混凝土拌合物配合比设计

混凝土拌合物配合比设计 第一节 混凝土拌合物性能 和配合比设计 缪汉良 一、概念 由胶结料（如水泥）、水、细骨料（如砂 子）、粗骨料（如石子）以及必要时掺入外加剂和 矿物掺合料，按一定比例混合成为塑性状态的拌合 物称为混凝土拌合物； 在影响混凝土结构工程质量与成本的诸多因 素中，配合比设计至关重要；需要根据工程要求、 结构形式和施工条件确定混凝土的组份，即水泥、 骨料、水及外加剂的配合比例。 配合比设计检测不同于其它项目的检测，需 要试验人员熟悉各种原材料的性能，需要具备丰富 的实践经验，在配制混凝土时需要掌握混凝土拌合物和试件的制作方法。 二、检测依据 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 GB/T50080 2002 普通混凝土配合比设计规程 JGJ55-2000 三、混凝土拌合物性能试验方法 （一）试验室拌合方法 1.目的及适用范围 规范混凝土试验方法，使混凝土拌合物性能有 统一的试验方法； 通过混凝土的试拌确定配合比； 制作各种混凝土试件。 2.拌合物取样及试样制备 （ 1）同一组混凝土拌合物应从同一盘或同一车混凝土中取样，取样量应多于试验所需量的 1.5倍，且宜不小于 20L。 混凝土拌合物的取样应具有代表性，一般在同一盘或同一车混凝土中的约 1/4处、 1/2处和 3/4处分别取样，从第一次取样到最后一次取样不宜超过 15min,然后人工搅拌均匀。 从取样完毕到开始做各项试验不宜超过 5min。 （ 2）混凝土工程施工中取样进行混凝土试验时，取样方法和原则应按 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 2002及 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 GB/T50080 2002有关规定进行。 每 100盘，不超过 100m3,取样不少于 1次； 每一工作班不足 100盘，取样不少于 1次； 一次浇注 1000m3以上，每 200m3取样不少于 1次； 每层楼每工作台班，取样不少于 1次； 混凝土抽样在浇注地点随机抽取。 试验室拌制混凝土进行试验时： 1）试验室温度： 20 5 ，材料温度应与试验室温度一致； 2）称量精度：骨料 1%，水、水泥、外加剂、掺合料 0.5%； 3）拌合物取样后应尽快试验；应人工略加翻拌，以保证试样均匀；水泥如有结块，须用 0.9mm筛将结块筛除； 4）所用机具应润湿； 5） 混凝土拌合物的制备应符合 普通混凝土配合比设计规程 JGJ55 2000中的有关规定。 3.试验步骤 （ 1）人工拌合 润湿工具，将砂、水泥、石子拌匀（至少翻拌 3次），加水（外加剂一般与水同时加入）拌至均匀，加水完毕至搅拌完毕在10min内完成。 （ 2）机械拌合 先用适量同配比混凝土挂浆，然后将称好的石子、水泥、砂按顺序倒入机内预拌，再将水倒入机内拌 1.52min，将混凝土拌合物倒在钢板上，人工翻拌均匀。一次拌合量不少于搅拌机容积的 20%。 （二）稠度试验方法 混凝土拌合物稠度也称和易性、工作性。包括三方面的含义： 流动性、粘聚性和保水性。 和易性 ：是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。 流动性 ：是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。流动性的大小，反映拌合物的稀稠，它直接影响着浇捣施工的难易和混凝土的质量。 粘聚性 ：是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能。粘聚性差的混凝土拌合物，或者发涩，或者产生石子下沉，石子与砂浆容易分离，振捣后会出现蜂窝、空洞等现象。 保水性 ：是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。