数字量化混凝土实用技术应用及经济分析

刘文　刘兴军

中图分类号： TU528文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）14-0161-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.078

0 前言

为解决混凝土配制过程中沙漠砂使用遇到的技术难题，推广应用新技术，提高混凝土技术人员对新理论新技术的理解，降低成本。通过混凝土的配合比和实际的强度计算為混凝土提供1兆帕强度所需水泥用量的计算方法，以及胶凝材料合理用水量的计算方法，外加剂合理用量的调整方法。砂石骨料的检测方法以及设计用技术参数的计算。本次试验以公司提供的C30混凝土配合比调整为例进行了胶凝材料的计算，列出了砂石骨料计算的公式和步骤。一个是石子的测量，主要掌握石子堆积密度、空隙率和吸水率的测量方法，技术参数的计算方法。另一个是砂子的测量，主要是掌握砂子紧密堆积密度测量压力值72KN、200KN确定的依据、采用压力机测试的过程，用4.75毫米筛子确定含石率的测量方法。在配制混凝土的时候，掌握了天然砂用水量控制在6%-8%，主要考虑的是砂的溶胀;机制砂用水量控制在5.7%-7.7%，主要考虑的是与水泥检测使用的标准砂对应;对于不符合砂子标准指标的细集料用水量的确定，不考虑含水率，配合比设计过程水的用量是通过压力吸水法测得的吸水率作为依据。然后进行实际操作检测砂石，根据砂石检测出来的参数，采用数字量化混凝土配合比设计方法进行配合比调整计算，得到两组采用不同砂石的C30和C50混凝土配合比。本次试验使用的石子为卵石，级配不合理，砂子有两种，一种是天然河砂，一种是沙漠黄砂，经过现场检测、配合比调整计算后试配的混凝土达到正常使用的目的。

1 砂石的测量

1.1 石子的测量

先将石子装入10升容积桶，测得堆积密度=17.53*100=1753kg/m3，加满水后称得质量为21.06 kg，石子空隙率==35.3%，表观密度=2709kg/m3，湿石子质量17.85kg，石子吸水率=1.8%。

1.2 天然河砂的测量

将天然砂子装入1升容积桶，压实，称得质量为2.1kg，紧密堆积密度==2100kg/m3，用4.75mm筛子筛分后测得石子的质量为0.565kg，砂子的含石率=26.9%。实际测得砂的含水率=5%

1.3 混合砂的测量

将天然河砂子和沙漠黄砂按照1：1的质量比混合后搅拌均匀，取样品装入1升容积桶，压实，称得质量为1.91kg，紧密堆积密度=1910kg/m3，用4.75mm筛子筛分后测得石子的质量为0.185kg，砂子的含石率==9.7%。实际测得砂的含水率=2.5%

2 C30配合比调整

2.1 天然河砂配制C30混凝土

2.1.1 调整基准

原配合比中胶凝材料为：水泥280kg，需水量27，密度3100kg/m3;粉煤灰100kg，需水量比0.96，密度2200kg/m3;28天实际强度37.3MPA。在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。

水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA

C30混凝土的水泥用量=259

粉煤灰用量仍然取100kg。

2.1.2 胶凝材料体积的计算

V胶凝材料=0.129m3;

2.1.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算

W胶凝材料用水量=96kg;

由于胶凝材料为259+100=359kg，考虑泌水，泌水系数MW=0.2

胶凝材料拌合用水=89kg拌合水量体积的计算

V胶凝材料拌合用水量体积=0.089m3

2.1.4、胶凝材料浆体体积的计算

V胶凝材料浆体体积=0.218m3

2.1.5 砂子用量及用水量

S砂子用量=1014kg

W砂子最少用水量=7kg

W砂子最大用水量=27kg

2.1.6 石子用量及用水量

G石子用量=889kg

W石子用水量=889*1.8%=16kg

2.1.7 骨料用水量

W砂石骨料最少用水量=7+16=23kg

W砂石骨料最大用水量=7+16=43kg

2.1.8 调整后的配合比

2.2 混合砂配制C30混凝土

2.2.1 调整基准

原配合比中胶凝材料为：水泥280kg，需水量27，密度3100kg/m3;粉煤灰100kg，需水量比0.96，密度2200kg/m3;28天实际强度37.3MPA。在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。

水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA

C30混凝土的水泥用量=259

粉煤灰用量仍然取100kg。

2.2.2 胶凝材料体积的计算

V胶凝材料==0.129m3;

2.2.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算

W胶凝材料用水量==96kg;

由于胶凝材料为259+100=359kg，考虑泌水，泌水系数MW=0.2

胶凝材料拌合用水=89kg拌合水量体积的计算

V胶凝材料拌合用水量体积==0.089m3

2.2.4 胶凝材料浆体体积的计算

V胶凝材料浆体体积==0.218m3

2.2.5 砂子用量及用水量

S砂子用量==746kg

W砂子最少用水量=746*（5.7%-2.5%）=24kg

W砂子最大用水量=746*（7.7%-2.5%）=39kg

2.2.6 石子用量及用水量

G石子用量==1090kg

W石子用水量=1090*1.8%=20kg

2.2.7 骨料用水量

W砂石骨料最少用水量=24+20=44kg

W砂石骨料最大用水量=39+20=59kg

2.2.8 调整后的配合比

3 C50混凝土

3.1 天然砂配制C50混凝土

3.1.1 調整基准

原配合比中胶凝材料为：水泥280kg，需水量27，密度3100kg/m3;粉煤灰100kg，需水量比0.96，密度2200kg/m3;28天实际强度37.3MPA。在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。

