣化的能力。C60以下強(qiáng)度等級(jí)的混凝土建議水膠比取0.35~0.48,并隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高或礦物摻和料摻量的增加而減小,建議在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性前提下,水膠比盡量取較大值。
(3)砂率
主要影響新拌混凝土的黏聚性和保水性以及硬化混凝土體積穩(wěn)定性,其大小與新拌混凝土流動(dòng)性、細(xì)骨料的品種和細(xì)度模數(shù)、粗骨料最大粒徑以及粗骨料級(jí)配等有關(guān),建議取值范圍為0.34~0.45,隨著新拌混凝土流動(dòng)性提高而增大,當(dāng)新拌混凝土黏聚性滿足要求時(shí),砂率盡量取較小值。
(4)漿骨體積比
當(dāng)水膠比一定時(shí),混凝土中膠凝材料漿體的體積與骨料總體積的比,隨著漿骨體積比或漿體體積百分?jǐn)?shù)的提高,新拌混凝土的和易性得到改善、硬化混凝土的強(qiáng)度提高,但帶來的問題是硬化混凝土體積穩(wěn)定性變差,開裂風(fēng)險(xiǎn)增加;建議混凝土中膠凝材料漿體體積百分?jǐn)?shù)30%~35%比較適宜,可能時(shí)取較小值。
(5)膠凝材料組成及用量
現(xiàn)代混凝土膠凝材料一般為二組分或三組分,特殊要求的混凝土也會(huì)采用更多組分的膠凝材料。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為,膠凝材料用量偏少將影響混凝土耐久性,但實(shí)際上,膠凝材料用量過多更會(huì)影響混凝土耐久性。一般而言,C20~C60泵送混凝土的膠凝材料用量都不會(huì)少于260kg/m3,更重要的問題是控制膠凝材料用量的上限,建議C25~C35混凝土膠凝材料用量不大于400kg/m3,C40~C45混凝土膠凝材料用量不大于450kg/m3,C50~C60混凝土膠凝材料用量上限控制在不大于500kg/m3。
此外,單方用水量主要影響新拌混凝土的流動(dòng)性,建議一般不超過170kg/m3,隨著混凝土強(qiáng)度的提高而減少,兼顧新拌混凝土的流動(dòng)性、黏聚性和硬化混凝土的強(qiáng)度和耐久性,建議通過控制漿體體積百分?jǐn)?shù)計(jì)算單方用水量,以減水劑的品種和摻量調(diào)整新拌混凝土的流動(dòng)性。
總之,影響混凝土配合比設(shè)計(jì)的因素很多,但總體來講必須注意三個(gè)問題:第一,控制原材料的品質(zhì)和波動(dòng)比控制計(jì)量誤差更重要;第二,必須兼顧新拌混凝土的可施工性和硬化混凝土的強(qiáng)度及耐久性,特別要注意,硬化混凝土的勻質(zhì)性、體積穩(wěn)定性、長(zhǎng)齡期強(qiáng)度和強(qiáng)度發(fā)展、耐久性是根本,包括原材料的選擇與控制、配合比參數(shù)的選擇以及施工技術(shù)等都是手段,是為達(dá)到混凝土上述性能服務(wù)的,不能舍本逐末;第三,從混凝土配合比設(shè)計(jì)過程可以看出,所有參數(shù)都是根據(jù)要求和經(jīng)驗(yàn)選擇出來的,因此,進(jìn)行試拌調(diào)整是必要的和必須的,所以,混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中各參數(shù)的確定,與其說是“算”出來的,倒不如說是“拌”出來的。