保水性差的拌合物，在混凝土振实后，一部分水易从内部析出至表面，在水渗流之处留下许多毛细管孔道，成为以后混凝土内部的透水通路。另外，在水分上升的同时，一部分水还会滞留在石子及钢筋的下缘形成水隙，从而减弱水泥浆与石子及钢筋的胶结力。 外分层 内分层 稠度（和易性、工作性）试验方法： 1.坍落度与坍落扩展度 法 : （ 1）目的和适用范围： 本方法适用于坍落度值 10mm，骨料最大粒径 40mm的混凝土拌合物稠度测定。 （ 2）仪器设备 坍落度筒： 底部直径 200 2mm 顶部直径 100 2mm 高 度 300 2mm 筒壁厚度 不小于 1.5mm 捣 棒：直径 16mm、长 600mm的钢棒，端 部应磨圆。 （ 3）试验步骤 a.润湿工具； b.按规定方法装料和捣插，刮去多余混凝土，抹刀抹平； c.垂直平稳提离 坍落度筒（ 510s完成），从装料开始到 提离 坍落度筒的整个过程应在 150s内完成； d.量测筒高与 坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，以 mm为单位，即为混凝土拌合物的 坍落度值； （ 4）结果评定 a.提离 坍落度筒后，如混凝土发生崩塌或一边接 剪坏现象，重新取样另行测定。第二次仍出现上述现象，表示混凝土和易性不好，应记录备查。 b.观察 坍落后混凝土试体的 粘聚性和保水性。 粘聚性的观察方法 ： 将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，如果混凝土锥体逐渐下降，表示粘聚性良好，如果锥体倒塌或崩裂，说明粘聚性不好； 保水性观察办法： 若提起坍落筒后发现较多浆体从筒底流出，或混凝土试体因失浆而骨料外露，说明保水性不好。 当混凝土 坍落度 220mm时，用 坍落扩展度表示混凝土拌合物的稠度（和易性）。 坍落扩展度的测定：用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，两者之差小于50mm时，用其算术平均值作为 坍落扩展度值；两者之差大于 50mm时，试验无效。 若粗骨料在中央聚集或边缘有水泥浆析出，表示混凝土抗离析性能不好，应记录备查。 混凝土拌合物坍落度与坍落扩展度值以 mm为单位，测量精确至 1mm，结果表达修约至 5mm。 2.维勃稠度 法 : （ 1）目的及适用范围： 本方法适用于 维勃稠度在530s、骨料最大粒径40mm的混凝土拌合物稠度测定。 （ 2）仪器设备 维勃稠度仪（见图） 秒表 （ 3）试验步骤 a.维勃稠度仪置于坚实水平地面；用湿布润湿与混凝土接触的仪器及用具表面； b.将喂料斗提到 坍落度筒上方扣紧，校正容器位置，拧紧固定螺丝； c.按规定方法装料； d.转离喂料斗，提起 坍落度筒，注意不使混凝土试体产生横向扭动； e.把透明圆盘轻轻置于混凝土顶面； f.拧紧固定螺丝，检查测杆螺丝是否完全放松； g.开启振动台，同时秒表计时，当透明圆盘被水泥浆布满的瞬间停表计时，并关闭振动台。 （ 4）结果评定 由秒表读出的时间（秒）即为该混凝土拌合物的 维勃稠度值。 （三）凝结时间试验方法 凝结时间是混凝土拌合物的一项重要指标，对混凝土工程中混凝土的搅拌、运输及施工有重要的参考作用。 1.目的及适用范围 本方法适用于从混凝土拌合物中筛出的砂浆用贯入阻力法来确定 坍落度值不为零的混凝土拌合物 凝结时间的测定。 2.仪器设备 贯入阻力仪：由加荷装置、测针、砂浆试样筒和 标准筛组成，有手动和电动两种。 应符合以下要求： 加荷装置：最大测量值应不小于 1000N，精度为 10N； 测 针：长为 100mm、承压面积有 100mm2、 50mm2、 20mm2三种， 在距 贯入端 25mm处刻有标记； 标 准 筛：筛孔为 5mm圆孔筛； 砂浆试样筒 3.试验步骤 a.用 5mm筛筛尽混凝土拌合物中的砂浆，将砂浆拌匀，将砂浆一次分别装入三个试样筒中，做三个试验； 混凝土 坍落度 70mm时，宜用 振动台振实砂浆； 混凝土 坍落度 70mm时，宜用捣棒人工捣实。 