高強混凝土的配合比設計
及其以上的混凝土。在道路與(yu) 橋梁、隧道和工業(ye) 與(yu) 民用建築等工程中應用高強混凝土,可以節約水泥用量,減少鋼筋用量,縮小結構物截麵尺寸和提高混凝土的耐久性等。
1 高強混凝土配合比設計的基本要求
1)
滿足結構物設計強度的要求。不論混凝土路麵、橋梁或隧道等,在設計時都會(hui) 對不同的結構部位提出不同的設計強度要求。為(wei) 了保證結構物的可靠性,在設計混凝土配合比時,必須考慮到結構物的重要性、施工單位的施工水平等因素,采用一個(ge) 比設計強度高的配製強度,才能滿足設計強度的要求。
2)
滿足高施工性的要求。高強混凝土大多用於(yu) 大跨度橋梁、長隧道和高層鋼筋混凝土建築物等中,這些建築物配筋率大,混凝土澆築困難,坍落度若小於(yu) 15
cm ,施工很困難,故一般都采用18 cm 的坍落度。
3)
滿足高耐久性的要求。為(wei) 了提高高強混凝土的抗碳化、抗滲性、抗凍性、耐磨性和抗化學腐蝕性等,要求高強混凝土必須具有高耐久性。
4)
滿足經濟的要求。在滿足高強度、高施工性和高耐久性的前提下,配合比設計中應盡量降低高價(jia) 材料的用量,降低工程造價(jia) ,同時,盡量減少配合比設計中的試驗次數,降低試驗成本。
2 高強混凝土的原材料
2. 1 水泥
配製高強混凝土一般采用強度等級不小於(yu) 42. 5
的矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥或特種水泥(球狀水泥、調粒水泥和活化水泥)
。水泥和摻加的礦物質超細粉的總用量控製在500 kg/ m3 ～600 kg/ m3 範圍內(nei) 。
2. 2 骨料
1) 骨料的品種應選擇硬質砂岩、石灰岩、玄武岩等母岩的碎石為(wei) 粗骨料;細骨料應選用河砂或碎石砂。2)
粗、細骨料的表觀密度應控製在2. 65 kg/ m3 以上;粗骨料的吸水率應低於(yu) 1. 0 %
,細骨料的吸水率應低於(yu) 2. 5 %。3) 粗骨料的壓碎值應低於(yu) 10 % ,*大粒徑不應大於(yu) 25 mm
,針片狀顆粒含量不宜大於(yu) 5. 0 % ,含泥量不應大於(yu) 0. 5 % ,泥塊含量不宜大於(yu) 0. 2 %。4)
細骨料的細度模數宜大於(yu) 2. 6 ,含泥量不應大於(yu) 2. 0 %,泥塊含量不宜大於(yu) 0. 5 %。
5) 粗、細骨料的級配必須良好,這樣可以提高混凝土的密實度,從(cong) 而提高混凝土的和易性和硬化後混凝土的強度。
2. 3 高效減水劑
高強混凝土中應摻加高效減水劑或緩凝高效減水劑,這樣就能在滿足施工要求的和易性條件下,顯著降低混凝土的用水量,降低水灰比,使混凝土更密實,從(cong) 而提高硬化後混凝土的強度等。
2. 4 超細礦物質摻合料
高強混凝土常用的超細礦物質摻合料主要有矽粉、磨細礦渣、粉煤灰和天然沸石粉等,其作用主要有:
1) 滾球潤滑作用;
2) 微集料作用;
3) 火山灰反應作用。
3 高強混凝土的配合比設計
3. 1 試配強度的確定
混凝土試配強度必須超過設計強度標準值,以滿足強度保證率的需要,我國現行行業(ye) 標準J GJ 5522000
普通混凝土配合比設計規程中規定了普通混凝土強度的保證率為(wei) 95 %時,混凝土的試配強度f cu ,
o與(yu) 混凝土的設計強度標準值f cu , k之間的關(guan) 係為(wei) f cu , o= f cu , k + 1.
