C100配合比設(shè)計全

C100配合比設(shè)計1試驗原料1.1膠凝材料試驗用膠凝材料為重慶產(chǎn)南海水泥、錦藝硅灰、珞電粉煤灰。具體數(shù)值見表1。1.2集料試驗用石為重慶易世達產(chǎn)5～10mm和10～20mm兩檔破碎卵石，砂為洞庭湖II區(qū)中砂，細度模數(shù)2.72。石子均滿足GB/T14685—2011中級配范圍要求。但因石子2的含泥量和泥塊含量超標，所以經(jīng)水沖洗、晾曬備用；經(jīng)過石子1、2復(fù)配，最終確定35：65時，其堆積密度最大，即空隙率最小。1.3減水劑減水劑為重慶三圣特種外加劑公司生產(chǎn)的PCA5型高效引氣減水劑，濃度為2096，折固0.2試驗時，減水率在35～38％。2配合比設(shè)計2.1普通混凝土配合比設(shè)計高強混凝土由《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》乜3(以下簡稱《規(guī)程》)前言中修訂的部分技術(shù)內(nèi)容：修訂了普通混凝土試配強度的計算公式和強度標準差；修訂了混凝土水膠比計算公式中的膠砂強度取值及回歸系數(shù)αa和αb；增加了高強混凝土試配強度計算公式；增加了高強混凝土水膠比、膠凝材料用量和砂率推薦表?，F(xiàn)根據(jù)修訂內(nèi)容，依照規(guī)程進行混凝土配合比設(shè)計：(1)配制強度在JGJ/T55—2000中，混凝土配制強度公式為：fcu,0≥fcu,k+1.645σJGJ/T55—2011中，混凝土配制強度公式修訂如下：①當設(shè)計強度小于C60時，配制強度按下式計算：fcu,0≥fcu,k+1.645σ②當設(shè)計強度不小于C60時，配制強度應(yīng)按下式計算：fcu,0≥1.15fcu,kfcu,0——混凝土配制強度(MPa)；fcu,k——混凝土抗壓強度標準差，取混凝土的設(shè)計強度等級值(MPa)；σ——混凝土強度標準差(MPa)。根據(jù)修訂內(nèi)容可知，在高強度混凝土配合比設(shè)計中，已不再沿用強度標準差，而是直接取定1.15作為富裕系數(shù)。此種修訂的意義在于，將普通混凝土與高強混凝土配合比設(shè)計區(qū)分開來，更加科學(xué)、更具有針對性。(2)水膠比計算公式中的膠砂強度取值及回歸系數(shù)《規(guī)程》闡述，當膠凝材料28d膠砂抗壓強度值(fb)無實測值時，可按下式計算：fb=γfγsfce式中：γfγs——粉煤灰影響系數(shù)和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)。當水泥28d膠砂抗壓強度(fce)無實測值時，可按下式計算：fce=γcfceg式中：γc——水泥強度等級值的富裕系數(shù)；fceg——水泥強度等級值(MPa)。上述供述相關(guān)系數(shù)均可在《規(guī)程》中查閱，此處不予復(fù)述。經(jīng)對比觀察，表中系數(shù)實與礦物摻合料活性指數(shù)指標意義相同，只是摻量比例由0～50％，且數(shù)值較各礦物摻合料I級指標偏低。在高強混凝土中，硅灰摻入是非常必要而且有益強度增長的。參考陳建奎教授在全計算法中引入的HPC計算配合比與美國HPC配合比對比表格中數(shù)據(jù)，故因此確定硅灰摻量為膠凝材料總量的7％。但在《規(guī)程》中并未引入硅灰的影響系數(shù)(γsi)，這對于依照《規(guī)程》進行高強混凝土配合比設(shè)計是一大缺陷。根據(jù)硅灰活性指數(shù)的檢驗數(shù)據(jù)，得其活性指數(shù)為119％。此值的取得為硅灰摻量為10％情況，以硅灰對強度的119％貢獻率進行插值計算，可得在硅灰摻量為7％時，其抗壓強度比約為113％。同樣，參考陳建奎教授相關(guān)文獻，將粉煤灰摻量定為膠凝材料總量的10％。該粉煤灰為I級灰，故粉煤灰影響系數(shù)1，r取規(guī)范上限0.95。因此膠凝材料28d膠砂抗壓強度值(fb)公式可修正為：fb=γfγsifce經(jīng)計算得fb的值為(0.95×1.13×42.5×1.16)=53.1MPa。在JGJ/T55-2000的前言中，關(guān)于回歸系數(shù)修訂內(nèi)容闡述如下：“3.