基于工作性和经济性的C30混凝土配合比设计试验

吴康进（高州市星展混凝土有限公司）



基于工作性和经济性的C30混凝土配合比设计试验

吴康进
（高州市星展混凝土有限公司）

【摘要】对胶凝材料组分进行优选试验，根据砂浆水胶比及流动度结果，并结合浆骨比理论，对C30混凝土配合比进行设计，从工作性和经济性角度对试验结果进行优选，得到材料成本低、工作性能好的混凝土配合比。

【关键词】工作性；经济性；混凝土；配合比设计

1　引言

随着混凝土技术的发展，越来越多的矿物掺合料和外加剂被广泛使用，基于经验方法的传统配合比设计理论逐渐暴露出更多的缺陷［1-3］，如设计周期长、考虑因素变量少等；一些现代混凝土的配合比设计方法相继出现，最为被人熟悉的有全计算法、基于耐久性设计方法、浆体拨开系数法等［4-7］，各自的优点及实用性也不尽相同。对于预拌混凝土企业来讲，在满足强度、工作性和耐久性基础上，更为关注的是材料经济成本。如何结合实际施工需求，简单有效地设计出性能优异的混凝土，是混凝土行技术人员最为迫切解决的研究课题。本文将从工作性和经济性角度，以C30混凝土为例，介绍一种崭新的混凝土配合比设计方法，希望能够起到借鉴作用。

2　试验原材料

水泥：广西平南水泥厂生产的华润PII42.5R级水泥，其主要物理性能和化学成分分别如表1和表2所示：

表1　水泥的物理性能

表2　水泥与矿物掺合料的主要化学成分（%）

矿粉：唐山首钢宝业钢铁公司S95级矿渣粉，密度2.92g/cm3，比表面积432m2/kg，活性指数103%。

粉煤灰：广州发电厂生产的II级粉煤灰，密度2.27g/cm3，需水量比102%，烧失量2.1%。

聚羧酸缓凝高效减水剂：广州市建科院生产的LMT-106改性聚羧酸缓凝低引气型高性能减水剂，固含量为20.1%，减水率30.5%。

砂：广州北江砂场生产的II区中砂，细度模数2.7，表观密度为2630kg/m3，堆积密度1550kg/m3，含泥量0.3%，泥块含量0.1%，氯离子含量0.004%。

碎石：采用5～20mm连续级配花岗岩碎石，由惠州市博罗县石场提供，10～20mm反击破石与5～10mm瓜米石按比例混合配制而成。

3　胶凝材料组分的选择

根据GB/T 17671成型水泥胶砂，胶材用量450g，生产用河砂1200g，减水剂掺量1.8%，通过调节用水量，使砂浆流动度在190±5mm范围，测定胶砂3d和28d强度，水泥、矿粉和粉煤灰比例及试验结果如表3所示。

由表3可知，当水泥掺量较多时，胶砂早期强度较高，而胶砂28d强度主要由水泥+矿粉的总量来决定，除10#样品外，胶砂28d抗压强度大于44.0MPa时，水泥+矿粉总量均在75%和80%的配比范围内；从用水量及流动度结果可以发现，除1、2号样品外，用水量随着粉煤灰掺量的增加而增大，这主要是受粉煤灰品质的影响，需水量比较大的缘故；胶砂强度基本与水胶比成反比，并非水泥用量越多胶砂强度越高，矿物掺和料与水泥颗粒级配的搭配合理也比较重要。

根据胶砂3d和28d强度以及胶凝材料经济性，选取8、10、13和18号试样作为初步胶凝材料组分。

表3　不同胶凝材料组分胶砂试件强度

4　混凝土配合比的优选

根据浆骨比理论，确定C30混凝土配合比浆体体积为0.285，掺入减水剂的混凝土含气量为2.5%，胶凝材料看作一种复合型的水泥材料，其密度通过公式3-1和3-2计算，浆体体积公式如3-3所示，根据表3用水量及流动度确定混凝土水胶比，混凝土配比及和易性如表4所示。

从表4可以发现各编号混凝土和易性良好，具有较好的流动性能，C1和C2试样水泥用量较多，1h扩展度损失较大，且随粉煤灰掺量增多损失增大。C4试样放置1h后有轻微泌水，主要是胶凝材料中矿粉的用量较大，保水性能减弱。

混凝土强度如图1所示，从图中可以看出，混凝土28d强度均满足设计要求，强度最小的为C2，富余系数为1.39，C1和C3强度结果最优；3d和7d强度数据表明，水泥用量较大时混凝土早期强度较高，C1和C2均高于C3和C4试样；C4早期强度较低，至28d龄期时强度高于C2，即混凝土强度最终与水泥+矿粉的用量有关，粉煤灰对混凝土的强度贡献在90d之前作用较小。考虑施工过程混凝土的凝结时间，C2和C4适宜于浇筑大体积底板部位，C1和C3适宜于浇筑墙柱、梁板等早期强度要求较高的部位。

图1　混凝土抗压强度试验结果

5　经济性分析

综合混凝土和易性及强度结果，可以得知，C1和C3为最优试配，考虑商品经济性，设水泥价格为400元/吨，矿粉价格为260元/吨，粉煤灰价格为200元/吨，则C1单方混凝土胶凝材料成本为103元，C3单方混凝土胶凝材料成本为101元，C3为最优配比。可以发现，与传统配合比设计方法相比较，在满足和易性和力学性能的基准要求下，对材料成本的控制力度较好。

6　结论

表4　混凝土配合比及工作性能

⑴把胶凝材料看作一种复合水泥，对各组分的比例进行试验，得出最佳比例，水泥+矿粉用量对28d强度影响较大，胶凝组分颗粒的级配也同样重要；

⑵现代混凝土配合比设计力学性能应视为前提条件，而非设计的目标；混凝土配合比需根据施工部位进行设计，在满足工作性基础上，从商品经济性角度对配合比进行优选，节省了材料成本。●

【参考文献】

［1］冯乃谦.高性能混凝土［M］.北京：中国建筑工业出版社，1996.

［2］廉慧珍，李玉琳.当前混凝土配合比“设计”存在的问题——关于混凝土配合比选择方法的讨论之一［J］.混凝土，2009，3 （233）：1-5.

［3］马保国，王信刚，李相国，等.高性能混凝土配合比设计及其存在的问题［J］.混凝土，2005，2（184）：12-15.

［4］陈建奎，王栋民.高性能混凝土配合比设计新法——全集算法［J］.硅酸盐学报，2000，2：194-198.

［5］彭建良，沈云翔.骨料的拨开系数用于泵送混凝土配合比设计的方法探讨［J］.福建建筑，2010，6：131-132.

［6］付坚明，戚勇军，贾丽杰.混凝土配合比设计的试算法［J］.混凝土世界，2012，12（40）：66-70.

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