C30混凝土配合比設(shè)計

摘要混凝土作為使用范圍較廣的人造材料，是建筑工程中必不可少的原材料，是當(dāng)今社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對社會和經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用。但與此同時，混凝土的耐久性和抗裂性等問題給施工也帶來了一定的困擾。通過眾多專家的研究，綜合國內(nèi)外情況來看，在混凝土中加入膨脹劑以彌補收縮變形是解決混凝土收縮開裂的一種有效方法。在適宜的水灰比和一定的摻量范圍內(nèi)，加入膨脹劑可以改善混凝土的某些力學(xué)性能和耐久性。本次試驗設(shè)計是對摻加UEA膨脹劑的c30水泥混凝土進行配合比設(shè)計，通過數(shù)據(jù)分析，最終確定當(dāng)水灰比范圍為0.4～0.5，膨脹劑的摻量范圍為8%～12%時，混凝土的力學(xué)性能會有所改善。關(guān)鍵詞：UEA膨脹劑，混凝土，力學(xué)性能，坍落度

目錄TOC\o"1-2"\h\u27354摘要 114044前言 前言自從有了混凝土以來，混凝土的裂縫問題就一直困擾著人們。大家都知道，混凝土是多相復(fù)合材料，其中的孔隙是不可避免的，且孔隙越大，混凝土的耐久性越差，會造成結(jié)構(gòu)物的破壞、崩塌，引起開裂。為了有效地解決混凝土開裂問題，改善混凝土的使用壽命，我們通常都會摻加膨脹劑。特別是在大體積混凝土中，為了補償收縮，往往需要摻加膨脹劑。但膨脹劑的使用條件較為苛刻，一旦膨脹劑摻入量超出一定范圍時，混凝土力學(xué)性能就會受到影響，因此只有合理的膨脹劑摻量才會使混凝土的性能得到良好的改善?；仡櫯蛎泟┑陌l(fā)展歷程，日本首創(chuàng)的膨脹劑給膨脹混凝土(尤其是補償收縮混凝土)的廣泛應(yīng)用帶來生機[1]。1962年，日本在美國K型膨脹水泥的基礎(chǔ)上研制出了硫鋁酸鈣膨脹劑，這種膨脹劑摻加在砼中能夠有效地增強砼的抗?jié)B抗裂等性能，同樣伴隨出現(xiàn)問題體現(xiàn)在砼的需水量、坍落度的保持值、水泥用量、摻入砼中的強度的相對降低等。1979年，吳中偉先生撰寫的《補償收縮混凝土》專著出版，這是我國科學(xué)界首次提出補償收縮混凝土理論[1]。在吳中偉院士的補償收縮混凝土理論的指導(dǎo)下，我國混凝土膨脹劑開發(fā)應(yīng)用取得了很大的成績，膨脹劑的質(zhì)量從高堿到低堿，從高摻到低摻，摻膨脹劑的補償收縮混凝土的性能研究日趨系統(tǒng)，其應(yīng)用技術(shù)不斷完善，應(yīng)用范圍逐漸擴大，尤其在混凝土裂縫控制方面已成為一種有效的技術(shù)措施[1]。在國內(nèi)，雖然膨脹劑的研究應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的成就，但是，由于使用膨脹劑的工程的越來越多，使用的范圍也越來越廣，失敗的案例也越來越多，一些施工單位對膨脹劑的作用效果產(chǎn)生了質(zhì)疑，甚至不愿使用。究其原因，主要是對膨脹劑本身了解不夠，對膨脹劑的使用條件和使用量存在一定的盲目性，膨脹劑自身性質(zhì)不穩(wěn)定，存在缺陷，致使摻膨脹劑的混凝經(jīng)常無法達(dá)到預(yù)期的膨脹，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在中后期乃至初期仍然會發(fā)生變形開裂。因此，膨脹劑的使用條件以及摻量問題有很重要的現(xiàn)實意義，值得進一步研究。本文根據(jù)UEA膨脹劑的性能，通過改變UEA膨脹劑在混凝土中的摻量來觀察混凝土力學(xué)性能的變化，從而確定可以改善混凝土力學(xué)性能的最佳摻量，以此來更好地確?；炷恋馁|(zhì)量，改善混凝土的力學(xué)性能。1.原材料的性能測定1.1水泥本次試驗使用P·S42.5水泥，并根據(jù)相關(guān)規(guī)程對P·S42.5水泥的幾項重要指標(biāo)進行測定。1.1.1水泥細(xì)度本試驗采用負(fù)壓篩析法對水泥進行細(xì)度測定。用負(fù)壓篩析儀對25克的水泥試樣篩析2分鐘。篩析后，稱量篩余質(zhì)量，并進行數(shù)據(jù)記錄。本次試驗共進行兩次，試驗結(jié)果如表1.1所示：表1.1水泥細(xì)度試驗記錄表組別水泥試樣質(zhì)量（g）水泥篩余物質(zhì)量（g）水泥試樣篩余百分?jǐn)?shù)(%)平均值(%)第一組25.000.100.400.42第二組25.000.110.44由于兩次篩余結(jié)果的絕對誤差小于0.5%,所以本次試驗的水泥細(xì)度可以確定為0.42%。