在全國六個大區(qū)進行了大量的水泥和混凝土試驗的基礎(chǔ)上，與實施的水泥新標準相適應(yīng)，修改混凝土強度公式中的回歸系數(shù)αa(A)和αb(B)?！庇纱丝梢?，回歸系數(shù)是隨著水泥生產(chǎn)工藝、砂石的開采工藝及混凝土現(xiàn)場的施工水平等相結(jié)合的變動數(shù)據(jù)，具體數(shù)值詳見表3。根據(jù)已獲得的砂漿強度和與之對應(yīng)的回歸系數(shù)，結(jié)合如下水膠比公式：經(jīng)計算得水膠比為0.233。(3)混凝土的單位用水量和砂率《規(guī)程》指出當水膠比在0.4～0.8范圍時，可按表5.2.1-1和表5.2.1-2選??；當水膠比小于0.40時，可通過試驗確定。本文按表5.2.1-2中90mm坍落度的用水量為基礎(chǔ)，按每增大20mm坍落度相應(yīng)增加5kg/m3用水量來計算，當坍落度增大到180m以上時，隨坍落度相應(yīng)增加的用水量可減少，本文取4kg/m3。假定目標坍落度為220mm，則未摻加減水劑的單位用水量為247kg/m3。因高膠凝材料總量，根據(jù)實際應(yīng)用，減水劑摻量定為3％，通過計算，用水量為148kg/m3。砂率可在《規(guī)程》表5.4.2的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20m、砂率增大1％的幅度予以調(diào)整。因表中水膠比最小為0.4，且觀察到碎石最大公稱粒徑20mm數(shù)據(jù)，隨水膠比每降低0.1，砂率的上下限均降低3％，故在此做大膽插值擬合，當水膠比為0.2時，砂率取值范圍為23％～28％。假定拌合物的目標坍落度為220mm，則其砂率中值為(25.5+(220—60)/20)=33.5％。采用內(nèi)插值法，可得水膠比為0.233時，其對應(yīng)的砂率為34.5％。(4)粗、細骨料用量因本文采用的為高效引氣減水劑，結(jié)合試拌結(jié)果，假定混凝土含氣量為2.5％，按照體積法進行計算。綜上，計算得到的混凝土配合比為表4編號1。2．2全計算法計算高強混凝土相比于傳統(tǒng)的混凝土配合比設(shè)計以強度為基礎(chǔ)的半定量計算方法的缺陷，陳建奎教授提出的全計算配合比設(shè)計方法，以工作性、強度和耐久性為基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型，將傳統(tǒng)的漿體體積ve衍生為干砂漿體積Ves，進而通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)準確計算混凝土的用水量和砂率，并與水膠比定則相結(jié)合計算出混凝土各組份，使得配比計算更準確、更快捷。2.2.1配合比全計算法設(shè)計步驟如下：2.2.2基于全計算法的C100混凝土配比設(shè)計減水劑摻量按照步驟6中的公式進行計算，20％濃度的摻量為7.7％，與經(jīng)飽和度試驗的3.0％摻量相差巨大。原因是減水劑的種類不同，機理和減水效果不同。礦物摻合料仍為7％硅灰和10％粉煤灰，由此計算得礦物摻合料占總膠凝材料的體積分數(shù)x=21.2％。因在計算單位用水量時X對結(jié)果影響不大，故取全計算法中已有的x=20％公式進行計算。(1)以JGJ/T55—2000系數(shù)計算因全計算法發(fā)表時間為2000年，故當時的配合比計算均以JGJ/T55-2000中的回歸系數(shù)進行，具體數(shù)值可參照表3。C100的全計算法配比為表4中編號2配合比。據(jù)PowersTC測定和計算，完全水化的水泥結(jié)合水量占水泥質(zhì)量的0.227。而編號2中的水膠比遠遠低于此值，雖說未水化的水泥熟料顆粒填充于水泥石之間，可起到微集料效應(yīng)，但過低的水膠比會降低水化速率、影響水化程度，對早期和后期強度均有影響。由此可以判定2000中的回歸系數(shù)對于全計算法計算高強混凝土是不適用的，下面繼續(xù)探討2011中系數(shù)是否適用。(2)以JGJ/T55-2011系數(shù)計算全計算法在計算單位用水量時，引入了礦物摻合料比例這一概念。