普通混凝土原材料的性能-混凝土配合比优化和混凝土的质量控制与检测

普通砼原材料的性能,砼配合比优化和砼的质量控制与检测一、原材料A、普通混凝土一般适用于中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥。中热硅酸盐水泥，以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加如适量石膏磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。低热矿渣水泥以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入矿渣，适量石膏，磨细制成的具有低水化热的胶凝材料。水泥中矿渣掺量按质量百分比计为20%—60%允许用不超过混合材料总量50%的磷渣或煤灰代替部分矿渣。两种水主要的性能都应符合国家标准的规定。强度，按其强度中热硅酸盐水泥分为42.5、52.5级两个等级，低热矿渣硅酸盐水泥分为32.5、42.5两个等级。这两种水泥各强度等级，各龄期的强度值应不低与下表的规定。两种水泥各等级各龄期的强度（MPa）品种等级抗压强度抗折强度3d7d28d3d7d28d中热水泥42.515.724.542.53.34.56.352.520.631.452.54.15.37.1低热矿渣水泥32.5——13.732.5——3.25.442.5——18.642.5——4.16.3水化热，水泥各龄期不得超过下表：水泥各龄期水化热（kj/kg）水泥强度等级中热水泥低热矿渣水泥3d7d3d7d32.5————18823042.525129319723052.5251293————其他性质，两种水泥主要适用于水化热低的大坝和大体积混凝土工程是普通砼水泥最广泛的两种水泥，也适用于春夏两季。B、掺合料：粉煤灰，粉煤灰强度等级及强度评定按GBJ107——87执行，因粉煤灰早期强度偏低，而后期强度偏高，这一特点，采用较长龄期，即28d的强度作为粉煤灰配制强度，但保证率必须满足标准及有关设计和验收规范要求。不同强度等级的粉煤灰砼，强度标准值可按砼的结构规范设计确定。混凝土结构用粉煤灰砼应符合下列条件。长期强度的进增率优于相同强度的基准砼。弹性模量、应变、收缩性能不低于相同强度等级的基准砼。抗渗性优于相同强度的普通砼。④，粉煤灰砼抗冻融性取决于含气率，掺用适量引气剂后，其抗冻融性不次于同等级的普通砼。粉煤灰作为液性矿物掺合料，其活性指数为0.75，在配制粉煤灰砼时，粉煤灰掺量可按砼的合易性，强度，耐久性指标以及砼的工程部位和水泥品种如下选择：地面上部钢筋砼结构，砼路面与32.5级矿渣硅酸盐水泥结合F/（C+F）≤0.15、与普通42.5级水泥结合时F/（C+F）≤0.20、与纯硅酸盐水泥52.5级结合时F/（C+F）≤0.30。大体积砼，地下砼在满足合易性，强度前提下，允许F/（C+F）≥0.30，以利于发挥粉煤灰降低水泥用量，降低水化热。矿粉，要降低砼的材料成本，就是要在保持砼水灰比不变的情况下减少水泥用量，可以从两个方面去考虑，一是外加剂使用高效减水剂，二是加入价格相对低廉的掺合料，可以取代部分水泥，现目前掺合料使用得多的是粉煤灰和矿粉，它俩优势互补，因此前者外加剂价格比较昂贵，使用以后成本反而提高，不但成了事倍功半为此在掺加矿粉砼中作了如下规定。内掺法，如果矿粉的等级为S95以上者，掺矿粉等量取代水泥。掺矿粉的砼级配中所用水泥必须是P.O42.5或P.Ⅱ42.5～52.5级水泥。如无特殊要求所有砼的级配中均掺矿粉，矿粉掺量采用定量法。