高强混凝土配合比确定方法的探讨.docx
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高强混凝土配合比确定方法的探讨
高强混凝土配合比确定方法的探讨
1现行的高强砼配合比确定方法
高强砼配合比的确定现在基本是应用普通砼的确定方法。
该方法是利用鲍罗公式及表格按强度及耐久性要求确定水灰比；按粘聚性要求确定砂率Sp；按流动性要求确定单位用水量WO；按经验确定外加剂掺量及掺合料用量；按以上确定参数计算初步配合比；然后进行试拌，按工作性好坏，对Sp、WO及外加剂等作适当调节；最后利用～f的线性关系进行强度调节确定配合比，这方法以其简单易行一直被人们所应用[2]。
2在普通砼及高强砼中，用料及配合比关键参数对性能的影响的差别[1~3]。
2.1水灰比
1）在原材料一定的条件下，在普通砼中，对强度起决定性作用。
因此，在确定时，除考虑耐久性外。
主要由强度确定：
而在高强砼中，除外，骨料含量、砂率、单位用水量等对强度也影响较为显著。
2）在普通砼中，灰水比与砼强度f的关系为线性关系，在进行砼试配时，正是利用了此关系进行强度调整；而在高强砼中，当较小时，～f的线性关系反常。
2.2磅率Sp的影响
在普通砼中，Sp对强度影响很少，对粘聚性影响十分显著。
随着Sp增大，粘聚性变好。
因此，在确定砼配合比时，没有考虑对强度的影响，只是按施工操作要求的粘聚性确定Sp。
在高强砼中，Sp对砼强度影响较大，试验表明，Sp减少，强度增加，Sp每减少1%，强度约增加1%；而Sp对粘聚性影响较小，原因是高强砼的较小，水泥用量大，且掺入大量的掺合料，本身粘聚性很好。
2.3骨料含量的影响
骨料含量对普通砼强度影响很小，而对高强砼影响较为显著，影响程度仅次于。
试验表明每减少0.01，强度增加3.5～5%，愈小，强度增长率越大，而对强度的影响程度为每减0.02，强度增加6.5~9%。
2.4单位用水量WO影响
普通砼中，当流动性一定时，用水量基本恒定，且当一定时，用水量WO对强度影响甚少，因此，需水量主要按施工要求流动性确定；而在高强砼中，用水量的大小对强度影响较为显著，当一定时，WO愈少，强度愈高。
试验表明，其影响程度与骨料含量对强度影响一致，当每m3砼减少5kg水时，强度增加3.5%～5%。
但是，WO受到外加剂的种类及掺量、混合料的种类及掺量、坍落度损失要求制约。
2．5外加剂的种类及用量的影响
在高性能砼中，一般都加有外加剂。
常加的有高效减水剂和缓凝剂。
减水剂主要用来提高砼流动性，其掺量的大小与减水剂种类、投放时间、水灰比、水泥与骨料种类、数量及环境温度等因素有关，很难以先确定准确的掺量。
太小，减水效果不显著；太多，超过减水剂饱和点，不但流动性不再增加，砼还会产生离析，影响砼质量，同时还增加成本。
缓凝剂也有类似情况，掺量适中，有利于减少坍落度损失，保证砼的泵送性能；掺量太小，作用不大；太多，凝结时间过长，影响后续施工操作，同时会使砼长时间疏松不硬，强度严重下降。
此外，水泥品种，掺合料的种类及掺量、骨料品种等对砼强度及工作性都有一定的影响。
3普通砼配合比确定方法在高强砼中应用已显不足
从以上论述可见，由于材料品种繁多，性能各异，配合比中各参数对砼性能影响复杂。
因此，高强砼中的各材料用量及各参数的取值很难像普通砼一样，予先确定一个具体值。
因此，普通砼配合比确定方法在高强砼中应用已显不足。
主要有以下几方面：
1）只考虑对强度的影响，忽略其它参数或材料品种对强度的影响，得出的配比不经济。
试验表明，同时考虑、sp、Wo及骨料含量对强度的影响进行配制砼，可显著提高砼强度及节约水泥，节约水泥12%~20%；2）利用～f的线性关系进行强度调整，当较小时，得出的配比不准确；
3）较难把砼强度，耐久性、工作性及经济性统一起来。
在配合比设计时，虽然其也考虑这些内容，但它是孤立地考虑的，因而得出的配比不够合理；
4）未有考虑各材料的特性及各材料之问的相互影响；
5）较难适应多项要求的砼。
如若同时要求砼满足强度、抗渗标号、坍落度、坍落度损失值、弹性模量及成本等目标，这种方诖就显得无能为力。
4应用“正交一综合评定法”确定高强砼配合比
4．1正交一综合评定法：
该方法是利用正交试验的原理安排试验，根据试验结果进行综合评定，找出满足各项工程要求的最佳配合比的方法。
步骤及方法见4.3实例。
4.2正交一综合评定法优点：
1）在各材料及参数对砼性能的影响还不太清楚的情况下，它能很好地处理各材料、各参数之间的相互关系。
它通过科学安排试验，利用其“整齐可比性”及“均衡搭配性，通过分析试验结果，可得到优化的配合比。
2）它能把砼强度、耐久性；工作性及经济性统一；适应多目标要求的砼；所得的配比技术先进，经济合理。
3）通过试验数据的分析，可弄清各材料，各参数对砼强度、耐久性、工作性及经济性的影响趋势及其影响的主次关系，为施工管理、质量控制、成本管理提供依据。
4.3实例：
某工程，混凝土设计强度等级为C55，C6O，采用泵送施工，坍落度要求150～180mm。
