现代混凝土配合比设计注意事项.docx

1、现代混凝土配合比设计注意事项现代混凝土配合比设计注意事项我国混凝土的现状强度水平提高严酷环境中工程增多，耐久性要求突出水泥和混凝土的关系变化流变性能要求提高现场劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾传统观念形成的理由例如，许多规范、标准限定混凝土中粉煤灰的掺量应在25%以下，尤其是预应力混凝土构件中的掺量。这是因为过去我们的混凝土中没有掺用减水剂，混凝土的水灰比较大（一般都高于0.5）。在这种情况下掺入粉煤灰，减少水泥的用量，就会使混凝土的凝结时间明显延缓、硬化速率减慢，表现为早期强度低、混凝土渗透性增大。 高水灰比的水泥浆体里，水泥颗粒悬浮于水分中，水化环境良好，可以迅速地生成表面积增大100

2、0倍的硅酸盐水化物等，有良好地填充浆体内空隙的能力。虽然从颗粒形状来说，粉煤灰易于堆积密实，但是它水化缓慢，生成的凝胶量少，难以填充颗粒周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆体的强度和其他性能总是随其掺量增大（水泥用量减少）呈下降趋势（在早龄期尤为显著）。 为什么粉煤灰掺量如此之大的混凝土各项性能会很优异呢？ 但是现今高效减水剂的应用已经很普遍，混凝土所用水灰比，尤其是掺有矿物掺合料混凝土的水胶比很容易降至0.5以下，同时现今的水泥活性则远高于二十世纪八十年代以前的水泥（因为早强矿物C3S(硅酸三钙）含量显著提高、粉磨细度加大），因此掺加矿物掺合料的混凝土，即使是掺量很大的混凝土，与过去混凝土相比，其

3、早期强度的发展速率也大大加快了。在低水胶比（如0.3左右）的水泥浆体里情况就大不一样了。不掺粉煤灰时，高活性的水泥因水化环境较差，即缺水而不能充分水化，所以随水灰比下降，未水化水泥的内芯增大，生成产物量下降；但由于颗粒间的距离减小，要填充的空隙同时减小，因此混凝土强度发展迅速。 这种情况下用粉煤灰代替部分水泥，在低水胶比条件下，水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显（掺量为58%:左右，初期水灰比则约0.65）。水泥水化程度的改善，则有利于粉煤灰作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙

4、已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而降低温升等其他优点则依然起着有利于混凝土性能提高的作用。 以上所述低水胶比下粉煤灰作用的变化，可以用一个“动态堆积”的概念来认识，这是相对沿用的静态堆积而言的。通常在选择混凝土原材料和配合比时，是以各种原材料在加水之前的堆积尽量密实为依据的；但是当加水搅拌后，特别是在低水胶比条件下，如何通过粉状颗粒水化的交叉进行，使初始水胶比尽量降低，混凝土单位用水量尽量减少，配制出的混凝土在密实成型的前提下，经过水化硬化过程，形成的微结构应更为密实。传统混凝土配合比设计方法的问题整体体强度水平高了，拌合物从低塑性发展到当前的泵送，流动性大大提高；

5、原材料也有很大变化：水泥强度等级高 细度细，骨料粒形和级配差了，且品种多样化，品质相差很大；外加剂和矿物掺合料普遍使用，水胶比普遍降低，关键是混凝土耐久性逐渐成为混凝土的重要性能。传统混凝土配合比设计方法以保罗米公式为重要基础已经不适合现代混凝土。超量替代法存在的问题超量取代法：有关配合比的规范中提出粉煤灰的超量取代法 ，即在能被接受的掺量范围取代水泥，另多掺一部分取代砂子 这只是一种计算而已,在数量上代砂 ，实际上因为细度量级的差别在功能上粉煤灰并不是砂，不可能代砂 ，仍然是胶凝材料，却因为超量而变相增加浆体含量。有人认为掺粉煤灰后的混凝土抗裂性改善不明显，浆骨比增大是其原因之一 建议今后不

6、再采用这种实际上增加浆骨比的计算方法现代混凝土技术的简单与复杂混凝土是什么？ 混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系。 简单得“通常认为任何站在那里没事干的人都能直接就去浇筑或捣实混凝土”； 复杂得至今无法建立实验室指标试验结果和同样复杂的现场条件下的混凝土行为的相关关系；人们仍不确知混凝土的体内在服役的环境中随时间究竟发生了什么。复杂的体系混凝土是十分复杂的一个材料体系，恐怕是人类所用各种材料中最为复杂的。 砂、石、水泥、外加剂、矿物掺合料与水的简单混合，即刻出现一个有明显“生命历程”的材料体系，其中水泥自发进行着长期延续的水化硬化过程，带动整个体系经历复杂的物理化学力学的变化过程，而就在

7、这变化过程中得到长期使用。 混凝土是极其复杂的多相、多尺度的非匀质体，这就造成了混凝土材料本身的高度复杂性和随机变化性，加之我国幅员辽阔，对于使用地方性材料的混凝土而言，其变化就更加复杂了。 仅就原材料而言，各地、各厂的水泥是变化的，哪怕就是同一个水泥厂生产的水泥也是变化的，骨料是变化的，外加剂是变化的，粉煤灰更是变化的。 对混凝土，人们的描述用语是：多组分、多相、多种尺度颗粒物料混杂堆积互相填充的组成结构，具有不稳定性、非均质性、不连续性、多种尺度的孔隙结构、接触界面情况复杂，而这一切都在变动等特点，。 混凝土里面包含着综合许多门学科内容的大学问。可惜，探究这些学问是十分复杂而艰难的。现代混