即C20—C30砼掺量为水泥重量30%。C30—C50以下的砼掺量为是你重量的20%。C50以上者，暂不掺矿粉。冬季施工，平均气温低于10.0℃时，不掺矿粉，另外，在掺用综上所述，矿粉作为一种掺合料，取代了部分水泥，就某种角度上讲，节约了砼的成本，但是其本身的化学组成和材料特性也不可避免的会带来负面影响，矿粉中的活性成分主要是活性氧化铝和活性氧化硅，它们能与水泥熟料矿物水化后的产物氢氧化钙和石膏发生化学反应，生成新的水化物，但这种反应在常温下进行缓慢，所以砼的早期强度比较低，对于有早期强度要求的砼，则不予使用。另外，由于矿粉颗粒形状的不规则，有棱角，在掺入量大时，砼的保水性能差，即泌水性大，在夏季高温情况下表现为砼坍落度损失快，如果养护不当，混凝土易产生收缩裂缝，非砼的操作带来一定难度。C、外加剂：就一般普通混凝土都使用减水剂。所谓减水剂，就是表面活性剂，因此它们的作用机理主要是表面活性作用，即是分子中具有亲水和憎水两个集团的有机化合物，加水溶液中之用，肥皂就是典型的表面活性剂之一。D、减水剂与水泥掺合料的相容性问题：水泥在使用一定减水剂时，都有同样的工作性，同时也不是每一种符合国家标准的减水剂对每一种水泥与掺合料的流变性能都一样。这就是水泥和掺合料与减水剂相融性问题的实质所在。问题对水泥砼凝结影响既有过早凝结硬化，如假凝，瞬凝，也有超时缓凝。目前对水泥与减水剂相融性引起水泥砼假凝，瞬凝的机理资料上研究较多，则对水泥与减水剂相溶性引起砼超时缓凝试验较少。在试验过程中有人认为，在砼中高效减水剂（指非木钙类）的大量掺加，由于表面电荷有时异常，高度集中的而引起水泥浆体絮凝和高度触变性，表现为超时缓凝，由于水泥，掺合料与减水剂相溶性引起水泥砼超时缓凝的机理有待我们在试验过程中进一步摸索与探讨。E、集料类：A、细骨料—砂。细骨料首先满足JGJ52—92的各项技术要求，颗粒级配与粗细程度，在砂子用量一定的情况下，最好采用空隙率小，总表面积也小的的砂。砂的空隙率小而砼的骨架较密实，填充砂子空隙的水泥浆则少，这就可以节约水泥用量。而总表面积的大小又取决与砂子的粗细程度，砂子的级配良好，宜选择适当的级配即：粒径≤0.315—筛孔只占20%；31.5—2.5筛孔只占75%；2.50—5.0筛孔只占5%。B、粗骨料—石子。首先满足JGJ53—92的各项技术规定。颗粒级配和最大粒径其原理与砂基本相同，石子颗粒级配通常有连续级配（六个粒级）和单粒级的（五个粒级），连续粒级指颗粒的尺寸由大到小连续分级，其中每一级石子都占适当比例。除了连续粒级还有间断粒级。另外石子还有一个最重要的参数，强度指标。间接的用压碎指标来推定，具体讲石子的抗压强度与砼的强度等级之比不应小于1.5—1.2。总的来说，集料应该搭配适当，配搭标准为：当粗骨料最大粒径D为31.5时，总级配的控制值为31.5—1/8时只占集料总数的45%；如果31.5—占1/8—1/4时，31.5—只占总数的15%；如果31.5—占1/4—1/2时，只占集料总量的20%。二、普通混凝土配合比的优化。A、砼配合比设计的基本原理。1、普通砼的配制强度的确定。在工程上是根据砼的“最小”强度进行结构设计计算，而砼的配制强度则应根据这个“最小”强度来确定，在生产中由于原材料质量和生产因素的波动，使普通混凝土实际强度具有一定的波动性，但这种波动性服从正态分布的规律，并可用标准离差δ和变异系数Cv两个指标表示。即Cv=δ/X的平均数。上式中（X的平均数）的平均强度，混凝土配合比就是按这个平均强度设计，因此配制强度就是砼在生产中实际强度的平均值。