试述清水混凝土原材料的选择与配合比的设计.doc

试述清水混凝土原材料的选择与配合比的设计摘要：本文作者概述了混凝土拌合物的性能要求及清水混凝土原材料的选择与配合比设计方法。关键词：清水混凝土原材料选择原材料配合比前言清水混凝土是相对于普通混凝土而言的，在混凝土的力学性能方面， 二者是统一的， 都是满足混凝土标准要求的各项性能指标， 不同的是清水混凝土更强调了外观。我们一般这样看待清水混凝土： 一次成型， 不做任何外装饰， 混凝土表面平整光滑、 色泽均匀、施工缝的设置整齐、 美观， 不允许出现普通混凝土的质量通病 （如蜂窝、 麻面、 砂线等） ， 混凝土表面不受损和污染，各项性能均符合国家标准的高性能混凝土。良好的混凝土外观依赖于良好的拌合物性能。混凝土拌合物的性能主要指拌合物的稠度、 表观密度、 凝结时间、和易性等。对于清水混凝土最主要的拌合物性能指标是和易性。混凝土的和易性是指混凝土拌合物的施工操作难易程度和抵抗离析作用的性质。和易性是由流动性、 黏聚性、保水性等性能组成的一个总的概念。 流动性是指：混凝土拌合物在本身自重或施工振捣的情况下， 能产生流动性， 并且均匀密实的填满模板中各个角落的性能。 流动性好则操作方便， 易于振捣和成型。黏聚性是指： 混凝土拌合物在施工过程中， 相互之间有一定的黏聚力， 不分层， 能保持整体的均匀性能。因为混凝土拌合物是由密度和粒经不同的固体颗粒和水分组成，在外力作用下，各组成材料的沉降各有不同， 如果混凝土拌合物中各材料配比不当， 粘聚性较小， 则在施工中易发生分层、 离析、 泌水 （又称析水） 的情况， 致使混凝土硬化后产生 “蜂窝” 、 “麻面” 、 等缺陷， 影响混凝土的强度、 耐久性、和外观质量。保水性是指： 混凝土拌合物保持水分不析出的能力，混凝土拌合物的水， 一部分是保证水泥水化所需水量， 另一部分是为了使混凝土拌合物具有足够流动性， 便于浇捣所需的水量。 前者与水泥水化物形成晶体和胶凝， 将永远存在于混凝土中。 后者在混凝土运输、 浇捣中，在硬化凝结前很容易聚集到混凝土表面， 引起表面疏松、或积聚在骨料或钢筋的下面， 这种现象成为泌水性。 泌水是材料离析的一种表现形式， 即保水性差。一、 原材料的选择良好的混凝土拌合物性能依赖于良好的原材料的性能，以及它们之间的相互作用。因此清水混凝土工程，在工程开工前一定要根据工程的特点、 气候、 原材料的供应情况，对原材料进行科学的选择。 原材料的选择包括水泥、 粗、 细骨料、 掺合料、 外加剂等。1. 水泥： 水泥的选择从以下几个方面考虑：1.1. 如果无特殊要求， 水泥应首选硅酸盐水泥。因为在我国， 硅酸盐水泥厂家多， 规模大， 生产批量也大， 适宜挑选适合工程需要的水泥。1.2. 因清水混凝土对色差要求比较严格，而水泥凝化后的颜色基本上大致决定了混凝土的颜色，因此，一般在选择好水泥厂家及水泥的强度等级以后，为了色差的一致， 不要随便更换水泥，对于比较重要的部位，即外观要求比较严谨的地方， 最好能早备料， 做到使用同一批号的水泥。1.3. 如果工程使用外加剂，最好选用 c3a 含量低， c3s 含量高，细度较细的水泥。 这种水泥对外加剂的适应性比较强， 能充分发挥减水剂的分散， 塑化和减水效应。2. 粗骨料： 粗骨料的选择考虑以下几个方面：2.1. 粗骨料的级配要合理：好的级配可用较少的水泥净浆制得流动性好、 泌水少、 不离析的混凝土拌合物。硬化后能得到外观和内部结构都比较好的混凝土， 虽然我国的粗集料比较丰富，但由于开采加工和运输的问题， 使得市场上销售的粗骨料级配不良， 空隙率大，给清水混凝土的施工带来一定的难度。 在进行混凝土的试配中， 除进行筛分试验以外， 还要测定石子的表观密度和堆积密度， 计算出石子的空隙率。在石子表观密度一定的情况下堆积密度越大，空隙率越小， 石子的级配越好。一般碎石的空隙率要控制在 44%以内为宜。最好使用连续级配的石子， 如果无连续级配的， 可以将两种单粒级配混合成连续级配级配。但不排除特殊情况下使用单粒级配的可能。2.2. 控制石子的最大粒径：石子粒径的大小对混凝土的性能有一定的影响： 通过试配我们发现， 把石子的最大粒径控制在一定范围内，混凝土的外观和内部结构都比较优良。因为随着骨料粒径的增大， 混凝土的离散性增大，和易性变差， 混凝土内外部缺陷增多； 粒径过小， 混凝土的粘聚性增强。