中建八局第一建设有限公司山东省济南市250000
摘要:水泥混凝土配合比设计是混凝土工程中很重要的一项工作,它直接影响到建设工程的顺利施工、混凝土工程的质量和混凝土工程的成本。混凝土配合比是指混凝土中各组成材料之间的比例关系,混凝土配合比设计则是根据工程要求、结构形式、施工条件以及原材料的技术性能来确定混凝土各组分的适当配合比例,同时还要满足混凝土的力学性能、工作性能、耐久性能、经济性能等四项基本条件,这是一项十分繁复的工作,所以,混凝土配合比设计的要点是工程项目建设人员必须熟知掌握的知识。
关键词:配合比设计;要点;水胶比;水泥混凝土;配合比试配
引言
近年来,随着社会的发展和市场经济的活跃,我国在基础建设上的投入一直保持在一个较高的水平,全国范围内各种建设项目的数量也在逐年递增,混凝土作为工程建设的主要材料自是必不可少的,其质量的好坏直接关系到建设工程的质量,一个完善可靠的混凝土配合比是提高工程质量、加快工程进度、降低造价、推动施工技术进步的前提,因此混凝土配合比的设计就显得尤为重要。
本文依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011,并结合多年试验室工作经验,总结出水泥混凝土配合比设计的三项技术要点:①水泥混凝土各组成材料的检测。②水泥凝凝土水胶比的确定。③水泥混凝土配合比的试配。现逐项进行详细的阐述,以供同行参考。
1水泥混凝土各组成材料的检测
水泥混凝土是由水泥、粗集料、细集料、矿物掺合料、外加剂和水按适当比例配合,经一定时间硬化而成的一种人工石材。混凝土原材料质量的好坏直接关系到水泥混凝土的质量,即使配合比做的再完美,原材料的质量检测把控不好也是无法保证混凝土的质量。所以原材料的质量检测就显得尤为重要,是混凝土配合比设计的基础。而在现实工作当中,混凝土原材料的检测往往流于形式,设计人员通常把大量的精力放在混凝土水胶比的计算确定和配合比试配上面,以便快速得到便于施工,工作性良好的混凝土配合比,这就为以后的工程质量留下了隐患,同时还有可能造成建设工程耐久性不佳,无法达到使用年限。下面就对混凝土原材料检测中应该注意的问题进行一一介绍。
1.1水泥的检测
水泥是混凝土不可或缺的组成部分,其用量也是影响混凝土成本最主要的因素。在配合比设计中,因为水泥是混凝土强度形成的主要因素,其用量直接关系到混凝土强度的高低,所以设计人员通常只重视水泥强度的检测,而忽视了水泥其他检测项目的重要性。本文认为,水泥还有两个检测项目尤为重要,分别是水泥碱含量和氯离子含量,需要特别注意。众所周知,在混凝土中存在着碱骨料反应和氯离子对混凝土中钢筋的锈蚀,碱骨料反应也叫碱硅反应,是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应,引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象。碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的,混凝土从内部膨胀开裂,最后失掉强度。同样,氯离子对混凝土中的钢筋产生锈蚀,在钢筋表面形成铁锈,体积膨胀数倍,引起混凝土结构开裂破坏。碱骨料反应和氯离子对混凝土中钢筋的锈蚀速度较为缓慢,随混凝土碱含量和氯离子含量的增加而加快,所以,混凝土碱含量和氯离子含量的高低直接影响着混凝土工程的耐久性,而混凝土的碱性物质和氯离子主要来源于水泥和外加剂,一般水泥占得比例相对较大,因此水泥碱含量和氯离子含量的高低会直接影响到混凝土工程的耐久性,在配合比设计中应得到相应的重视。
1.2粗、细集料的检测
在水泥混凝土中粗、细集料按一定的比例相互混合,粗集料相互嵌挤形成骨架,细集料填充其骨架空隙,二者共同作用形成骨架密实结构。本文认为粗集料的颗粒级配、针片状含量、碱活性和细集料的颗粒级配、含泥量(石粉含量)、碱活性是应该重点关注的检测项目。粗、细集料共同作用形成混凝土的骨架密实结构,粗细集料的混合物如具有良好的颗粒级配会使骨架嵌挤牢固,空隙填充密实,对混凝土的早期强度十分有利,同时混凝土拌合物粘聚性、保水性、流动性良好,不易发生离析和泌水,易于浇筑和抹面,而粗、细集料的颗粒级配的检测则是其配合比例的确定的关键和基础。粗集料针片状含量则是一个容易被忽视的重点,在建设项目施工中,很多时候混凝土拌合物的工作性不佳,离析、不易振捣抹面,都是粗集料针片状含量过大引起的,同时还会造成粗集料骨架嵌挤不牢,从而影响到混凝土的早期强度。这些问题在配合比初步设计中可以通过提高砂率、增加胶凝材料用量等方法避免,所以应重视粗集料针片状含量检测。粗、细集料的碱活性检测主要是为了预防混凝土的碱骨料反应,碱骨料反应的危害在上文中已作叙述,此处不再赘述。在混凝土配合比设计中应尽量避免使用碱活性集料,如无法避免,则需设法降低混凝土的碱含量,以延缓混凝土碱骨料反应,确保混凝土工程的耐久性。
