水泥混凝土配合比优化的试验设计

1、    水泥混凝土配合比优化的试验设计    石红摘 要：水泥混凝土由水泥、粗集料、细集料和水按照一定比例配比而成，是道路、桥梁等建筑工程中的重要应用材料。水泥混凝土配合比设计是工程设计和施工的先导环节，不仅与工程的成本控制相关，还直接影响工程质量，是决定工程技术性能、工程结构形式的关键要素。关键词：水泥混凝土；配合比；试验；优化设计水泥混凝土是一种刚性材料，具有良好的力学性能，具有强度高、稳定性和整体性好、刚度大、抗冻性好的优点，其在建筑工程比如道路、桥梁中的应用越来越广泛。然而，在当前混凝土配合比设计中，盲目追求高强度，高温抗裂能力和低温抗冻能力较差

2、，为了在增强混凝土强度的基础上提高其抗裂性、抗冻性和耐久能力，确保工程建设质量，有必要运用合理的配比技术和试验进行水泥混凝土配合比的优化设计。1 水泥混凝土配合比设计应考虑的问题水泥混凝土是工程设计和施工中应用范围最广、应用量最大的建筑材料，而配合比设计是确保工程质量能够达到预期效果的关键。合理的材料配合比设计应按照相关规范给出的包括强度、耐久性、抗裂性、和易性和经济性等要求确定各种组成成分的用量，以获得最经济、最适用的混凝土，因此，为了保证混凝土质量，在水泥混凝土配合比设计中，必须考虑多方面因素。第一，砂率与混凝土稠度相关，若砂率过大，在水泥浆用量不变的情况下混凝土的水泥浆就会过少，不利于减

3、少收缩，所以应保证砂率适中；第二，水胶比与混凝土强度相关，水胶比越大，混凝土强度就越小，所以，在满足和易性要求下，尽量采用较小的水胶比；第三，水胶比相同的情况下，混凝土会随着集灰比的增长而呈现增长趋势，这主要是因为集料数量过多、集料吸收水分量过大、实际水胶比变小引起的，另外，还与混凝土内部空隙总体积减少、较高标号混凝土水泥用量过大有关。第四，在水泥混凝土配合比中，单位用水量必须按照相关规范标准添加，通常视混凝土塌落度、粗骨料品种、粗骨料和细骨料的最大粒径而定。2 水泥混凝土配合比优化的试验设计2.1 水泥混凝土的原材料水泥混凝土配合比设计中关键在于选用的水泥，按照相关规定，可选用普通硅酸盐水泥

4、、矿渣硅酸盐水泥和火山岩质硅酸盐水泥，且水泥的初凝、终凝时间要保持在3-6h以上，从原则上来讲，不采用早强或快硬水泥；碎石的最大粒径不大于31.5mm，石料颗粒扁平以及中细长颗粒含量应小于15%，避免掺入软质破碎物或其他杂质；以粉煤灰作为结合料，用以填充碎石空隙，从而增强混凝土和易性，并节约水泥；在水泥混凝土配合比设计中，对水没有特殊要求，饮用水即可。2.2 水泥混凝土配合比的优化试验设计2.2.1 原材料和试验方案。试验选用粉煤灰，所用的水泥为p.o.42.5r普通硅酸盐水泥，28天抗折强度实测为8.0mpa，抗压强度为45.5mpa；粗集料为石灰岩碎石，其中1-3cm粒径比率为60%，1-

5、2cm粒径比率占40%，细集料采用天然河砂，细度模数为2.95。为了提高混凝土和易性、密实度和早期强度，在混凝土中掺入高效引气减水剂，建议添加量为0.6-1.0%。采用超细矿渣，比表面积为530cm2/g。影响水泥混凝土性能的因素很多，比如混凝土水胶比、砂率、粗细集料最大粒径、胶凝材料用量、搅拌工艺、浇筑方法等，配合比设计应能满足设计要求的抗压强度以及施工要求的均匀性、和易性、耐久性、抗冻性等。根据工程要求和材料现状，通过初步分析计算和理论论证，决定采用正交试验方法进行试验，设计四个水平，研究各因素对试验指标的影响程度的显著性，以达到高效、经济的试验设计目标。在普通硅酸盐水泥中掺入高效减水剂、

