淺析高性能混凝土用水量

　　摘要：本文闡述了高性能混凝土用水量的取值原則，對高性能混凝土用水量的計算及實(shí)現(xiàn)高性能混凝土低用水量的技術(shù)途徑進(jìn)行了探

　　關(guān)鍵詞：高性能混凝土 用水量 高效減水劑

　　1 高性能混凝土用水量的取值原則

　　1.1 保證高性能混凝土工作性需要

　　混凝土工作性特性是流動性，主要取決于混凝土單位用水量。我國現(xiàn)行混凝土設(shè)計規(guī)范中混凝土用水量的取值是依據(jù)混凝土坍落度和石子最大粒徑確定的。設(shè)計高性能混凝土配合比時，用水量仍以滿足其工作性為條件，按規(guī)范所列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用。

　　1.2 根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級設(shè)定最大用水量

　　高性能混凝土的早期開裂問題已引起國際混凝土界的關(guān)注。由于高性能混凝土水膠比低，混凝土水化引起的早期自收縮有時達(dá)到混凝土總收縮的50%,因而對于早期（甚至在初凝后）養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)母咝阅芑炷?，常出現(xiàn)早期開裂。解決問題的主要途徑是：采取多種手段，加強(qiáng)早期濕養(yǎng)護(hù)；降低膠凝材料用量，減小混凝土總收縮值。對于后者，最有效的辦法是降低單位用水量，常通過摻用高效減水劑來實(shí)現(xiàn)。在這方面，美國學(xué)者，設(shè)定高性能混凝土中水泥漿與集料的體積比為35∶65,對不同強(qiáng)度等級的混凝土設(shè)定用水量。日本學(xué)者則設(shè)定：c50~c60混凝土，單位用水量為165~175kg/m³;c75以上混凝土，單位用水量為150kg/m³,對c75混凝土，強(qiáng)度每增加15mpa,每立方米混凝土用水量減少10kg.

　　2 高性能混凝土用水量的計算

　　2.1 計算公式

　　對于密實(shí)的混凝土，膠凝材料漿的體積應(yīng)略多于集料的空隙率。根據(jù)吳中偉先生的研究結(jié)果，砂石配合適當(dāng)時，集料最小空隙率為：

　　α=（視密度-體積密度）/視密度             （1）

　　α通常在20~22%之間。在進(jìn)行混凝土配合比計算時，根據(jù)原材料與工作性的要求，決定膠凝材料漿量的富余值（β）。對于大流動性混凝土，富余值為9~10%[1].

　　1立方米高性能混凝土中膠凝材料的重量j（kg）由式（2）計算：

　　n

　　j=1000（α+β）/（∑ pi/γi+水膠比/1）         （2）

　　i=1

　　式中 pi--膠凝材料各組分占膠凝材料總量的百分?jǐn)?shù)；

　　γi--膠凝材料各組分的密度，g/cm³.

　　則高性能混凝土用水量w（kg/m³）的計算公式為：

　　w=j×水膠比                     （3）

　　2.2 計算外加劑減水率

　　對于不摻減水類外加劑的混凝土，其用水量可參照jgj55中的規(guī)定取值。借助于數(shù)值分析方法可知：混凝土單位用水量對粗集料最大粒徑的偏導(dǎo)數(shù)與粗集料最大粒徑的乘積是該偏導(dǎo)數(shù)與粗集料最大粒徑的線性組合；單位用水量與坍落度成線性關(guān)系。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得到使用碎石和卵石的混凝土用水量w1和w2計算公式如下：

　　w1=182.441+50z/11+1.11d-73.611g（d/4.086-2.671）   （4）

　　w2=174.091+5[z/7]+50z/11+1.005d-1001g（d/10）    （5）

　　式中，d為粗集料最大粒徑（mm）；z為坍落度表征值，當(dāng)坍落度為10~30、30~50、50~70、70~90mm,z分別為1.3、3.5、5.7、7.9;[z/7]為取整函數(shù)。

　　當(dāng)混凝土坍落度小于等于70~90mm時，外加劑減水率u（%）計算公式如下：

　　u1≥100（w1-w）/w1                  （6）

　　u2≥100（w2-w）/w2                  （7）

　　對于大流動性混凝土和泵送混凝土，先計算坍落度70~90mm時的用水量，再計算對應(yīng)于此用水量的減水率u0,將計算結(jié)果加10~12即為所需減水率。

