(一)混凝土配合比設計應滿足四個基本要求
設計要求的強度等級,施工要求的工作性,使用環境要求的耐久性以及經濟性。其中,使新拌混凝土具有一定的流動性和使硬化混凝土具有一定的強度,相對比較容易,但賦予具有一定流動性的新拌混凝土良好的黏聚性和保水性以確?;炷恋膭蛸|性,賦予具有一定強度的硬化混凝土體積穩定性以確?;炷两Y構的耐久性,這才是配合比設計的關鍵。因此,配合比設計的原則是:新拌混凝土的流動性可大可小,滿足施工要求即可,但黏聚性和保水性必須保證;硬化混凝土的強度可高可低,滿足設計要求的強度等級即可,但體積穩定性必須良好。
(二)混凝土配合比設計的過程
了解原材料的品質,根據設計和合同對新拌混凝土及硬化混凝土的技術要求,在協調混凝土各種性能并使之最大限度地達到統一的基礎上,選擇四個關鍵參數,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作為基準,以絕對體積法計算混凝土各組成材料的用量,得到初步配合比;按照初步配合比進行試拌調整,確定滿足要求的基準配合比;根據現場砂、石含水狀況將基準配合比調整為施工配合比,并注意在由基準配合比調整到施工配合比時,應保持已確定的水膠比不變和漿骨比最小。
(三)混凝土配合比設計應考慮的主要因素
(1)原材料品質與波動
水泥、礦渣粉和粉煤灰、外加劑應滿足相應的標準或根據工程的特殊要求;膠凝材料與外加劑的相容性是問題的關鍵;礦渣粉并非越細越好,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%是比較恰當的;細骨料可以采用天然砂,也可以采用機制砂,抑或是天然砂和機制砂按照一定比例混合使用,控制細骨料的平均顆粒細度和級配是非常重要的,一般建議細度模數2.4~2.8,級配必須良好;控制粗骨料的粒形和級配比控制粗骨料強度和含泥量更為重要,接近等粒徑的粒形是理想的,同時粗骨料的松堆空隙率應不大于45%,最好不大于43%,越小對降低混凝土用水量(膠凝材料用量)越有利。為此,宜選購單粒級粗骨料以最小松堆密度為目標進行兩級配或三級配,按最優級配分級上料。
(2)水膠比
水膠比大小不僅影響新拌混凝土的流動性,更重要的是影響硬化混凝土的強度、變形性能和抵抗受環境作用而劣化的能力。C60以下強度等級的混凝土建議水膠比取0.35~0.48,并隨著混凝土強度等級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定性,其大小與新拌混凝土流動性、細骨料的品種和細度模數、粗骨料最大粒徑以及粗骨料級配等有關,建議取值范圍為0.34~0.45,隨著新拌混凝土流動性提高而增大,當新拌混凝土黏聚性滿足要求時,砂率盡量取較小值。
(4)漿骨體積比
當水膠比一定時,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數的提高,新拌混凝土的和易性得到改善、硬化混凝土的強度提高,但帶來的問題是硬化混凝土體積穩定性變差,開裂風險增加;建議混凝土中膠凝材料漿體體積百分數30%~35%比較適宜,可能時取較小值。
(5)膠凝材料組成及用量
現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采用更多組分的膠凝材料。傳統觀念認為,膠凝材料用量偏少將影響混凝土耐久性,但實際上,膠凝材料用量過多更會影響混凝土耐久性。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性,建議一般不超過170kg/m3,隨著混凝土強度的提高而減少,兼顧新拌混凝土的流動性、黏聚性和硬化混凝土的強度和耐久性,建議通過控制漿體體積百分數計算單方用水量,以減水劑的品種和摻量調整新拌混凝土的流動性。
總之,影響混凝土配合比設計的因素很多,但總體來講必須注意三個問題:第一,控制原材料的品質和波動比控制計量誤差更重要;第二,必須兼顧新拌混凝土的可施工性和硬化混凝土的強度及耐久性,特別要注意,硬化混凝土的勻質性、體積穩定性、長齡期強度和強度發展、耐久性是根本,包括原材料的選擇與控制、配合比參數的選擇以及施工技術等都是手段,是為達到混凝土上述性能服務的,不能舍本逐末;第三,從混凝土配合比設計過程可以看出,所有參數都是根據要求和經驗選擇出來的,因此,進行試拌調整是必要的和必須的,所以,混凝土配合比設計過程中各參數的確定,與其說是“算”出來的,倒不如說是“拌”出來的。