使得混凝土中气泡周围的张力增大， 气泡不宜排出。对(5-10)； (5-16.5)；（5-25 ） ；（5-31.5 ） ；（5-40 ） 系列连续级配的石子进行混凝土的试配， 只对外观作了定性的观察试验， 在保持工艺相同、 试验人员相同保持不变的情况下，试配时塌落度为：（10020 ） 拆模后发现， （5-20 ） 和 （5-25 ）外观质量最好， （5-31.5 ） ；（5-16.5） 的稍次， （5-10 ） ；（5-40 ） 的次之。因此， 清水混凝土用石子的粒径最好为：（5-20 ） ；（5-25 ） ；（5-31.5 ） 。2.3. 选择最佳的颗粒形状：粗骨料的颗粒形状以圆球或立方体为最佳。 含有较多的针状、 片状颗粒， 将增加混凝土的空隙率， 集料界面粘结力下降， 降低混凝土拌合物的和易性。 并且针片状颗粒受力时容易折断， 影响混凝土的强度。2.4. 含泥量和泥块含量应符合标准 jgj52-2006 的要求。2.5.为预防清水混凝土色差的产生， 同一单位工程最好同一货源。3. 细骨料： 选择细骨料考虑以下几点：3.1. 最好选用二区中砂。如果砂的级配不良， 偏粗， 应考虑加入一定量的细砂或特细砂， 必要时， 最好加入掺和料。以增加混凝土拌合物的和易性。3.2. 含泥量和泥块含量符合标准 jgj52-2006 的要求。3.3.为预防清水混凝土色差的产生， 同一单位工程最好同一货源。3.4.选择最优砂率。对于清水混凝土砂率的选择非常重要， 特别是在没有加掺合料的情况下， 砂率对混凝土的性能影响非常大。 砂率偏小时， 混凝土的粘聚性及保水性差， 塌落度试验时离散； 砂率偏大，虽然混凝土的黏聚性较好，但砂子表面积较大，包裹砂子所需的水泥浆量增加， 需水量增加， 这样一来， 混凝土的保水性就比较差， 振捣过程中容易泌水， 影响混凝土的外观。 砂率的选择，要根据砂石情况、 塌落度大小考虑， 由于地材情况各地差别很大， 一个合理的砂率必需通过适配获得。一般石子级配较好， 砂子较细， 砂率较小； 石子级配欠佳， 砂子较粗砂率较大。4. 掺合料： 从经济效率上考虑， 非高强混凝土， 工程中应用最广泛的是粉煤灰。加入粉煤灰有以下优点： a.可以改善混凝土的和易性， 这有利于混凝土外观的改善。特别是对于细颗粒缺少、 级配不良的砂， 形状不良的碎石， 粉煤灰的掺入， 可以减少混凝土拌合物的离析泌水， 更主要的是它可以增加混凝土的和易性， 减少塌落度损失，保持混凝土良好的匀质性。因为粉煤灰的 “形态效应” 和 “微集料效应” 是水泥颗粒所不具备的特性。其 “形态效应” 反映在： 粉煤灰的主要物相玻璃体，这些球形玻璃体表面光滑， 粒度细，质地致密，比表面积大，在与高效减水剂的共同作用下， 大大提高混凝土的流动性，改善混凝土施工性能。 粉煤灰的 “微集料效应” 表现在： 粉煤灰的微细颗粒匀分布在水泥颗粒中， 阻止了水泥颗粒的粘结，有利于混合物的水化反应，因此， 相应的减少了用水量，同时， 使混凝土不离析，改善了混凝土的黏聚性。b. 粉煤灰可以提高混凝土的后期强度：粉煤灰中含有大量的si02和al2o3。 可以与水泥水化时产 ca(oh)2发生反应， 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。5.外加剂。混凝土中外加剂的掺量与其它成份相比虽然掺量很少，但却能显著影响混凝土的性能， 由于清水混凝土的外观要求比较严格， 适宜选择高效减水剂， 尽量减少用水量。外加剂的减水率最好能达到 20%以上。高效减水剂对混凝土拌合物性能的流动性的影响有一定的规律， 掺量减少时， 随着减水剂掺量的增加， 混凝土拌合物的流动性增加的较少； 掺量较多后， 随着减水剂掺量的增加， 混凝土拌合物的流动性增加的也较少。只有在一个狭小的范围内， 掺量稍有增加， 拌合物的流动性成倍增长。反映在掺量与流动性关系曲线上， 两断平缓，中间有一急速上升段转入平缓段的区间即为减水剂的适宜掺量。因此使用外加剂时，要根据厂家推荐的掺量， 根据原材料的情况进行适配调整， 找出最佳掺量。 如果掺量较小， 起不到减水作用， 掺量过大，容易泌水。高效减水剂的加入建议采用滞水法，即减水剂滞后于水 1-3min加入。这样做：（1） .可以提高拌合物的流动性， 减少减水剂用量， 使混凝土在振实时不宜泌水。 （2） .