1.3矿物掺合料、外加剂和水的检测
随着科技的进步,混凝土在矿物掺合料、外加剂的选择上越来越趋于多样化,矿物掺合料主要有粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰,外加剂也分为减水剂、引气剂、防水剂、速凝剂、膨胀剂、泵送剂等多种,以便使混凝土达到某些特定的要求。但这也为混凝土配合比的设计带来了不小的困难,如此多的品种与检测项目我们应该重点关注哪些?本文认为,矿物掺合料和外加剂使用主要起到两方面的作用:①提升混凝土的工作性,比如掺加粉煤灰、粒化高炉矿渣粉可以提高混凝土拌合物的粘聚性、保水性,改善混凝土的流动性;掺加引气剂、泵送剂可以改善混凝土拌合物的流动性。②提高混凝土的力学性能,比如掺加减水剂可以减少水的用量,提高混凝土的强度;掺加粉煤灰可以提高混凝土的后期强度。综上所述,矿物掺合料和外加剂主要服务于混凝土的工作性能和力学性能,在这两方面是有益无害的,那我们在配合比设计中就应该把精力放在它们对混凝土耐久性的影响上,所以矿物掺合料、外加剂和水的碱含量和氯离子含量才是我们应该关注的检测项目。碱性物质和氯离子对混凝土耐久性的危害在本文1.1节中已有叙述,此处不再赘述。
2水泥凝凝土水胶比的确定
水胶比是混凝土中用水量和胶凝材料的质量比,它的取值直接关系到混凝土的力学性能、经济性能和耐久性能,是混凝土配合比设计的灵魂所在。在一定条件下,水胶比越小,混凝土力学性能和耐久性能越好,经济性能越差,因此,在满足混凝土力学性能、耐久性能和工作性能的前提下,应尽量选用较大的水胶比。
在《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中给出了水胶比的计算公式,我们可以的直接计算得出混凝土的水胶比,那么问题来了,通过公式计算得出的水胶比是基于试验室条件下的,而并不是基于工地现场施工条件,在混凝土施工过程中需要面对各种极端恶劣的困难条件,比如气温的剧烈变化、大风雨雪天气、混凝土养护条件达不到、混凝土生产运输设备简陋等;同时随着科技的进步,工程建设当中普遍对混凝土的抗冻抗渗性能也提出了较高的要求,特别是用于水利工程的混凝土,长期处于水下或者潮湿的环境中,在冬季要抵抗冰雨的冻融侵蚀,所以在混凝土的抗冻抗渗方面有着很高的要求,达到较高的抗渗要求本身就需要一个较小的水胶比,而提高抗冻性能需要增加混凝土的含气量,含气量的增加必然会带来强度的损失,为了弥补强度的损失就需要减小水胶比。综上所述,基于施工中极端恶劣的困难条件和混凝土本身需要达到的抗冻抗渗性能,公式计算得出的水胶比不再合适,需要做适当的减小,笔者根据多年的配合比设计经验,认为在计算水胶比的基础上减小0.03~0.04最为合适。
3水泥凝凝土配合比的试配
混凝土配合比试配是在计算配合比的基础上,保持水胶比不变,通过调整配合比的其他参数使混凝土拌合物的性能符合设计和施工要求,是保证混凝土工作性能的关键。本文认为混凝土配合比的试配不仅会影响到混凝土的工作性能,同时还会影响到混凝土的耐久性能,是配合比设计中十分关键的一步。通常我们认为混凝土的工作性能就是混凝土拌合物的粘聚性、保水性和流动性,只要这三者达到最佳就表示混凝土的试配已经成功了,但是随着社会的发展与科技的进步,这种说法显然已经不再适用,在这里笔者认为还应该检测混凝土拌合物的1h经时变化量(坍落度、含气量),以确保混凝土拌合物的工作性能长时间保持在一个较好的状态。那么,为什么说混凝土配合比试配还会影响到混凝土的耐久性呢?这主要是因为绝大多数混凝土都有抗冻要求,混凝土的抗冻性能就是其长期抵抗冻融循环的能力,而混凝土的抗冻性能主要取决于其含气量。所以在试配时就必须检测混凝土的含气量,而含气量也并不只是达到设计值就可以了,还需要检查混凝土中的空气是否呈现一个良好的分布状态(气泡微小细密,分布均匀)。只有符合上述要求,混凝土的耐久性能才能达到设计和使用的要求。
结束语
总而言之,水泥混凝土配合比设计的好坏关乎建设工程能否顺利完成,故水泥混凝土配合比设计不容忽视。水泥混凝土配合比设计是一项非常重要的工作,无论施工单位还是检测机构,都应当足够重视,保证混凝土的力学性能、工作性能、耐久性能、经济性能达到最佳,才能从根本上提高建筑工程的质量。
参考文献:
[1]JGJ55-2011.普通混凝土配合比设计规程[S]
[2]GB175-2007.通用硅酸盐水泥[S]
[3]GB/T14684-2011.建设用砂[S]
[4]GB/T14685-2011.建设用卵石、碎石[S]
[5]GB/T50082-2009.普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S]
[6]GB8076-2008.混凝土外加剂[S]
[7]JGJ63-2006.混凝土用水标准[S]