材料采用P.o525水泥，Dm~20mm碎石，中河砂，FDN高效减水剂掺量为0.5～1.1，缓凝剂为糖蜜，掺量为0.1%~0.3%。
1）明确试验解决问题及考核指标
要解决的问题：
提出满足施工要求，强度要求、耐久性要求及经济性要求的配合比。
考核指标：
C55砼强度≥65MPa，C60砼强度≥69MPa，入泵坍落度S=150～180mm，30rain后
坍落度≥120mm，成本愈低愈好。
2）挑因素，选水平。
选择的因素及因素水平如表1：
表1试验因素水平表
水平
A（水泥用量）（kg/m3）
B（单位用水量）（kg/m3）
C（砂率）（%）
D（缓凝剂）（%）
1
480
170
42
0
2
510
163
38
0.2
3
540
156
34
0.3
3）选择正交表：
由于有4个因素，3种水平，故选择L9，（34）正交表。
4）试验安排：
根据已选定的因素、因素水平及正交表，试验安排如表2。
5）试拌：
按试验安排中各试验号的参数计算试拌用料。
试拌时，高效减水剂用量以使流动性S=150～180mm确定。
并把试验结果填于表2。
表2 试验方案及结果表
试验号
试验结果
A
B
C
D
FDN（%）
S（mm）
∆S（mm）
f（MPa）
成本W（元/m2）
综合评分
名次
1
480
170
42
0
0.55
180
45
58.4
326.2
0
/
2
510
163
42
0.2
0.75
180
50
63.5
355.5
15
6
3
540
156
42
0.3
1.05
170
55
73.6
390.6
18
5
4
480
163
38
0.3
0.60
180
45
65.8
334.4
27
1
5
510
156
38
0
0.80
180
75
74.3
355.9
0
/
6
540
170
38
0.2
0.70
170
50
68.2
368.0
18
4
7
480
156
34
0.2
0.70
180
60
70.5
339.1
27
2
8
510
170
34
0.3
0.55
175
40
66.8
346.8
24
3
9
540
163
34
0
0.70
175
80
78.0
365.6
0
/
备注：
FDN—高效减水剂；S—坍落度；∆S—坍落度损失值；f—抗压强度；W—成本价
6）试验结果分析
①确定各因素对砼性能影响趋势及主次
各因素、因素水平对砼强度、坍落度损失值、成本影响如表3．表3数据是表2同一因素同一水平结果的平均值。
通过对极差进行分析，可得出各因素对以上结果影响的主次，极差愈大，影响愈大。
各因素对砼强度影响趋势大小为A>B>C>D，水泥用量、用水量，砂率大小对强度都有较大的影响；对坍落度损失值影响趋势大小为：
D>B>A、C。
缓凝剂掺量及用水量影响较显著；对成本的影响趋势大小为A>B>C>D，影响最大的为水泥用量．以上分析有利于施工管理，质量管理及成本管理。
表3极差分析
因素
强度/MPa
坍落度损失值/mm
成本/元·m2
f（-）1
f（-）2
f（-）3
极差
∆S（-）1
∆S（-）2
∆S（-）3
极差
w（-）1
w（-）2
w（-）3
极差
A
64.9
68.2
73.3
8.37
52
55
62
10
331.6
352.7
374.7
43.1
B
64.5
69.1
72.8
8.3
45
60
63
18
347
351.8
360.2
13.2
C
65.2
69.4
71.7
6.6
50
58
60
10
357.4
352.8
348.8
8.6
D
70.2
67.4
68.7
2.8
67
53
48
19
349.2
352.5
357.5
8.1
②确定最佳配合比
直观法：
在目标数较少或较易判别优劣时可用此法。
如本试验，以满足工作性要求，强度要求的条件下，成本低的为优．所以C55，C6o配比分别可定为4#，7#试验结果。
综合评分法：
当目标数较多或较难用直观法判别优劣时使用。
步骤如下：
第一，按各目标重要性程序不同，分别确定分值系数k。
如本试验，确定配比的原则为：
在满足施工、强度要求的条件下，尽量节约材料，因此，强度，坍落度损失值、成本的分值系数k分别取2，1，3。
第二：
评定各试验各目标得分：
首先确定基本得分a．，再求该目标得分k1·a1评定基本得分的方法为：
若目标值不符合设计要求得0分；其余按优劣排列，分捌得分为n，n—l……l。
也可用跳跃式评分，以便把优劣拉开得分距离。
第三：
求各试验综合得分：
把各试验各目标值得分相加。
如7#试验，坍落度损失值、强度、成本的基本得分a．分别为3、5、6。
目标值得分为：
a1·k1=3×l，5×2，6×3，综合评分为31分。
第四步：
确定最佳配比：
综合得分高为优。
然后按综合分高低排名次，当综合分相同时，以最重要目标为优者为优．本试验排次见表二、由表二得C55，C66配比分别为4#及7#试验结果
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