8、凝土技术趋于复杂混凝土配合比对于新拌混凝土和硬化混凝土的重要意义不言而喻。现代混凝土使用复合超塑化剂和超细矿物质掺合料，近年来机制砂逐渐成为建筑用砂的主要品种后矿物组成与品质差异比较大，再加之各地水泥在组分、与外加剂相容性、开裂敏感性方面有较大不同，这些都使配合比设计趋于复杂。 原因是使用环境、原材料和施工方法的多样性。例如今年暑期在大连理工大学举行的首届全国大学生混凝土材料设计大赛中呈现的现象。 正所谓： 人工造石本无奇，砂子石头和水泥。 一朝采用多组分，百变技法令人迷。什么是当代混凝土？ 当代混凝土是建立在混凝土化学外加剂和矿物掺合料两大混凝土科学技术进展基础上的六组分混凝土。 预拌混凝土

9、是当代混凝土的主体品种。以预拌混凝土、泵送为主流。拌和料的流变性能成为重要问题。我国混凝土规范与设计方法的问题国内外学者提出多种配合比设计方法，大多是以经验为基础的半定量设计方法。正如陈肇元院士所说：“能满足质量控制标准的混凝土，可以有不同的配合比设计方法”。传统混凝土配合比设计方法的问题我国自1970年代引进高效减水剂，直到 1980年代末至今得以大量使用后，混凝土强度不再依赖于水泥强度，用17577水泥标准的425#水泥（相当于现行水泥标准的32.5等）已能配制出C60 的泵送混凝土 在本质上，混凝土主要还是由水泥 骨料和水组成的硬化，但是其内涵已发生很大变化。整体体强度水平高了，拌合物从

10、低塑性发展到当前的泵送，流动性大大提高；原材料也有很大变化：水泥强度等级高 细度细，骨料粒形和级配差了，且品种多样化，品质相差很大；外加剂和矿物掺合料普遍使用，水胶比普遍降低，关键是混凝土耐久性逐渐成为混凝土的重要性能。传统混凝土配合比设计方法以保罗米公式为重要基础已经不适合现代混凝土。普通配合比设计新规范的要点 3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量应符合表3.0.4的规定，配制C15及其以下强度等级的混凝土，可不受表3.0.4的限制。 表3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量(3)素混凝土钢筋混凝土0.602502800.552803000.503200.45330相

11、关规范标准对水泥或胶凝材料最小用量的规定标准名称结构类别最大水灰比最小水泥用量最小胶凝材料用量建标55普通混凝土配合比设计规程有冻害环境普通混凝土0.5-320国标 50476混凝土结构耐久性设计规范有冻害环境普通混凝土0.55-280京标01-64-07混凝土矿物掺和料应用技术规程有冻害环境普通混凝土0.5200300国标50208地下防水工程质量验收规范地下结构防水混凝土0.55280-国标50010混凝土结构设计规范寒冷环境普通混凝土0.55275国标50119混凝土外加剂应用技术规范加防冻剂的普通混凝土0.6300-标准名称结构类别最大水灰比最小水泥用量最小胶凝材料用量国标50119混

12、凝土外加剂应用技术规范加膨胀剂的抗渗混凝土0.5280建标104建筑工程冬季施工规程冬季施工0.6300建标10-95混凝土泵送施工技术规程泵送300地下防水技术规程260 32050204-92施工验收规范50204-2002无规定无规定无规定无规定146-90粉煤灰混凝土应用技术规程注：结构用混凝土必须C25以上 所有水泥用量均未说明水泥品种和强度普通配合比设计新规范的要点 3.0.5 矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-1的规定；预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-2的规定。 表3.0.5-1 钢筋混凝土中矿物掺

13、合料最大掺量矿物掺合料种类水胶比最大掺量（%）硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥粉煤灰0.4045350.404030粒化高炉矿渣粉0.4065550.405545钢渣粉3020磷渣粉3020硅灰1010复合掺合料0.4065550.405545表3.0.5-2 预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量矿物掺合料种类水胶比最大掺量（%）硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥粉煤灰0.4035300.402520粒化高炉矿渣粉0.4055450.404535钢渣粉2010磷渣粉2010硅灰1010复合掺合料0.4055450.404535普通配合比设计新规范的要点3.0.8 对于有预防混凝土碱骨料反应设计要求的工程，混凝土

14、中最大碱含量不应大于3.03，并宜掺用适量粉煤灰等矿物掺合料；对于矿物掺合料碱含量，粉煤灰碱含量可取实测值的1/6，粒化高炉矿渣粉碱含量可取实测值的1/2。 预防混凝土碱骨料反应对可能发生碱-骨料反应的混凝土，宜采用大掺量矿物掺和料；单掺磨细矿渣的用量占胶凝材料总重 50%，单掺粉煤灰40%，单掺火山灰质材料不小于30%，并应降低水泥和矿物掺和料中的含碱量和粉煤灰中的游离氧化钙含量。指碱集料反应 当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差可按表4.0.2取值。混凝土强度标准值C20C2545C50 C554.05.06.0 4.0.3 遇有下列情况时应提高混凝土配制强度： 1现场条件与试验室条件有显著差异时； 2C30等级及其以上强度等级的混凝土，采用非统计方法评定时。 5.1.1 混凝土强度等级不大于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算： 当胶凝材料28d胶砂抗压强度无实测值时，公式（5.1.1-1）中的值可按下式计算