水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA

C50混凝土的水泥用量=50*1.15*7.5=431

粉煤灰用量取50kg。

3.1.2 胶凝材料体积的计算

V胶凝材料=0.162m3;

3.1.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算

W胶凝材料用水量==129kg;

由于胶凝材料为431+50=481kg，考虑泌水，泌水系数MW=0.6

胶凝材料拌合用水=103kg  拌合水量体积的计算

V胶凝材料拌合用水量体积==0.103m3

3.1.4 胶凝材料浆体体积的计算

V胶凝材料浆体体积=0.265m3

3.1.5 砂子用量及用水量

S砂子用量=1014kg

W砂子最少用水量=1014*（5.7%-5%）=7kg

W砂子最大用水量=1014*（7.7%-5%）=27kg

3.1.6 石子用量及用水量

G石子用量==763kg

W石子用水量=763*1.8%=14kg

3.1.7 骨料用水量

W砂石骨料最少用水量=7+14=21kg

W砂石骨料最大用水量=27+14=41kg

3.1.8 调整后的配合比

3.2 混合砂配制C50混凝土

3.2.1 调整基准

原配合比中胶凝材料为：水泥280kg，需水量27，密度3100kg/m3;粉煤灰100 kg，需水量比0.96，密度2200kg/m3;28天实际强度37.3MPA。在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献

水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA

C50混凝土的水泥用量=431

粉煤灰用量取50kg。

3.2.2 胶凝材料体积的计算

V胶凝材料==0.162m3;

3.2.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算

W胶凝材料用水量==129kg;

由于胶凝材料为431+50=481kg，考虑泌水，泌水系数MW=0.6

胶凝材料拌合用水=103kg拌合水量体积的计算

V胶凝材料拌合用水量体积=0.103m3

3.2.4 胶凝材料浆体体积的计算

V胶凝材料浆体体积=0.162+0.103=0.265m3

3.2.5 砂子用量及用水量

S砂子用量==746kg

W砂子最少用水量=746*（5.7%-5%）=24kg

W砂子最大用水量=746*（7.7%-5%）=39kg

3.2.6 石子用量及用水量

G石子用量=（1-0.265-0.353）*2709-746*9.7%=962kg

W石子用水量=962*1.8%=17kg

3.2.7 骨料用水量

W砂石骨料最少用水量=24+17=41kg

W砂石骨料最大用水量=39+17=56kg

3.2.8 调整后的配合比

4 试配

4.1 配合比调整计算

根据现场测量砂石的技术参数、已知混凝土配合比以及已知混凝土强度进行配合比调整计算。得到所要配制的混凝土配合比，进行混凝土外加剂掺量调整试验。

4.2 外加剂调整

C30混凝土：水泥259+粉煤灰100+水96，掺加外加剂，调整外加剂至净浆流动扩展度达到250mm时的掺量为3.1%。

4.3 试配工艺

首先将砂石骨料按照配合比称量加入搅拌机，开启搅拌机，加入预湿骨料水，然后加入胶凝材料，同时加入外加剂和胶凝材料拌合水，待混凝土拌合物留平时停止搅拌，四盘混凝土全部一盘实现试配成功，配制的混凝土没有出现离析、泌水、抓地和扒底现象。由于配合比合理，在搅拌机中停止搅拌即可实现自流平，卸料流速平稳，拌合物表面有光泽，停止流动后顶部没有石子外露的现象，用铲子铲混凝土拌合物很轻，浆体本身的流动很好。

5 技术经济分析

在工作性方面，经过现场实践，试验室技术员都熟练掌握了数字量化混凝土实用技术的核心内容，可以通过已知混凝土配合比和强度调整预期的混凝土配合比，熟练掌握了外加剂用量的调整方法;砂子紧密堆积密度、含石率和含水率的试验方法;石子堆积密度、空隙率和吸水率的测量方法以及石子表观密度的计算方法。通过现场计算和试配，实验人言都能够掌握一盘即可配制出符合设计要求的混凝土的方法。对合理使用沙漠砂配制混凝土、降低试配劳动量、提高混凝土动态质量控制，保证质量，节约社会资源，发挥巨大的作用。解决了混凝土离析、泌水、抓地以及扒底的问题，实现了一盘搞定混凝土配合比的目标。

在强度方面，本次调整计算所用原配合比中水泥为280kg，混凝土实际强度为37.7MPA，不考虑粉煤灰对强度的贡献，水泥的质量强度比为7.7kg/MPA，技术经济分析如下：

当所用的原材料品种不变时，C30混凝土调整后，工作性良好，水泥由280kg减少至259kg，节约21kg，采用预湿骨料工艺后混凝土强度由37.3MPA增加到43.4MPA，折算为水泥（43.4-37.3）MPA*7.5kg/MPA=45.75kg，要保持强度不变时，合计可以节省水泥21+45.75=66.75kg，当地单价400元/吨，单方混凝土降低成本26.7元。