普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

王文明 王文藝 劉曉麗

      在合理確定配制強(qiáng)度的基礎(chǔ)上確定最佳水灰比、單位用水量以及適當(dāng)砂率是混凝土配合比設(shè)計(jì)的核心所在。盡管《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55—2000)提供了許多理論依據(jù)，但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)差σ、砂率β 、單位用水量mw0 這些重要參數(shù)，卻只是一個(gè)原則性的概數(shù)，而非準(zhǔn)則性的指標(biāo)。
我們將根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55—2000)進(jìn)行的試配試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)可供配合比設(shè)計(jì)時(shí)參考使用。

      1配制強(qiáng)度公式fcu.o≥fcu.k+1.645σ的對(duì)比公式fc28=(C／W-B)

      為了保證配制強(qiáng)度的可靠性，我們一般在fcu.o與fc28二者中取較大值作為擬定的配制強(qiáng)度，以達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度保證率。一般來(lái)說(shuō)，σ值在沒(méi)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之前，我們參照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2002)的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行選用。根據(jù)歷年來(lái)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)評(píng)定資料結(jié)果，從試件強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)差σ的實(shí)際值較配制時(shí)按GB50204-2002相關(guān)規(guī)定選用的σ值均有不同程度的減??；而在公式fcu.o≥fcu.k+1.645σ中fcu.o 是個(gè)定值，σ減小，但fcu.o并未減小，相反還得到了一定程度的增大。因?yàn)槲覀兊脑O(shè)計(jì)公式是基于混凝土強(qiáng)度保證率為95％之上的，故t值取1.645，這種結(jié)果反而表明我們的施工質(zhì)量水平有了提高，也就是t值出現(xiàn)了變化所致。保證率P與概率t的關(guān)系，我們可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線方程得出。σ應(yīng)由25組以上試壓結(jié)果通過(guò)計(jì)算得出。配制工作通常在σ無(wú)可靠資料的情況下按表l經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。

      表1的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值是根據(jù)GB50204—2002初選值配制出的混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)評(píng)定資料得到的，并結(jié)合《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2000)有關(guān)σ的選用規(guī)定進(jìn)行確定的。它既防止了σ值偏低以致降低混凝土強(qiáng)度的實(shí)際可靠度，又防止了σ值偏高造成配制強(qiáng)度過(guò)高。

      2 水灰比的合理選擇

      根據(jù)水灰比定律，即在材料品種相同的條件下，混凝土強(qiáng)度隨水灰比的增大而降低，其變化規(guī)律呈曲線關(guān)系，而混凝土強(qiáng)度與灰水比的變化規(guī)律呈直線關(guān)系，見圖1，2。

      在關(guān)系曲線未建立之前，我們可采用JGJ55—2000提供的計(jì)算公式：

 
 

      式中 α_aα_b——回歸系數(shù)
            f_ce——水泥28 d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值(MPa)。

      回歸系數(shù)αa和αb隨所用材料的品種及質(zhì)量不同而異，因此在試驗(yàn)條件許可下，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際使用材料通過(guò)試驗(yàn)求出。當(dāng)缺乏試驗(yàn)條件時(shí)，可參照規(guī)程有關(guān)數(shù)據(jù)：碎石混凝土，α_a取0．46，α_b取0．48；卵石混凝土，α_a取0．07，α_b取0．33。對(duì)fce的選取，規(guī)范中指的是水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，但通常情況下施工單位難以做到提前28d送檢，因此為不耽誤工期，大多以3d強(qiáng)度或快測(cè)強(qiáng)度推定28d強(qiáng)度。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，這種作法極為普遍而又客觀合理，因此在新規(guī)程5.0.3第2條中予以確認(rèn)。

      根據(jù)實(shí)測(cè)水泥28d強(qiáng)度的結(jié)果來(lái)看，不同水泥廠水泥富余系數(shù)均不盡相同，同一水泥廠相同品種水泥在不同時(shí)期也存在一定程度的差異，并存在較大的偏高標(biāo)準(zhǔn)值的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)個(gè)別實(shí)測(cè)強(qiáng)度超過(guò)相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的情況。同時(shí)大部分施工企業(yè)為節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用和避免工作繁瑣，不能嚴(yán)格按施工檢驗(yàn)程序送檢，一般一個(gè)單項(xiàng)工程僅在開工前進(jìn)行一次原料檢驗(yàn)。若僅以這一次送檢結(jié)果作為整個(gè)工程的材料質(zhì)量指標(biāo)，特別是較大偏高標(biāo)準(zhǔn)值以至超強(qiáng)度等級(jí)的強(qiáng)度實(shí)測(cè)值作為依據(jù)的話，就有點(diǎn)以偏概全了。因此我們將此次檢測(cè)結(jié)果僅作為一個(gè)參考性的指標(biāo)，在實(shí)際配合比設(shè)計(jì)時(shí)宜按0．7～0．9的系數(shù)加以折算修正，目的是既考慮到水泥富余系數(shù)的變化，又考慮到不使折減值低于標(biāo)準(zhǔn)值以致影響合格判定。例如某品種32.5級(jí)的水泥28d抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為42.8MPa，按0．7的系數(shù)折算修正后為30.0MPa，此值未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值，顯然與實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果不吻合。故宜取0.8或0.9的系數(shù)修正，即修正值為34.2MPa或38.5MPa。