根据概率理论，砼实际强度小于（X的平均值-tδ）的概率P，可从正态分布查表得“t”为概率度。下表列出t与P的关系数据。T—P关系表t1.001.041.281.501.651.962.002.333.00P15.8714.9210.036.684.952.502.280.990.14由表可以得出，概率P随着概率度t的值增大而减小，绝对“最小”强度界限是没有的，因为小于某一强度的概率总是或多或少的存在。但是如果把这个概率定得过低，亦即概率度值定得过大，那么在满足砼“最小”强度的要求下必须提高砼的配制强度，考虑到实际生产条件和试验室条件的差别时，在试配C30以上的混凝土时，将配制强度提高5-10%，这相当于最小强度为（X平均值-2δ）保证率为97.72%。砼的质量控制越差。标准离差越大。在满足最小强度的要求下，砼的配制强度就要提高，由于砼的强度取决于单位体积的水泥用量，这样水泥用量就会增大，这显然是不经济的，根据砼的配制强度，按照水灰比定则，可采用线性回归运用直角坐标绘图计算。选择适宜的水灰比，同时也是控制砼耐久性的重要参数。这时，为了满足耐久性要求，往往规定水灰比的最大许可值。即W/C=0.60。2、普通砼混合料和易性选择。砼的浇灌密实度对砼的质量影响很大。因此，要求砼混合料具有合适的和易性，在配比设计时根据下列两个因素选择和易性：（1）、建筑物的截面大小和钢筋的稠密程度。（2）、所采用的浇灌密实方法和施工方式。砼混合料的和易性主要表现为流动性和内聚性两个方面。当所采用浇灌密实方法不同时，对砼的流动性的要求不同，在离心成型时就要求混合料具有一定范围的流动性，以便布料均匀，且还要要求砼具有一定的内聚性。它能抵抗分层离析的能力，诚然砼的内聚力主要取决于它的细粒组成的相对含量。对於贫砼即低强度等级的砼，特别要注间细骨料和粗骨料的比例，以求获得具有一定内聚性能的配合比，在选定流动性指标以后，根据需水性定则即：W=1/3（T+K）选择单位体积砼的用水量，在集料级配比交良好的条件下当粗骨料最大粒径为一定时砼的坍落度取决于单位体积砼的用水量。而与水泥用量（在一定范围内指同一强度等级同一品种的水泥）的变化无关。在确定单位用水量时每增加或减少3-4Kg/m3用水量，则坍落度增减1.5-2公分.砂率对砼的和易性影响也很大,选择最佳砂率可以制得和易性好而水泥用量又少的砼的混合料,最佳砂率随最大料径的增大而减小.随砂的细度模数增大而增大,随水泥用量的增大而减小.3、普通砼配合比设计的基本法则:普通砼配合比是建立大砼和砼掺合料的性能变化规律的基础上,它有四个基本变量水泥、水、砂、石。配合比就是要确定这四个变量，为此必须建立起上个表示各个未知数之间的相互关系的方程式，定此方程式集中体现了砼和砼掺合料性能的变化规律。（一）确定单位用水量方程----需水性定则：（指流动性砼）即：W=1/3（T+K）（二）确定水灰比和最小水泥用量的方程----水灰比定则。即：Fcuo=0.46*0.07Fce(C/W-0.07)（三）确定集料总用量的方程----绝对体积法的设定。即:C/ρC+F/ρF+W/ρW+S/ρS+G/ρG=1000L（四）确定粗细骨料比例的方程----颗粒级配问题。即：βs=S/（S+G）*100%4、上述图表是普通混凝土配比设计思路和计算一直到试拌调整和易性的全部过程,其要点如下:Ⅰ、硬化前和易性调整:坍落度的控制,定量法.颗粒级配问题,砂和石子的比例关系,和易性,定性法.Ⅱ、硬化后强度复核：在用水量相同的条件下，水灰比分别增减0.05。砂率应做适当调整。求出（采用线性回归法）配制强度所对应的水灰比。最终计算出试验室配合比。