這是否是對以純水泥砂漿計算水膠比的一種修正?根據(jù)水膠比計算公式，現(xiàn)假定如下：1)假定“復(fù)合膠凝材砂漿強度”<“純水泥砂漿28d強度”，理論計算W/B偏大，則增大了這種強度損失。2)假定“復(fù)合膠凝材砂漿強度”>“純水泥砂漿28d強度”，理論計算W/B偏小，則進一步保證了強度，但有可能造成經(jīng)濟浪費。根據(jù)全計算法單位用水量公式，當x=0，即不摻細摻料時：分別按照x=0.20％進行配合比計算得表4中編號3、4配比。將配合比編號3、4對比，修正后的單位用水量較理論純水泥要小，這種修正，對于假定2是有益的，即在低W/B下，降低了單位用水量，從而降低膠凝材料總量。同時，經(jīng)過漿體體積計算，修正后仍滿足Ve>350條件，且更加經(jīng)濟。(3)水化活性因子引入雖采用2011《規(guī)程》中A、B回歸系數(shù)，但如此低的水膠比勢必與實際相矛盾，正因如此，韓建國教授引入水化活性因子概念對其進行修正。因為在HPC中摻加了多種礦物摻合料，最常見的為硅灰和粉煤灰。因此需對水膠比定則作適當修正，在水膠比公式中將二者對混凝土的強度影響表征出來。具體公式如下：(4)綜合法在以《規(guī)程》進行配合比計算時，其考慮到對因礦物摻合料引入而對砂漿28d強度的修正，但在全計算法計算水膠比時并未考慮?，F(xiàn)將其引入進行計算，結(jié)合之前按照《規(guī)程》的計算結(jié)果，水膠比為0.233，再按照全計算法進行混凝土配比計算，得表4中6號配比。因編號5、6的配比極其接近，故只按照5號配比進行試驗。3結(jié)果與討論將上述編號1～5配合比進行試拌，并成型測定強度。具體數(shù)值見表5。3.1普通混凝土配比設(shè)計方法延伸高強混凝土在高強混凝土中，硅灰的摻加是十分必要的，但在《規(guī)程》中并未體現(xiàn)，結(jié)合硅灰的活性指數(shù)，參考礦物摻合料影響系數(shù)的實質(zhì)含義，對硅灰的影響系數(shù)進行插值內(nèi)推。同時，依照《規(guī)程》在普通混凝土配合比數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依照遞增梯度對混凝土單位用水量和砂率進行大膽推導(dǎo)計算，探究其是否存在線性或接近線性關(guān)系。通過對試拌結(jié)果的分析，提出礦物摻合料對砂漿28d強度的影響是十分必要的。但單位用水量的確定是通過假定得來，較實際值偏大，故造成在相同水膠比情況下，膠凝材料總量偏高；同時，拌合物存在輕微離析現(xiàn)象，可見砂率的推算有些偏低；在試件破型后觀察，因離析造成的試塊勻質(zhì)性不佳，強度沒有達到配制要求。3.2全計算法計算高強混凝土經(jīng)過編號2與4的對比發(fā)現(xiàn)，不同年代的回歸系數(shù)對水膠比的計算影響較大，應(yīng)選擇當前階段的系數(shù)進行計算。編號2由于帶入JGJ/T55—2000中A、B系數(shù)，造成水膠比遠小于最小完全水化值，造成水化速率和進程偏低，使得強度沒有達到配制要求；同時，由于低的水膠比造成漿體粘稠，倒筒時間遠遠超出要求范圍。編號4因A、B系數(shù)的修正，水膠比有所增大，但仍小于完全水化值。雖然其強度滿足C100混凝土的配制要求，但同樣，由于倒筒時間過長而難以實現(xiàn)泵送。對比編號3、4強度，如文上所述，單位用水量經(jīng)礦物摻合料體積分數(shù)的修正，對于基體強度大于水泥砂漿的條件，在保證強度基本不發(fā)生變化時，可以減少由膠凝材料用量的成本。觀察編號4至5的轉(zhuǎn)變，在引入水化活性因子后，水膠比隨之進一步被放大，對比兩組的抗壓強度值，5號并沒有下降的趨勢，原因在于其剛好處在完全水化點附近，未水化的礦物摻合料仍能起到微集料效應(yīng)，使得水泥石的強度得以完全發(fā)揮；同時，較高的水膠比使得拌合物的粘稠度降低，體現(xiàn)出較好的可泵送性能。最終，對比編號1和5，水膠比分別為0.233和0.234，存在現(xiàn)驚人的相似，均證明了隨著礦物摻合料的摻加，傳統(tǒng)的水膠比定則應(yīng)進行修正，且兩種方法的出發(fā)點相同，一個在于膠凝材料強度的修正，一個在于對初始水膠比的修正，