振动台振实砂浆时，振动至表面出浆为止，不宜过 振； 捣棒人工捣实时，沿螺旋方向由外向中心均匀插 25次，然后用橡皮锤轻击筒壁，至插捣孔消失为 止。 振或捣实后，砂浆表面应低于筒口约 10mm； 砂浆试样筒应立即加盖。 b.砂浆试样制备完毕，编号后置于 20 2 的环境中，或与现场同条件环境中。除在吸取泌水和进行贯入试验外，试样筒应始终加盖。 c.凝结时间以水泥加水开始计时。根据混凝土拌合物的性能，确定测针试验时间，以后每隔 0.5h测试 1次，临近初、终凝时可增加测定次数。 d.在每次测试前 2min，将一 20mm厚的垫块垫入筒底一侧使其倾斜，用吸管吸去表面的泌水，吸水后平稳地复原。 e.测试时将砂浆试样筒置于 贯入阻力仪上，测针端部与砂浆表面接触，在 10 2s均匀地使测针贯入砂浆 25 2mm深度，记录贯入压力 P，精确至 10N；记录测试时间，精确至 1min；记录环境温度，精确至 0.5 。 f.各测点的间距应大于测针直径的 2倍，且不小于15mm，测点与筒壁距离应不小于 25mm。 g.贯入阻力测试在 0.228MPa之间应至少进行 6次，直至贯入阻力大于 28MPa为止。 h.在测试过程中应根据砂浆凝结状况，适时更换测针，按下表选用。 测针选用规定表 贯入阻力 MPa 0.23.5 3.520 2028 测针面积 mm2 100 50 20 4.结果评定 （ 1） 贯入阻力的结果计算 fPR=P/A fPR-贯入阻力 (MPa)，精确至 0.1 MPa P-贯入压力（ N） A-测针面积（ mm2） （ 2）初凝时间、终凝时间的确定 ln(t)=A+Bln(fPR) A、 B-为线性回归系数 初凝时间： ts=e A+Bln(3.5) 终凝时间： te=e A+Bln(28) ts、 te精确至 1min 凝结时间也可用绘图 法确定：以贯入阻力 为纵坐标，经过的时 间为横坐标，绘制贯 入阻力与时间的关系 曲线，以 3.5 MPa和 28 MPa作两条平行 于 横坐标的直线，与 曲线分别相交，交点 的横坐标即为 初凝时 间和 终凝时间。 （ 3）用三个试验结果的算术平均值作为此次试验的初凝和终凝时间。 如果三个测值的最大值或最小值与中间值的差超过 10%，则以中间值为试验结果；如果最大值和最小值与中间值的差均超过 10%，则此次试验无效。 （ 4）凝结时间用 h:min表示，并修约至 5min。 （四）泌水与压力泌水试验 混凝土凝结以前，新鲜混凝土内悬浮的固体粒子在 重力作用下下沉，当混凝土保水能力不足时，混凝 土表面会出现一层水，这种现象叫泌水。 混凝土拌合物泌水性能是混凝土拌合物在施工中的 重要性能之一，尤其是对大流动性的泵送混凝土更 为重要。在混凝土施工过程中泌水过多，会使混凝 土丧失流动性，从而严重影响混凝土可泵性和工作 性，并会对工程质量造成严重影响。 1.泌水试验 （ 1）目的及适用范围 本方法适用于骨料最大粒径不大于 40mm的 混凝土拌合物泌水测定。 （ 2） 仪器设备 试样筒：容积为 5L并配有盖子； 台 秤：称量为 50kg、感量为 50g； 量 筒：容量为 10mL、 50mL、 100mL的量筒 及吸管； 振动台和捣棒。 （ 3）试验步骤 1）用湿布润湿试样筒内壁并称出其质量 G0。 2）混凝土装料和振实（有两种方法） A：振动台振实：试样一次装入筒内，振动至表面出浆， 避免过振；使混凝土拌合物表面低于筒可 30 3mm，用抹刀抹平。抹平后立即计时并称量 G1。 B：捣棒捣实：试样分两层装入，每层由边缘向中心均匀 捣插 25次，每次捣插捣棒应贯穿本层，每层捣完后用 橡皮锤轻击外壁 510次，至插捣孔消失并不见大气泡为止，使混凝土拌合物表面低于筒 30 3mm，用抹刀抹平。抹平后立即计时并称量 G1。 3）在吸取泌水的整个过程中，应使试样筒保持水平、 不受振动；除吸水外，应始终盖好盖子；室温应保 持在 20 2 。 4）计时开始后 60min内，每隔 10min吸水一次； 60min后，每隔 30min吸水一次，直至认为不 再泌水为止。