645σ,而對高強混凝土沒有規定,按日本規範規定,配製高強混凝土的試配強度公式為(wei) :
f cu , o = ( f cu , k + T) + K1σ。
式中: f cu , o ———混凝土試配強度,MPa ;
f cu , k ———混凝土設計強度標準值,MPa ;
T ———溫度修正係數,即不同氣溫下的強度修正值,一般為(wei) 4 MPa～6 MPa ;
K1 ———常數,取2. 0～2. 5 ;
σ———混凝土強度標準差,取3. 5 MPa。
3. 2 水灰比W/ C
高強混凝土一般都要采取增密措施,水灰比一般在0. 4
以下,其強度變化規律已經與(yu) 鮑羅米公式相差較遠,它們(men) 的基準水灰比隻能按現有試驗資料確定,然後通過試配予以調整。
3. 3 單位用水量W
硬化後混凝土的強度通常與(yu) 用水量成反比,因此,在施工和易性允許的條件下,混凝土的單位用水量應盡可能小。對於(yu) 高強混凝土由於(yu) 其骨料*大粒徑波動範圍很小為(wei) 10
mm～25 mm ,坍落度波動範圍也很小為(wei) 18 cm～21 cm ,每立方米混凝土單位用水量的取用見表1 。
表1 混凝土單位用水量的取用
3. 4 水泥用量C
由上述得到的水灰比W/ C 和單位用水量W ,可計算出水泥用量C = W/ ( W/ C)
。但應注意當水泥用量超過某一*佳值後,在等流動性下,混凝土強度將不會(hui) 再提高。
3. 5 超細礦物質摻合料的種類與(yu) 摻量
經驗表明:矽粉、磨細礦渣和天然沸石粉可等量替代水泥。保持混凝土的單位用水量和坍落度不變,混凝土中以5 %～7
%的矽粉置換相應的水泥,強度提高10 %左右;以5 %～10 %的天然沸石粉置換相應的水泥,強度提高10
%左右;以25 %的磨細礦渣置換相應的水泥,強度也能提高10
%左右;而粉煤灰應采用超量取代法摻入,超量取代係數K = 1. 2～1. 4 ,也即以1. 2 kg～1. 4
kg的粉煤灰取代1. 0 kg 水泥,才能使28 d 強度與(yu) 其準混凝土相同。
當超細礦物質摻合料的摻入增加了膠凝材料的**體(ti) 積時,應相應減少砂的用量。超細礦物質摻合料若以複合形式摻加時,效果會(hui) 更好。
3. 6 粗骨料用量
在幹燥搗實狀態條件下,每立方米混凝土的粗骨料體(ti) 積含量為(wei) 0. 4 m3 左右,即每立方米混凝土中的粗骨料為(wei) 1
050 kg～1 100 kg。
3. 7 砂率
由於(yu) 高強混凝土中水泥漿體(ti) 積相對較大,故砂率通常偏高。對於(yu) 28 d 抗壓強度為(wei) 60 MPa～120 MPa
的高強混凝土,砂率波動在34 %～39 %之間,且隨混凝土強度的增高,砂率呈減少的趨勢。
3. 8 高效減水劑的品種和摻量
不同品牌的高效減水劑在與(yu) 水泥和超細礦物質摻合料的兼容性上相差很大,因此,對給定的水泥和超細礦物質摻合料,需要通過試驗來選擇高效減水劑的品牌。高效減水劑的摻量增加,混
凝土單位用水量可相應減少,用水量的減少與(yu) 高效減水劑的品牌和質量有關(guan) 。以固體(ti) 用量計,高效減水劑的摻量為(wei) 膠凝材料總重的0.
8 %～2. 0 %。
3. 9 高強混凝土的試配與(yu) 配合比調整
1)
試配。試配用的粗、細骨料稱量均以幹燥狀態為(wei) 基準,攪拌方法應盡量與(yu) 施工時相同,試配時每盤混凝土的用量不應少於(yu) 15
L 。
2) 和易性調整。當混凝土過於(yu) 幹硬,可逐漸增大高效減水劑或單位用水量的用量,直到滿足施工要求的和易性。
3)
強度檢驗。如果混凝土抗壓強度低於(yu) 配製強度,可通過提高水泥強度或水泥用量、降低單位用水量和摻入超細礦物質摻合料等來解決(jue) 。
4 結語
1) 高強混凝土應選用質量穩定、強度等級不低於(yu) 42. 5
級的矽酸鹽水泥或普通矽酸鹽水泥,每立方米混凝土中的膠凝材料總用量500 kg～600 kg。
2) 為(wei) 了達到高強度,混凝土的水灰比一般要在0. 4 以下,這樣可使水泥石具有足夠的密實度。
3) 高效減水劑是高強混凝土不可缺少的組分,是降低混凝土水灰比的必須材料,摻量為(wei) 膠凝材料總重的0. 8
%～2. 0 %。
4)
超細礦物質摻合料是高強混凝土的功能組分之一。其可以調整水泥顆粒級配,起到增密、增塑、減水和火山灰效應,改善骨料界麵效應,提高混凝土的強度。矽粉和天然沸石粉的適宜摻量約10
% ,磨細礦渣約25 % ,粉煤灰約32 %。
5)
混凝土隨粗骨料*大粒徑、針片狀顆粒含量和含泥量的減少混凝土強度會(hui) 增大。配製高強混凝土的粗骨料*大粒徑不應大於(yu) 25
mm ,針片狀顆粒含量不應大於(yu) 5. 0 % ,含泥量不應大於(yu) 0. 5 % ,每立方米混凝土中的粗骨料用量1
050 kg～1 100 kg。
6)
細集料中的含泥量、泥塊和顆粒較細都會(hui) 加大混凝土的用水量和高效減水劑的用量,加大混凝土幹縮,降低混凝土的強度。細集料的細度模數宜大於(yu) 2.
6 ,含泥量不應大於(yu) 2. 0 % ,砂率在34 %～39 %。