1.1.2水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量首先根據(jù)水泥的質(zhì)量，確定合適的用水量，然后用攪拌機進行水泥凈漿的拌制，拌制完成后，用維卡儀進行測定，當(dāng)測量結(jié)果為5mm～7mm時，即可確定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。本次試驗共進行兩次，試驗結(jié)果如表1.2所示：表1.2水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗記錄表水泥質(zhì)量(g)用水量（g）試桿與底板距離（mm）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量P(%)500140.023不合格(水泥凈漿過稀)500143.010不合格(水泥凈漿過稀)500144.04不合格(水泥凈漿過干)500143.5628.7(水泥凈漿適當(dāng),符合要求)由表1.2可以得出,當(dāng)用水量為143.5g時，試桿與底板距離是6mm,符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所以由此數(shù)據(jù)可以算出，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為28.7%。1.1.3水泥凝結(jié)時間本次試驗采用標(biāo)準(zhǔn)維卡儀對水泥的凝結(jié)時間進行測定。首先制作水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿，并將水泥全部加入水中的時間作為凝結(jié)的起始時間，在確定凝結(jié)的終止時間時應(yīng)注意，達(dá)到凝結(jié)狀態(tài)時需用維卡儀進行兩次測定，兩次測定結(jié)果一致時，才可確定凝結(jié)狀態(tài)。本次試驗結(jié)果如下：表1.3水泥凝結(jié)時間試驗記錄表初凝時間9:20-12:55215min終凝時間9:20-15:01341min由表1.3可以得到水泥初凝時間為215分鐘，終凝時間為341分鐘，均處于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)，故本次試驗數(shù)據(jù)可以采用。1.2集料本次試驗采用的粗集料為5-10mm的碎石和10-20mm的碎石，細(xì)集料為河砂中砂。1.2.1粗集料的表觀密度試驗由于疫情原因，試驗室被封，無法繼續(xù)進行試驗，所以本次試驗數(shù)據(jù)由本校試驗室提供，由于本次試驗所用的5-20mm的碎石和試驗室所用的為同一批碎石，故數(shù)據(jù)可以用來使用。本次試驗采用網(wǎng)籃法來測定碎石的表觀密度。將粗集料過4.75mm號篩后，稱取一定量的試樣放入盛有水的燒杯中浸泡24小時，然后將試樣放入調(diào)試好的溢流水箱中，打開溢流孔的開關(guān)，當(dāng)水流到與液面維持原來的高度時，記錄水中質(zhì)量。取出網(wǎng)籃中試樣用擰干的濕毛巾擦拭，在其保持表干的狀態(tài)下，稱量其表干質(zhì)量。最后將試樣放入烘箱烘干，并稱量其烘干后的質(zhì)量。本次試驗共進行兩次，試驗結(jié)果如表所示：表1.45-10mm碎石的表觀密度試驗記錄表（本校試驗室數(shù)據(jù)）組號水中質(zhì)量（g）表干質(zhì)量（g）烘干質(zhì)量（g）表觀相對密度（g/cm3）平均表觀密度（g/cm3）第一組942.701497.701485.302.7372.736第二組846.601342.201334.902.734表1.510-20mm碎石的表觀密度試驗記錄表（本校試驗室數(shù)據(jù)）組號水中質(zhì)量（g）表干質(zhì)量（g）烘干質(zhì)量（g）表觀相對密度（g/cm3）平均表觀密度（g/cm3）第一組987.401564.601557.402.7322.730第二組969.701537.901530.902.728由表1.4可以得出兩組試驗結(jié)果之差為0.3%，在允許的誤差范圍之內(nèi)，所以5-10mm的碎石表觀密度可以取兩次試驗結(jié)果的平均值2.736g/cm3。由表1.5可以得出兩組試驗結(jié)果之差為0.4%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，所以10-20mm的碎石表觀密度可以取兩次試驗結(jié)果的平均值2.730g/cm3。1.2.2粗集料的堆積密度試驗讓試樣距容量筒筒口正上方5厘米處自由落下，使試樣裝滿并調(diào)整至與容量筒筒口基本平齊，稱量其總質(zhì)量。