      水灰比的大小直接影響混凝土的強(qiáng)度及耐久性，在一定范圍內(nèi)，水灰比越小，強(qiáng)度越高，耐久性越好，但水泥用量大，提高成本，并使混凝土在硬化過(guò)程中增大水化熱及收縮值。因此，確定水灰比的原則是，在滿足強(qiáng)度及耐久性的要求下，盡可能選用較大的水灰比。

      3．單住用水量mw0的選取

      單位用水量的選取通常參照J(rèn)GJ 55—2000規(guī)程中的表4.0.1—2進(jìn)行，也就是說(shuō)根據(jù)坍落度和石子類別及最大粒徑確定，只有水灰比小于0.4的混凝土以及特殊成型工藝的混凝土的單位用水量才通過(guò)試驗(yàn)確定。因此，坍落度又與砂率β8之間存在相應(yīng)的關(guān)系，β8的峰值所對(duì)應(yīng)的坍落度即為最佳值。為了合理確定單位用水量，各地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳笆戏N類，通過(guò)多次試驗(yàn)制定出適合當(dāng)?shù)氐纳奥师?與坍落度曲線，以便配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用。根據(jù)本地的試驗(yàn)情況，用于基礎(chǔ)部位時(shí)，坍落度一般取10~30mm，主體部位坍落度取30～50mm，單位用水量分別為150~160kg／m³ 和170～l80kg／m³。一般來(lái)說(shuō)，卵石混凝土用水量取下限，碎石混凝土用水量取上限。

      4．選取適宜的砂率β₈

      砂率的選取是配合比設(shè)計(jì)中一個(gè)比較重要而又難以準(zhǔn)確把握的參數(shù)。這是因?yàn)橛绊懮奥实囊蛩剌^多，而且目前還沒(méi)有粘聚性的定量指標(biāo)，所以無(wú)法建立砂率與粘聚性的關(guān)系。我們?cè)谶M(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用JGJ55—200O規(guī)程中表4.0.2，根據(jù)水灰比、石子類別和最大粒徑查表選取。表中所列砂率是一個(gè)浮動(dòng)較大的變動(dòng)值，而計(jì)算所需定值的選取要借助實(shí)際配合比經(jīng)驗(yàn)。因此，我們可以根據(jù)公式得出計(jì)算值，與表4．0．2中所列數(shù)值進(jìn)行對(duì)比取舍。若計(jì)算出的 。值在表4．0．2的范圍以外，則取最為接近的數(shù)值作為計(jì)算時(shí)的砂率值。

      式中，po和p0 分別為砂石料的堆積密度； 為砂漿剩余系數(shù)，通常取1.1一1.4，細(xì)砂時(shí)取a=1.1，粗砂時(shí)取a=1.4，中砂時(shí)取 =1.2—1.3；γ為石子空隙率，可查找相關(guān)石子試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)選取。

      根據(jù)試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)情況來(lái)看，砂率的選取基本為28％～32％，僅個(gè)別預(yù)制構(gòu)件混凝土配合比的砂率稍大，可達(dá)到35％～38％。

      5．混凝土配合比設(shè)計(jì)結(jié)果宜用重量法表示

      規(guī)范要求，工地現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌和均采用實(shí)物過(guò)磅計(jì)量，因此，混凝土配合比設(shè)計(jì)宜采用重量法，以方便施工操作及提高施工配合比的可靠度。按重量法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)．我們需要確定混凝土拌合物的假定密度以便計(jì)算每立方米混凝土中各材料的用量。在JGJ55—2000中，混凝土拌合物假定密度的范圍為2350—2450kg／m³。為了設(shè)計(jì)操作的統(tǒng)一性，不同強(qiáng)度等級(jí)均取混凝土拌合物的假定密度為2400kg／m³進(jìn)行計(jì)算。按此設(shè)計(jì)的配合比，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)大量試用和測(cè)定(除C10外)，試配后混凝土體積達(dá)不到1m³，表明我們對(duì)假定密度取值偏小。經(jīng)過(guò)對(duì)混凝土密度的大量測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)混凝土表觀密度隨強(qiáng)度等級(jí)的升高而增大，除Cl0混凝土以外，基本在2450kg／m³以上。因此，將高于Cl0的混凝土拌合物的假定密度調(diào)整為2450kg／m³，基本滿足了混凝土表觀密度假定計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之差的絕對(duì)值不超過(guò)假定計(jì)算值的2％的要求，從而達(dá)到了重量與體積的吻合。