为便于吸水，每次吸水前 2min，将一片 35mm厚的垫块垫入筒底一侧使其倾斜，吸水后平稳地复原。吸出的水放入量筒 中，记录每次吸水的水量并计算累计水量，精 确至 1mL。 （ 4）结果评定 1）泌水量计算： Ba-泌水量 (mL/mm2)，精确至 0.01 mL/mm2。 V-最后一次吸水后累计的泌水量（ mL） A-试样外露的表面面积（ mm2） AVB a 三个测值的最大值或最小值与中间值的差超过 15%，则以中间值为试验结果；如果最大值和最小 值与中间值的差均超过 15%，则此次试验无效。 泌水率计算 Gw= G1 G0 B-泌水率（ %） Vw-泌水总量（ mL） Gw-试样质量（ g） W-混凝土拌合物总用水量（ mL ） G-混凝土拌合物总质量（ g） G1-试样筒及试样总质量（ g） G0-试样筒质量（ g） 1 0 0)/(WWGGWVB2.压力泌水试验 混凝土拌合物压力泌水性能是泵送混凝土的重要性 能之一，关系到混凝土在泵送过程中是否会离析而 堵泵。 （ 1）目的及适用范围 本方法适用于骨料最大粒径不大于 40mm的混凝 土拌合物压力泌水测定。 （ 2） 仪器设备 压力泌水仪：量程 6MPa，分度值不大于 0.1MPa， 200 mL量筒，捣棒。 （ 3）试验步骤 1）混凝土拌合物分两层装入压力泌水仪的缸体容 器内，每层由边缘向中心均匀捣插 20次，每次捣 插捣棒应贯穿本层，每层捣完后用橡皮锤轻击外壁 510次，至插捣孔消失并不见大气泡为止，混凝 土拌合物表面低于筒 30mm处，用抹刀抹平。 2）将容器外壁擦净，压力泌水仪按规定安装完毕 后立即给混凝土试样加压至 3.2MPa， 打开泌水阀 门同时开始计时，保持恒压 ， 泌出的水接入 200 mL量筒内。加压至 10s时读取泌水量 V10，加压 至 140s时读取泌水量 V140。 （ 4）结果评定 压力泌水率计算： BV-压力泌水率（ %），精确至 1% V10-加压至 10s时的泌水量（ mL ） V140-加压至 140s时的泌水量（ mL ） 1 0 014010 VVB V（五）表观密度试验 1.目的及适用范围 本方法适用于测定混凝土拌合物捣实后的单位体积 质量（即 表观密度 ）。 2.仪器设备 容量筒： 5L（标定后使用）， d（ h） =186 2mm，壁厚 =3mm 台 秤：称量为 50kg、感量为 50g； 振动台和捣棒。 3.试验步骤 （ 1）用湿布润湿试样筒内外壁并称出其质量 W1， 精确至 50g。 （ 2）混凝土装料和捣实（有两种方法） 坍落度 70mm，宜用振动台振实； 坍落度 70mm，宜用捣棒捣实； 用振动台振实时，一次装料，振动中如混凝土低于 筒口，随时添加，至表面出浆时为止； 用捣棒捣实时，分两层装入，每层由边缘向中心均 匀捣插 25次，每次捣插捣棒应贯穿本层，每层捣 完后用橡皮锤轻击外壁 510次，至插捣孔消失并 不见大气泡为止。 （ 3）刮去筒口多余的混凝土，表面如有凹陷应填平；擦净容量筒外壁，称出试样与容量筒总质量W2，精确至 50g. 4.结果评定 表观密度计算： -表观密度（ kg/m3），精确至 10 kg/m3 W1-容量筒质量（ kg） W2-试样与容量筒总质量（ kg ） V-容量筒容积（ L） 100012 VWWhh （六）含气量 1.目的及适用范围 本方法适用于骨料最大粒径不大于 40mm的混凝土拌合物含气量测定。 2.仪器设备 含气量测定仪：由容器及盖体两部分组成。容器应由硬质、不易被水泥浆腐蚀的金属制成，其内表面粗糙度不应大于 3.2微米，内径应与深度相等，容积约为 7L。盖体应用与容器相同的材料制成。盖体部分应包括有气室、水找平室、加水阀、排水阀、操作阀、进气阀、排气阀及压力表。压力表的量程为 0 0.25MPa，精度为0.01MPa。容器及盖体 之间设置密封垫圈，用螺栓连接，连接处不得有空气存留，并保证封闭； 台秤：称量 50kg,感量 50g； 捣棒和振动台 3.试验步骤 （ 1）在进行拌合物含气量测定之前，首先应测出骨料中