本次試驗共進行兩次，試驗結(jié)果如表所示：表1.6粗集料的堆積密度試驗記錄表（本校試驗室數(shù)據(jù)）組別容量筒質(zhì)量（g）容量筒+試樣（g）容量筒的容積（ml）堆積密度（g/cm3）平均值（g/cm3）第一組1706.415466.4100001.3761.366第二組1706.615366.6100001.357如表1.6可以看出，兩次試驗結(jié)果相差1.1%，并沒有超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍，所以粗集料的堆積密度可以取兩次試驗結(jié)果的平均值1.366g/cm31.2.3粗集料的篩分試驗將大約1000g的5-10mm的碎石和大約2000g的10-20mm的碎石，分為兩組進行逐級篩分，且每一組篩分進行兩次，試驗結(jié)果如下：表1.75-10mm碎石的篩分?jǐn)?shù)據(jù)表組別篩孔尺寸（mm）第一組1000.1g第二組1000.2g平均累計篩余百分率（%）通過百分率（%）累計篩余范圍要求（%）篩余質(zhì)量（g)分計篩余百分率（%）累計篩余百分率（%）篩余質(zhì)量（g)分計篩余百分率（%）累計篩余百分率（%）9.5135.313.5313.53134.113.4113.4113.4786.530-154.75755.275.5189.04786.278.6092.0190.539.4780-1002.3696.89.6898.7270.37.0399.0498.881.1295-100篩底10.81.0899.87.80.7899.8299.810.19和998.199.80998.499.82如表1.7所示，5-10mm的碎石試樣在篩分前后質(zhì)量損失不超過2g，在允許的誤差范圍之內(nèi)，且兩次試驗的平均累計篩余率均在規(guī)定的范圍內(nèi)，所以本次試驗數(shù)據(jù)可以使用。10-20mm的碎石試樣在篩分前后質(zhì)量損失不超過3g，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，且兩次試驗的平均累計篩余率，除了9.5mm號篩上的平均累計篩余率低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的1.39%外，其余的均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對試驗結(jié)果的整體影響不大，所以本次試驗數(shù)據(jù)也可以使用。根據(jù)表的篩分?jǐn)?shù)據(jù)，現(xiàn)將兩種粒徑的碎石按照3：7的比例和4：6的比例進行配比，即5-10mm的碎石占30%（40%），10-20mm的碎石占70%（60%）。采用級配復(fù)合的方法，計算出兩種碎石的合成級配，從而判斷假設(shè)的配比是否符合要求，若符合要求比較哪種配比更加適合。經(jīng)計算所得的級配數(shù)據(jù)如表1.9和表1.10所示：表1.9粗集料3：7配比級配數(shù)據(jù)篩孔尺寸2.36mm4.75mm9.5mm19mm26.5mm級配復(fù)合5-10mm30%1.129.4786.5310010010-20mm70%0.963.3216.4086.58100合成級配1.015.1637.4490.55100下限002090100上限51060100100表1.10粗集料4：6配比級配數(shù)據(jù)篩孔尺寸2.36mm4.75mm9.5mm19mm26.5mm級配復(fù)合5-10mm40%1.129.4786.5310010010-20mm60%0.963.3216.4086.58100合成級配1.025.7844.4591.95100下限002090100上限51060100100根據(jù)表1.9做出粗集料3：7配比的合成級配曲線圖，如圖1.1圖1.1粗集料配比3:7的合成級配曲線圖根據(jù)表1.10做出粗集料4：6配比的合成級配曲線圖，如圖1.2：圖1.2粗集料配比4:6的合成級配曲線圖通過對比圖1.1和圖1.2可以看出，當(dāng)粗集料的配比為4：6時，合成級配的曲線更光滑，且合成的級配曲線處于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上、下限范圍內(nèi)，滿足級配要求，因此最終可以確定兩種碎石混合比例為5-10mm:10-20mm=4:6。1.2.4粗集料的含水率將兩種不同粒徑的碎石分別稱取約2000克，置于兩個淺盤中。然后，放入烘干箱，烘干后稱量其質(zhì)量，并計算烘干前后的質(zhì)量差，得出含水率。