5、施工配合比：由于集料日常堆放在露天，粗细骨料有一部分含水分，应在拌合用水中扣出，随着客观天气变化，环境温度影响，把握好混凝土随时坍落度，以便于施工和浇注。B、粉煤灰砼配合比计算方法。1、粉煤灰砼的设计程序：①、按照粉煤灰砼的强度要求，查抗压强度与（W/C）S的各关系，选择与一定龄期等强度的基准砼的等效水灰比（W/C）S。、按照粉煤灰砼的和易性要求。按常规查集灰比关系图表，获得与粉煤灰和易性相等的基准砼的水灰比（W/C）W及普通水泥基准砼集料/水泥质量。计算粉煤灰砼中粉煤灰与水泥的质量比，即F/C值。可用前式计算。计算粉煤灰砼中水与水泥的质量比，即W/C值。计算粉煤灰砼中集料与水泥的质量比，即A/C值。最后列出粉煤灰砼初步设计配合比。水：粉煤灰：水泥：集料=W/C：F/C：1：A/C2、粉煤灰混凝土配合比计算基本方法：（用规定强度进行配比设计）所谓“规定强度法”是指英国史密斯公式中粉煤灰胶凝系数K和等效水灰比为理论基础的等稠度和28D强度的设计方法。配合比设计基本方程式：W/C方程：W/C=（W/C）S*[1+K（F/C）]等效水灰比进行粉煤灰砼配合比设计的3个基本方法推导如下：∵（W/C）S=W/（C+KF）∴W/C=（W/C）S*（1+KF/C）注：上式表示粉煤灰砼中实际水灰比（质量比）与等效水灰比及粉煤灰胶凝材料材料K的关系，它是决定粉煤灰砼与基准砼等强度基本关系式。（W/C）S-（W/C）W3.15/g*（W/C）W-K（W/C）SF/C方程：F/C=注：因基准砼中W/C体积比和W/（C+F）的体积比相等，W/C1+（3.15*F/gc）故（W/C）W=将W/C=(1+KF/C)代入上式即得:（W/C）S-（W/C）W3.15（W/C）W/g-K（W/C）SF/C=W/C（W/C）W确定等稠度,等强度的粉煤灰砼中粉煤灰和水泥组合的基本关系式,即:粉煤灰掺量的关系式.③、集料/水泥质量比（A/C）方程式：A/C=N*注：因基准砼中集料/水泥浆体体积比和粉煤灰砼中集料比上胶凝材料浆体体N1+3.15（W/C）W积比相等，故：A/C=[1+（3.15F/gc+3.15W/C）]W/C1+3.15（F/gc）W/C（W/C）W又∵（W/C）W=即：1+（3.15F/gc）W/C（W/C）W故：A/C=N*C、高强高性能低水胶比泵送砼的设计思路。1、计算混凝土配制强度Fcu0≥Fcuk+1.645δ2、确定骨料体积含量VαggVαgg≥70%3、确定砂石的组成①、测定碎石小粒级石子的级配。②、以小粒级石子按不同比例等量替代碎石，绘制合成的级配曲线，选出逼近级配要求范围下限的合成碎石的级配方案，确定碎石：小粒级石子=Vα：Vg。4、计算水胶比W/C′即：Fcu0=AFce(C′/W-B)控制W/C′=0.50-0.60范围5、确定胶凝材料C′组成：粉煤灰替代率γf和矿渣微粉替代率γb。20%γf≤30%0≤γb≤15%6、计算胶凝材料用量（C、F、B）和单位用水量W。W/（C+F+B）=W/C′C/ρC+F/ρF+B/ρB=1-Vαgg-0.01αF/（C+F+B）=γfB/(C+F+B)=γb7、计算减水剂用量AD即：AD=（C+F+B）*λαa′——减水剂推荐用量。8、基准配合比的确定。①、假定砂率β=40%计算砂、石、小粒机级的用量Ms。Mα。Mg。Ms/(Ms+Mα+Mg)=BMα/(Mα+Mg)=VαMg/(Mα+Mg)=VgD、运用早期混凝土强度推定砼28D或其它龄期的配合比设计参数：1、水泥28D抗压强度的预测：水泥28D抗压强度按右式计算：R28′=A*RK+B注：R28′——预测的水泥28D抗压强度值（MPa）。