当外加剂采用先掺法或同掺法时， 水泥品种对外加剂的掺量及减水效果影响很大， 当采用滞水法时， 水泥品种对外加剂的影响很小， 增加了外加剂对水泥的适应性。二、 配合比的设计根据原材料的实际情况找出最佳的施工配合比，获得最好成绩的混凝土拌合物性能，为打好清水混凝土工程奠定下良好的基础。清水混凝土配合比的设计和普通混凝土配合比设计一样，要经过计算、 试配、 调整， 确定施工配合比等阶段。计算是基础， 试配是关键，在试配的基础上做进一步的分析、 调整， 最后确定施工配合比。 影响混凝土内在质量、 外观、 经济指标的因素很多，一定要克服重计算，轻试配的作风， 工程实践证明， 没有好的施工配合比， 就不可能有良好的混凝土外观， 而一个好的施工配合比的获得， 都要经过大量的体力和脑力劳动。1.清水混凝土配合比的计算。试配用配合比的计算步骤如下：1.1 计算混凝土的配制强度 。混凝土的配制强度按下式计算：式中一混凝土施工配制强度。 （mpa）一设计的混凝土强度标准值。 （mpa） 一混凝土强度标准差。由公式可以看出，设计的混凝土强度标准值 是一定的， 所以配制强度的高低关键在于混凝土强度标准差 的取值。 的取值由统计而得。jgj/t55-2000 规定，当混凝土强度等级为 c20、 c25时， 其强度标准差的统计值小于 2.5mpa 时， 计算配置强度用标准差取 2.5mpa， 当混凝土强度等级等于或大于 c30 时， 其强度标准差的统计值低于 3.0mpa 时， 计算配制强度用标准差取用 3.0mpa。如果没有统计值， 可以根据施工管理水平的高低， 决定强度标准差的取值。强度标准差的大小， 反应了施工管理水平的高低。管理水平高， 混凝土强度离散性小， 标准差小； 管理水平差， 混凝土强度离散性大， 标准差就大，为了保证供 95%的混凝土强度大于或等于设计强度， 需大幅度的提高混凝土的试配强度，即提高水泥用量。因此， 虽然是用同强度等级的混凝土施工，对于不同的施工单位， 混凝土的施工配合比是不同的，施工单位要想节约材料， 降低成本， 增加效益， 必须加强管理。1.2 按计算相应的水灰比 （w/c）1.2.1 混凝土的水灰比应按下式计算：式中a aa b回归系数水泥的实际强度说明：a： 回归系数和按下列规定确定： 回归系数和应根据工程所使用的水泥、骨料和通过试验建立水灰比与混凝土强度关系式确定； 当不具备这些资料时，对于碎石混凝土可取 0.46，可取 0.07； 对于卵石混凝土可取 0.48，可取 0.33.b.当无水泥实际强度时， 式中的可按下式确定：式中：一水泥强度等级标准值。一水泥强度标准值的富裕系数。该值按实际统计资料确定。要求各地按水泥的品种、 牌号统计得出。 如果没有统计数值， 建议 值取 1.0.也就是不考虑水泥的富裕系数。1.2.2.进行试配时， 建议至少试配五个水灰比， 计算值为中间值，上下各调整两个以 0.02 或 0.03 增减的水灰比。1.3.选择用水量： 根据清水混凝土的特点，要尽可能的选择高效减水剂， 使混凝土的用水量尽可能的减少。在 jgj/t55-2000 中， 可以查出或推算出基准混凝土的用水量o。 掺外加剂的混凝土的用水量为：式中：一掺外加剂的混凝土的用水量。一基准混凝土的用水量。 一减水剂的减水率一般用水量为 170-180kg/m3最好。1.4.计算水泥用量。不掺外加剂的水泥用量为：掺外加剂的水泥用量为：2.清水混凝土配合比的试配、 调整、施工配合比的确定。2.1 混凝土配合比的试配：对于你选定的每一组配合比进行试配， 根据需要对混凝土拌合物的性能进行检测，同时， 根据需要成型用于检测混凝土力学性能的试体（如抗压试块、 抗冻试块， 抗渗试块等） 。目的在于通过调整用水量、 外加剂的掺量、 砂率，选出混凝土拌合物性能优良、强度及有关的物理性能都符合标准或合同要求的施工配合比。2.2 混凝土配合比的调整与施工配合比的确定。由试验得出的各水灰比及其对应的 28 天混凝土强度关系， 用作图法或计算法求出混凝土配置强度 相对应的水灰比 。 然后按下列原则确定每立方米混凝土中的材料用量。（1）用水量取试配时配合比的用水量并根据试配时的塌落度进行适当调整。（2）水泥用量应以用水量除以选定出的水灰比计算确定； 外加剂量及掺合料根据水泥的用量进行调整。（3）粗骨料和细骨料取试配时配合比中的用量， 然后， 根据选定的水泥用量和用水量作相应的调整。（4）计算配合比比校正系数：式中：一混凝土