每組試驗進行兩次，試驗結(jié)果如下：表1.11粗集料含水率碎石粒徑烘干前粗集料（g）烘干后粗集料（g）含水率（%）平均含水率（%）5-10mm碎石2000.51990.10.5200.6002000.21986.60.68010-20mm碎石2000.41993.00.3700.3632000.91993.80.355如表1.11所示，最終可以確定5-10mm碎石含水率 =0.600%，10-20mm碎石含水率=為0.363%。1.2.5細(xì)集料的表觀密度試驗稱取800g的砂石放入烘干箱烘干，烘干后取300g的砂石倒入盛有水的容量瓶，搖動容量瓶。靜置一天后，繼續(xù)向容量瓶內(nèi)加水至刻度線，并稱量此時砂和容量瓶的總質(zhì)量。稱量完畢后，將砂倒出，向干凈的容量瓶內(nèi)加水直至刻度線，稱量此時瓶和水的總質(zhì)量。故取兩次結(jié)果的算術(shù)平均值作為最后的結(jié)果，即砂的表觀密度為2.657g/cm3。1.2.6細(xì)集料的堆積密度試驗本次試驗數(shù)據(jù)由本校試驗室提供，由于本次試驗所用河砂和試驗室所用的為同一批河砂，故數(shù)據(jù)可以用來使用。本次試驗與粗集料的堆積密度試驗步驟相似，試驗結(jié)果如下：表1.13細(xì)集料的堆積密度試驗記錄表(本校試驗室數(shù)據(jù)）組別容量筒質(zhì)量（g）容量筒+試樣（g）容量筒的容積（ml）堆積密度（g/cm3）平均值（g/cm3）第一組303.71741.510001.4381.445第二組303.71755.610001.452如表1.13所示，兩次試驗結(jié)果相差1.4%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所以本次試驗細(xì)集料的堆積密度可以確定為1.445g/cm3。1.2.7細(xì)集料的篩分試驗本試驗對砂石進行逐級篩分，根據(jù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)來計算砂石的細(xì)度模數(shù)，并以此來判斷砂石的種類。表1.14砂的篩分試驗記錄表組別（mm)第一組1000.0g第二組1000.1g平均累計篩余百分率（%）通過百分率（%）規(guī)定級配范圍（%）分計篩余質(zhì)量（g）分計篩余百分率（%）累計篩余百分率（%）分計篩余質(zhì)量（g）分計篩余百分率（%）累計篩余百分率（%）4.7554.05.405.4053.35.335.335.3794.6410-02.36215.221.5226.92212.521.2526.5826.7573.2525-01.18195.219.5246.44196.919.6946.2746.3653.6550-100.6179.417.9464.38181.718.1764.4464.4135.5970-410.3183.618.3682.74181.918.1982.6382.6917.3292-700.15130.013.0095.74127.312.7395.3695.554.45100-900.07535.53.5599.2938.93.8999.2599.270.73篩底3.50.3599.643.70.3799.62和996.499.64996.299.62細(xì)度模數(shù)3.063.05平均3.055根據(jù)表1.14可以繪制出細(xì)集料的級配曲線，如圖1.3所示：圖1.3細(xì)集料的級配曲線如圖1.3可以看出，在2.36mm號篩上，兩次試驗的平均累計篩分結(jié)果超過了規(guī)定范圍的1.6%，由于操作過程存在人為因素引起的誤差，且結(jié)果超出規(guī)范值不大，所以對整體使用影響不大，試驗數(shù)據(jù)可以使用。由表1.14可以看出，兩次篩分試驗計算所得出的細(xì)度模數(shù)相差0.01，誤差在允許范圍內(nèi)，所以最終的細(xì)度模數(shù)值可以確定為Mx=3.055。通過查表1.15可知，該砂屬于中砂。表1.15細(xì)度模數(shù)等級表細(xì)度模數(shù)（Mx）3.7～3.13.0～2.32.2～1.6等級粗砂中砂細(xì)砂1.2.8細(xì)集料的含水率稱取兩份質(zhì)量為500g左右的砂石試樣置于淺盤中，放入烘箱烘干，烘干完畢后稱量其質(zhì)量，計算烘干前后的試樣質(zhì)量差，得出細(xì)集料的含水率。本次試驗共進行兩次，試驗結(jié)果如下表所示：表1.16砂的含水率試驗記錄表烘干前細(xì)集料（g）烘干后細(xì)集料（g）含水率（%）平均值（%）500.5490.52.001.83500.4492.11.66如表1.16所示，根據(jù)試驗結(jié)果可以確定本次試驗細(xì)集料的含水率2.