6、矿渣，用以优化耐久性，并通过前期最大容重试验确定了普通混凝土配比；为了使混凝土抗冻性能达到要求，控制混凝土的引气量为±1-5%，由于矿渣掺量不同引气量也会改变，所以在本试验中将混凝土塌落度控制在3-5cm，通过改变高效减水剂的掺量和水灰比来确定水混凝土配合比。试验中采用强制式搅拌机，先按照规定进行称量，然后将碎石、砂均匀拌合，加入粉煤灰和水泥进行为时1min的干拌，最后加入水和高效减水剂湿拌2min。混凝土配合比设计参照普通混凝土配合比设计规程（jgj55-2000）以及水泥混凝土应用技术规范规程执行，混凝土的力学性能以及拌合物性能参照公路工程水泥及混凝土试验规程（jig e30-2

7、005）进行试验，混凝土的开裂试验则参考混凝土结构耐久性设计与施工指南中相关混凝土早期抗裂性试验设计和评价方法进行。2.2.2 结果与分析。水灰比、含气量是影响混凝土耐久性的首要因素，在本试验中，着重研究两项控制指标。四个水平含气量测定结果为：2.0%、5.5%、5.2%、4.9%。另外，抗折弹性模量是混凝土结构设计的主要指标，试验结果表明，添加了高效减水剂和矿渣后，改性后的混凝土与普通混凝土的抗折弹性模量无较大差距，基本上持平。混凝土的首要性能是强度，其抗弯拉强度越高，反复弯折作用就越强。由于矿渣的短期性能远远不如其长期性能，在试验中重要考察混凝土40天的抗折强度、抗压强度和压折比，四个水平

8、的试验结果为：抗压强度39.0mpa、46.8mpa、48.0mpa、49.3mpa，抗折强度为5.39mpa、6.67mpa、7.10mpa、7.15mpa，压折比为7.28、7.02、6.76、6.92。通过对试验结果进行分析，在掺入高效减水剂和矿渣后，混凝土的抗压强度和抗折强度都逐渐增加，而抗折强度的增长率较高，压折比则在一定范围内呈现下降趋势，这说明经过改性后的混凝土较普通混凝土具有更高的强度和柔性。在混凝土中掺入较高量的矿渣和减水剂，混凝土的耦合增折作用会降低，当矿渣量超过20%，混凝土抗压强度和抗折强度增长不明显，因而，外加剂产量要保持在规定掺量内，否则会影响混凝土力学性能，而矿渣

9、掺量也不宜较大，否则会影响成型，降低混凝土强度。对混凝土进行300次快速冻融循环，之后对其抗冻性进行劈裂抗拉强度试验，试验结果表明，在对水泥混凝土配合比进行优化设计后，混凝土强度损失率和质量损失率大大降低，相较于普通混凝土，掺入高效减水剂和矿渣的混凝土的抗冻性更强。3 结语总之，如果没有将水泥混凝土配合比设计控制好，材料性能就不能得以有效发挥，严重的话甚至会给工程带来质量隐患。为了确保水泥混凝土的强度和抗裂性能，必须进行合理的配合比优化设计。本试验表明，在普通硅酸盐混凝土中按照规定量掺入高效减水剂和矿渣，混凝土性能得到了显著改善，其耐久性、强度、抗冻性、变形能力、和易性都得以增强，混凝土各项指标都得到了大幅度提高，这对于加快施工进度、提高工作效率、确保工程质量将发挥重要作用。参考文献1 罗胜东，田洪宇