高強混凝土的配合比設計
及其以上的混凝土。在道路與橋梁、隧道和工業與民用建筑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,縮小結構物截面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。不論混凝土路面、橋梁或隧道等,在設計時都會對不同的結構部位提出不同的設計強度要求。為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,采用一個比設計強度高的配制強度,才能滿足設計強度的要求。
2)
滿足高施工性的要求。高強混凝土大多用于大跨度橋梁、長隧道和高層鋼筋混凝土建筑物等中,這些建筑物配筋率大,混凝土澆筑困難,坍落度若小于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材料的用量,降低工程造價,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
配制高強混凝土一般采用強度等級不小于42. 5
的硅酸鹽水泥、普通硅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制在500 kg/ m3 ～600 kg/ m3 范圍內。
2. 2 骨料
1) 骨料的品種應選擇硬質砂巖、石灰巖、玄武巖等母巖的碎石為粗骨料;細骨料應選用河砂或碎石砂。2)
粗、細骨料的表觀密度應控制在2. 65 kg/ m3 以上;粗骨料的吸水率應低于1. 0 %
,細骨料的吸水率應低于2. 5 %。3) 粗骨料的壓碎值應低于10 % ,*大粒徑不應大于25 mm
,針片狀顆粒含量不宜大于5. 0 % ,含泥量不應大于0. 5 % ,泥塊含量不宜大于0. 2 %。4)
細骨料的細度模數宜大于2. 6 ,含泥量不應大于2. 0 %,泥塊含量不宜大于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,從而提高混凝土的和易性和硬化后混凝土的強度。
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,從而提高硬化后混凝土的強度等。
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硅粉、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95 %時,混凝土的試配強度f cu ,
o與混凝土的設計強度標準值f cu , k之間的關系為f cu , o= f cu , k + 1.
645σ,而對高強混凝土沒有規定,按日本規范規定,配制高強混凝土的試配強度公式為:
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 ———溫度修正系數,即不同氣溫下的強度修正值,一般為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鮑羅米公式相差較遠,它們的基準水灰比只能按現有試驗資料確定,然后通過試配予以調整。
3. 3 單位用水量W
硬化后混凝土的強度通常與用水量成反比,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。對于高強混凝土由于其骨料*大粒徑波動范圍很小為10
mm～25 mm ,坍落度波動范圍也很小為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*佳值后,在等流動性下,混凝土強度將不會再提高。
3. 5 超細礦物質摻合料的種類與摻量
經驗表明:硅粉、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
%的硅粉置換相應的水泥,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,超量取代系數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**體積時,應相應減少砂的用量。超細礦物質摻合料若以復合形式摻加時,效果會更好。
3. 6 粗骨料用量
在干燥搗實狀態條件下,每立方米混凝土的粗骨料體積含量為0. 4 m3 左右,即每立方米混凝土中的粗骨料為1
050 kg～1 100 kg。
3. 7 砂率
由于高強混凝土中水泥漿體積相對較大,故砂率通常偏高。對于28 d 抗壓強度為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,用水量的減少與高效減水劑的品牌和質量有關。以固體用量計,高效減水劑的摻量為膠凝材料總重的0.
8 %～2. 0 %。
3. 9 高強混凝土的試配與配合比調整
1)
試配。試配用的粗、細骨料稱量均以干燥狀態為基準,攪拌方法應盡量與施工時相同,試配時每盤混凝土的用量不應少于15
L 。
2) 和易性調整。當混凝土過于干硬,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于配制強度,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。
4 結語
1) 高強混凝土應選用質量穩定、強度等級不低于42. 5
級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,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,改善骨料界面效應,提高混凝土的強度。硅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增大。配制高強混凝土的粗骨料*大粒徑不應大于25
mm ,針片狀顆粒含量不應大于5. 0 % ,含泥量不應大于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加大混凝土的用水量和高效減水劑的用量,加大混凝土干縮,降低混凝土的強度。細集料的細度模數宜大于2.
6 ,含泥量不應大于2. 0 % ,砂率在34 %～39 %。