混凝土配合比設(shè)計2.1計算c30水泥混凝土配合比2.1.1c30基準(zhǔn)混凝土原料及設(shè)計要求（1）本次試驗設(shè)計所用的水泥為P·S42.5水泥；（2）本次試驗設(shè)計所用的細(xì)集料為級配良好的中砂；（3）本次試驗設(shè)計所用粗集料為粒徑5-10mm的碎石（40%）與10-20mm的碎石（60%）；（4）本次試驗設(shè)計的混凝土強度為c30；（5）本次試驗所設(shè)計的混凝土拌合物坍落度為70～90mm。2.1.2確定c30水泥混凝土配制強度由于沒有統(tǒng)計資料,所以混凝土的強度標(biāo)準(zhǔn)差σ按表2.1取值:表2.1標(biāo)準(zhǔn)差σ值表強度等級（MPa）標(biāo)準(zhǔn)差σ（MPa）<C20C20C45C50C554.05.06.0根據(jù)表2.1，本次試驗標(biāo)準(zhǔn)差取值為5.0，計算配制強度為：35+1.645×5=43.2MPa2.1.3計算水灰比（W/C）水灰比根據(jù)公式2.2計算：(2.2)回歸系數(shù)的取值按照表2.2選取:表2.2回歸系數(shù)取值系數(shù)品種碎石卵石0.530.490.200.13水泥富余系數(shù)按表2.3選用：表2.3水泥強度等級值的富余系數(shù)水泥強度等級值32.542.552.5富余系數(shù)1.121.161.10由表2.3確定本次試驗所用的P·S42.5水泥的富余系數(shù)為1.16，計算水泥28d實際強度結(jié)果得：=1.16×42.5=49.3MPa。計算水灰比得：2.1.4計算單位用水量和單位水泥用量根據(jù)本次試驗所設(shè)計的混凝土坍落度70～90mm和碎石的最大粒徑20mm，對照表2.4可以選取215kg的單位用水量。表2.4混凝土用水量（kg/m3）拌合物稠度碎石最大粒徑（mm）項目指標(biāo)162031.540坍落度（mm）10-3020018517516535-5021019518517555-7022020519518575-90230215205195根據(jù)所選的單位用水量，可以計算出混凝土的單位水泥用量，用公式2.4計算：=(2.4)由公式2.4可得，mco=215/0.54=398.15kg，即每立方米混凝土中水泥用量為398.15kg。2.1.5砂率的確定根據(jù)本次試驗碎石最大粒徑為20mm和2.1.3中的計算得到的混凝土的水灰比為0.54，這兩個條件，來查表2.5，并從中選擇合適的砂率。表2.5混凝土砂率（%）水灰比（W/C）碎石最大公稱粒徑（mm）16.020.040.00.4030-3529-3427-320.5033-3832-3730-350.6036-4135-4033-380.7039-4438-4336-41經(jīng)過查表2.5，本次試驗的砂率宜選32%-37%,經(jīng)過實踐操作,對砂率在可行范圍內(nèi)進行了調(diào)試,最終確定合適的砂率為37%。2.1.6計算砂石用量本次試驗采用重量法來計算粗、細(xì)集料的用量。用公式2.5，2.6，2.7，2.8來算：mco+mgo+mso+mwo=mcp（2.5）砂石總用量及個別用量的計算：mgo+mso=mcp-mco-mwo（2.6）砂的用量：mso= （mgo+mso）（2.7）石的用量：mgo=（mgo+mso）-mso（2.8）公式2.5，2.6，2.7，2.8中：mco—每立方米混凝土的水泥用量，kg;mgo—每立方米混凝土的粗集料用量，kg;mso—每立方米混凝土的細(xì)集料用量，kg;mwo—每立方米混凝土的用水量，kg;mcp—每立方米混凝土拌和物的假定總用量，kg，其值可按表2.6選用。表2.6普通混凝土的假定總量（mcp）混凝土強度等級項目≤C15C20～C35≥C40假定每立方米總量/kg236024002450經(jīng)過計算可得：細(xì)集料單位用量 =0.37×(2400-215-398.15)=661.13kg粗集料單位用量 =2400-215-398.15-661.13=1125.72kg（通過合成級配，確定粗集料中5-10mm碎石占40%，10-20mm碎石占60%，所以 =450.29kg；=675.43kg。）經(jīng)初步計算，每1立方米混凝土材料用量為：： ： ： =215：398.15：661.13：1125.722.1.7確定混凝土配合比以水泥的用量為單位用量，經(jīng)計算可以得出本次試驗所設(shè)計的c30混凝土的配合比為：水泥：水：細(xì)集料:粗集料=1：0.54：1.66：2.832.2制作混凝土試件2.2.1制作基準(zhǔn)混凝土試件本次試驗采用人工拌合的方法來制作混凝土的標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件。為避免材料浪費，按照