　　3 實(shí)現(xiàn)低用水量的技術(shù)途徑

　　3.1 摻用高效減水劑

　　高效減水劑是高性能混凝土必不可少的組成材料，其有效組分的適宜摻量為膠凝材料總量的1%以下，并應(yīng)控制引氣量。合適的高效減水劑有：（1）磺化三聚氰胺甲醛樹脂高效減水劑。該品種減水劑減水分散能力強(qiáng)，引氣量低，早強(qiáng)和增強(qiáng)效果明顯，產(chǎn)品性能隨合成工藝的不同而有所不同。（2）高濃型高聚合度萘系高效減水劑。低聚合度的萘系減水劑，引氣量大，不宜用于高性能混凝土。（3）改性木質(zhì)素磺酸鹽高效減水劑；（4）復(fù)合高效減水劑，包括緩凝高效減水劑。為使混凝土用水量達(dá)到140~170kg/m³,外加劑減水率不得小于25~30%.減水劑用量可按表1建議摻量選用。

　　表1     高效減水劑建議摻量（%c）

　　外加劑 摻量 hpc等級

　　密胺系sm 0.5~1.0 c50~c80

　　萘系n 0.5~1.0 c50~c80

　　sm+緩凝劑 0.5~1.0 c60~c80

　　n+緩凝劑 0.5~1.0 c60~c80

　　改性m+n 0.7~1.0 c60~c80

　　m+n+緩凝劑 0.8~1.0 c80

　　sm+n 0.8~1.0 c80以上

　　sm+n+緩凝劑 0.8~1.0 c80以上

　　必須注意，市售某些品牌的萘系減水劑，引氣、泌水偏大，減水率滿足高性能混凝土要求，但水泥用量大，混凝土性能差，不宜選用。sm系減水劑，因合成條件不同，對混凝土坍落度經(jīng)時變化的影響也不同，選用時應(yīng)予重視。

　　3.2 摻用活性磨細(xì)材料

　　活性磨細(xì)材料又稱礦物外加劑，用于高性能混凝土具有顯著的優(yōu)越性，和高效減水劑共同使用，既可減少混凝土用水量（礦物外加劑具有一定的減水分散作用），又可節(jié)省水泥，降低混凝土成本，提高混凝土性能。

　　3.3 嚴(yán)格選材

　　與普通混凝土相比，高性能混凝土的石子最大粒徑通常小于25mm（c50混凝土石子最大粒徑可放寬到31.5mm）；砂的細(xì)度模數(shù)宜為2.6~3.0[1];磨細(xì)礦渣細(xì)度應(yīng)在4000cm2/g以上，或選用ⅰ，ⅱ級粉煤灰。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)將重點(diǎn)放在砂石原材料的選用上，因?yàn)橥┕挝徊荒鼙ＷC石子具有連續(xù)級配，砂的細(xì)度模數(shù)有時達(dá)不到2.6.對于前者，可用兩種或兩種以上石子配合使用來加以解決，而對于后者，應(yīng)盡量滿足要求，以使砂石最小混合空隙率在20~22%之間。

　　作者曾做過這樣一個試驗(yàn)：用iso法測定的p.ⅱ42.5級硅酸鹽水泥，5~16mm及16~31.5mm 碎石，fm等于2.8砂，ⅰ級粉煤灰，sm高效減水劑（摻量為膠凝材料的0.6%），配制c50混凝土。當(dāng)單獨(dú)使用16~31.5mm石子時，混凝土配合比為：c+fa480kg/m³,砂kg/m³,石子1150kg/m³,水167kg/m³.當(dāng)用兩種石子混合使用時，混凝土配合比為：c+fa400kg/m³,砂756kg/m³,5~16mm石子397kg/m³,16~31.5mm石子737kg/m³,水160kg/m³.試驗(yàn)結(jié)果表明，砂石及其配合，對混凝土配合比影響較大。

　　4 結(jié)束語

　　高性能混凝土的應(yīng)用已較普及，但應(yīng)用技術(shù)尚待完善。本文提出高性能混凝土用水量的問題，旨在與混凝土工程技術(shù)人員共同探討高性能混凝土的配合比及材性，交流應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以利推廣。