RK——快速测定水泥抗压强度值（MPa）。常数A和B待定值的确定：为了提高预测水泥28D强度的准确性，A和B应由单位根据试验确定，其试验组数N应不小于30组。运用线性回归，不小于30组。R28—30RK—30求出A、B、γ、S运用计算回归运算1—30对组数据。求得：A=1.02B=24.7γ=0.853相关系数γ一般不小于0.75S剩余标准差愈小愈好一般要求S应不大于水泥28D平均值的7.0%。2、混凝土7D强度知道后，28D或其他龄期强度的推定方法：推定28D强度值=R7实测强度*cog28/cog7(MPa)E、砼的裂缝解析：产生的根源：1、材料产品质量。①、水泥安定性不合格。②、砂、石级配差，砂过细，含泥量或石粉含量大。③、（要害问题）不适当的掺加了氯盐或早强性外加剂。④、水泥水化热引起过度升温，温差应力造成砼贯穿性开裂。2、结构受力。①、设计断面不足。②、断面变化时应力集中。③、未达到强度时，加载造成超负荷裂缝。④、在设计中未进行必要的抗裂验算。3、施工工艺（重点）①、混凝土产生裂缝的重要原因之一是水分蒸发，水泥结石和砼干缩造成，因此，配合比不准在施工中任意加水以及为了追赶施工进度，任意提高砼强度，而产生水泥用量加大，为工地常见造成裂缝的原因之一。②、砼早期沉缩裂缝，如果砼流动性较低或者浇注速度过快在硬化前因砼沉实状况不足而产生裂缝。③、钢筋与砼共同作用的好坏，不仅决定构件的承载能力，而且影响构件的抗裂性能，因此，施工中钢筋表面锈蚀污垢，保护层大小都可能产生裂缝，④、砼养护，特别是早期养护质量与裂缝关系更为密切，如果早期表面干燥或者早期受冻就能产生裂缝。⑤、温差应力裂缝，砼具有热胀冷缩的特性，其线性膨胀系数一般为1*105/℃，故降低水化热，相当程度的减缓了这种应力的产生。F、砼的质量控制1、级配：原材料的性能特点，决定着级配的优化组合，水泥的流变性能好坏，是配合比坍落度经时的主要参数。水泥砂浆的减水率大小和稳定，是砼配合比单位用水量多少和坍落度大小的一个度量尺寸。主要是外加剂能否与同种水泥，同一等级的砼级配相适应的关键。另外，砂、石的比例更为表现级配的和易性和密实度。下面列表说明各个单位体积材料用量与级配的关系。砼配合比的变化对最佳含砂率和单位用水量的影响改变情况最佳砂率增减（%）用水量增减L/M3W/C每增加0.05（用水量不变）+10砂细度模数每增加0.010.50坍落度每增加10mm……+3～4砂用量每增加1%……+2含气量每增加1%（引气剂）-0.5～1.0-5～62、混凝土养护条件：普通混凝土获得强度的基础是水泥用量是否适当，有效水灰比是否是通过砼的强度复核后所建立的W/（C+KF）值。那么，砼的养护制度是混凝土强度和耐久性的前提。混凝土的前期养护（指7D或14D）是砼获得早期强度的主要手段，其原因是由于前期养护的湿度、温度和养护用水对早期混凝土正常水化和苦痛强度的正常发挥起着主要的作用。同时也是对混凝土特定龄期的强度提供必要的强度基础。三、混凝土的检验与评定A、混凝土的检验。①、混凝土力学性能的检验：针对普通混凝土的力学性能主要是强度（抗压强度、抗折强度和混凝土的抗折弹性模量）。根据历次强度试验已证实，抗折强度是抗压强度的8%—10%左右。而抗折强度是抗折弹性模量Eb(*104MPa)的31%—36%左右。掌握他们之间的关系后，就不难对混凝土的设计和试配有了一个较为清楚的识别，对混凝土强度复核有了一个尺度。②、混凝土耐久性能检验：混凝土抗冻性能检验，混凝土的抗渗性能检验，混凝土干缩性检验和混凝土抗磨性检验。这四种检验对高性能混凝土及为重要。B、混凝土的评定。（依据G