当前混凝土配合比设计存在的问题

2018-03-31张晶元

四川水泥 2018年3期

张晶元

(中交三航局第三工程有限公司，江苏南京 210011)

相关调查发现，现阶段只有我国还在采用以骨料绝干密度为基准的手段进行混凝土配合比设计，而随着国内外对混凝土配合原材料的研究，混凝土的组成物发生了变化，其核心仍为水泥、骨料和水组成的硬化体，但拌合物的形式、流动性、水泥强度、细度等都发生了较大变化，外加剂和矿物掺合料更为普遍的被用运于混凝土配合设计中，此时原有的测定方法不再适用，需要寻求转变。

1 基本概念和测定方法对比

混凝土施工配合比，在定义上，指的就是混凝土中各组成材料之间的比例关系，是混凝土工程中不可缺少的一项工作，直接影响施工的进度、质量和成本。“假定密度法”又被称为假定容重法，是据经验资料假定混凝土表观密度为混凝土各组分用量之和的配合比设计方法，在施工中依照设计要求可确定用水量、水灰比和水泥用量等参数，假定混凝土表观密度，计算出集料总重、砂重和粗集料重，在此过程中需要以实测混合料表观密度进行校正，与绝对体积法相比计算更为简单。

下面以实际测量数据进行说明，假定当混凝土具有0.5左右的水灰比时，其表观密度为2400kg/m3，高强混凝土为2450kg/m3，试拌后实测发现误差不大，因此这种方法在以往的工程施工中非常常见，但是随着使用材料的变化，水泥、砂石的表观密度发生改变，大量矿物掺合料的使用导致各原料的密度差异增加，对比其表观密度，粉煤灰为1.90-2.40 g/cm3，磨细矿渣2.60g/cm3，相对比3.0g/cm3的水泥表观密度就显得差距较大，再采用假定表观密度计算则体积都会偏大，且随着掺合料的增加，这个误差也就越大。因此假定密度法已不再具有普适性，与之相比，绝对体积法指的是忽略水泥水化去除的部分水，在后续计算时为了减少这部分水体积的误差，建议无须计算搅拌式加入的孔隙体积，两相综合。

2 采用绝对体积法计算混凝土配合比时的问题

2.1 原材料密度的取值问题

物理学上将密度定义为单位体积的质量，而在实际工程中，指的多是绝对密实状态下单位体积的质量，如钢铁这样的无孔材料，可测实体积；而一些含有孔隙的固体材料，则需磨成细粉测试密度，如砖瓦。而此时，所磨的粗细程度和密度精确度成正比，因此在计算中需要将这些材料磨到与水泥相同的细度。

砂石这样的散粒状材料具有开放孔和封闭孔，砂石的计算以面干饱和状态中的材料为标准，现如今只有我国还在采用绝干状态的骨料计算混凝土配合比。饱和面干状态骨料中所含的水不计入混凝土的拌和水，除此之外所含的水被称为有效水，也是混凝土配合比中用水量所指的部分，其与胶凝材料总量的比值被称为水胶比，在实际的测量中，由于以绝干基试配的混凝土会因为试拌坍落度过小导致质量控制误差，面干饱和基试配的方法可以随时调控拌和水，相对可控。

而在工程中需要按照标准对骨料和砂子进行面干饱和状态的界定，其浸泡时间大于24 h，当这一定量的石子取出擦干肉眼未发现水的亮光时，才能作为石子的饱和面干，并且可通过水中重法计算表观密度；砂子则可利用吹风机吹干，当表面有变色产生时可以截头圆锥环装入，判断其状态。然后通过对比等量的实际含水的砂子和面干饱和状态所得的砂子的体积，判定实际砂子的状态，表示含水量差异。此试验常在试验室或拌和楼的上料口开展，还可采用传感器和电流表予以控制，为保证混凝土的高质量，须严格按照标准操作，并注意储存方式。

2.2 骨料的级配和粒形对质量的影响

骨料，顾名思义，于混凝土中担任骨架作用，可稳定体积。实际工程中，采石场会对石子进行级配，但运输和投料等过程还会造成混乱，因此需要再次进行级配，而我国现阶段的生产工艺存在弊漏，未严格遵循砂石标准，以连续级配的方式导致石子的粒形很差，存在断级，我国的一些建筑工作者屡次提出石子质量问题导致混凝土质量不佳，且极为消耗水泥和用水量，是一种对于资源的低效浪费。

2.3 掺用矿物掺合料混凝土配合比的计算问题

在混凝土配合比的计算中，方法包括等水胶比法、超量取代法、等水灰比法、等浆体体积法等，下面将进行详细的说明。

第一是等水胶比法。也就是简单的等量取代，掺料后水胶比与未掺料水灰比值相同，浆体体积（浆骨比）增大，会导致硬化混凝土收缩值发生变化，致使混凝土的体积稳定性受到影响；且粉煤灰反应速率和反应率低，若用粉煤灰简单取代水泥则会导致水灰比增大、混凝土强度下降，为维持其强度可降低水胶比，但又会导致水灰比、孔隙率较大，使得混凝土早期碳化严重，产生恶性循环。除此之外，矿物掺合料的强度对水胶比更加敏感，因此，单纯地等水胶比掺粉煤灰是不明智的，无法发挥后者的作用，应当进行改善。

第二是超量取代法，在一定范围内以掺量代替水泥，在实际的应用中，常常仍以胶凝材料进行代替，因此可以起到增加浆体含量、减小水胶比的作用。但是这种方法也存在一些问题，主要是因为水胶比界定差异，一些单位认为掺粉煤灰前后水灰比是固定的，胶凝材料中无需计算超量取代部分，但是实际案例中无法从所报的配合比上分析所出现的质量问题原因，或许与混凝土抗裂性改善效果差有关。

第三是等水灰比法，在实际的调研中发现，一些单位将水泥厂生产的混合水泥也称作水泥，而未将矿物掺合料算在水泥中，就可维持水灰比不变，使得用水量和水胶比降低，希望维持混凝土强度，但实际效果是水胶比过大，实际强度与标准不符。而相关数据证实掺入粉煤灰越多，要维持水灰比不变所降低的水胶比越多。然而计算中没有考虑粉煤灰的性质，结果不准确，水胶比过低时会影响拌合物的施工性，使得试配工作量加大，造成了混凝土体积的不稳定。

第四是等浆体体积法，水泥密度较矿物掺合料密度更大，当按质量掺入时会使得混凝土浆体体积增加，如按等浆体设计会维持混凝土的体积稳定性，更深入的研究发现两种方法的混凝土强度等级没有较大差异，但是后者的抗渗性更高。