關(guān)于水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的探討

  0.引言   

  水泥是混凝土中最主要的組成材料之一，它在很大程度上直接影響到混凝土的質(zhì)量和工程的經(jīng)濟(jì)效益。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的選擇十分重要。如果取值過(guò)高，必然造成水泥用量減少，容易導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，影響工程的混凝土質(zhì)量；如果取值過(guò)低，也將造成材料浪費(fèi)，成本增加，而且會(huì)出現(xiàn)混凝土28d強(qiáng)度超高的現(xiàn)象，這樣的混凝土極易開(kāi)裂，影響混凝土的長(zhǎng)期性能和耐久性能。筆者通過(guò)對(duì)水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的分析，在混凝土配合比中進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)分析，結(jié)合自己多年來(lái)積累的大量水泥實(shí)測(cè)28d抗壓強(qiáng)度值的分析，結(jié)果證明在日常工作中采用的方法，即無(wú)實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，選用水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)1.12是不恰當(dāng)?shù)模P者提出了應(yīng)根據(jù)廠家近期提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合試驗(yàn)的3d抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行綜合判定，確定每種水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的取值，然后再進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法，并應(yīng)用在實(shí)際工程中，充分利用了水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)，達(dá)到了既節(jié)約成本，又保證了混凝土質(zhì)量的目的。

  1.水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)是混凝土配合比設(shè)計(jì)的重要因素

  根據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）的要求，應(yīng)首先計(jì)算混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu,0,然后根據(jù)配制強(qiáng)度和水泥膠砂抗壓強(qiáng)度計(jì)算混凝土水膠比W/B。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C60時(shí)：

  式中：

  W/B——混凝土水膠比；

  αa、αb——回歸系數(shù)，按《規(guī)程》5.1.2條的規(guī)定取值；

  fb——膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度，MPa，可按GB/T17671實(shí)測(cè)，也可按《規(guī)程》5.1.3條確定。

  fb無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)按式（2）計(jì)算：

  fb=γf·γs·γc·fce,g(2)

  式中：

  γf、γs——分別為粉煤灰和粒化高爐礦渣粉影響系數(shù)，按《規(guī)程》5.1.3選用；

  fce,g——水泥強(qiáng)度等級(jí)值，MPa；

  γc——水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)，可按統(tǒng)計(jì)資料確定，也可按《規(guī)程》中表5.1.4選用。

  再根據(jù)混凝土中使用的骨料最大粒徑查表得出混凝土中單位用水量mw0,然后計(jì)算混凝土中的水泥用量mc0：

  （3）

  由此可見(jiàn)，單位混凝土中水泥用量與水膠比有關(guān)，而水膠比又與混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu,0和水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度有關(guān)，水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度的計(jì)算主要取決于水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)γc。

  2.水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)γc的分析

  2.1從水泥試驗(yàn)評(píng)定的角度分析

  當(dāng)水泥進(jìn)場(chǎng)必須經(jīng)過(guò)材料檢測(cè)時(shí)，水泥強(qiáng)度等級(jí)的評(píng)定是以水泥3d和28d齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度作為依據(jù)的，檢測(cè)結(jié)果可分為兩種情況：一是水泥3d和28d齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度超過(guò)委托強(qiáng)度等級(jí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，應(yīng)按委托方委托的強(qiáng)度等級(jí)來(lái)評(píng)定。二是水泥的3d和28d齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度低于委托的強(qiáng)度等級(jí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，比如    P·O52.5水泥不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但能達(dá)到P·O42.5水泥的標(biāo)準(zhǔn)，則可降低一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)來(lái)使用。由此可見(jiàn)，無(wú)論是以上面哪種方式應(yīng)用于施工生產(chǎn)中時(shí)，水泥實(shí)測(cè)強(qiáng)度均高于技術(shù)要求的水泥強(qiáng)度等級(jí)，即水泥強(qiáng)度得到了提高，即γc≥1.0。

  2.2從水泥生產(chǎn)的質(zhì)量來(lái)分析

  我國(guó)水泥生產(chǎn)廠家很多，質(zhì)量參差不齊，不同地區(qū)生產(chǎn)的同標(biāo)號(hào)水泥強(qiáng)度波動(dòng)較大。國(guó)有大型企業(yè)技術(shù)力量雄厚，設(shè)備先進(jìn)，檢測(cè)手段齊全，生產(chǎn)的水泥質(zhì)量既好又穩(wěn)定；而一些小型水泥企業(yè)和粉磨站生產(chǎn)的水泥往往質(zhì)量不穩(wěn)定，為了降低成本，水泥28d強(qiáng)度值接近于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。歷年水泥統(tǒng)計(jì)資料表明：P·S32.5水泥中，γc最小的是1.00，最大的是1.94；P·O42.5水泥中，γc最小的是1.00，最大的是1.43。這就給檢測(cè)部門(mén)的配合比設(shè)計(jì)和施工單位的安全使用帶來(lái)了一定困難，因此造成的材料浪費(fèi)和混凝土28d強(qiáng)度不足的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。以工程中常用的強(qiáng)度等級(jí)值32.5水泥為例，在配合比設(shè)計(jì)中，按《規(guī)程》規(guī)定當(dāng)缺乏實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，按表取值γc=1.12，用此計(jì)算混凝土配合比時(shí)，水泥28d實(shí)測(cè)強(qiáng)度值高的水泥就會(huì)造成材料的浪費(fèi)，而對(duì)于水泥28d實(shí)測(cè)強(qiáng)度值低的水泥，混凝土28d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度就有可能無(wú)法達(dá)到配制強(qiáng)度的要求，進(jìn)而有可能導(dǎo)致在施工現(xiàn)場(chǎng)，由于測(cè)量誤差和人為因素等原因，造成混凝土28d強(qiáng)度值和同條件試塊無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。   2.3對(duì)混凝土中水泥用量、混凝土強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)效益的影響   

  例如配制C20混凝土，使用P·S32.5水泥，采用中砂，5～25mm碎石，坍落度要求70～90mm，配制強(qiáng)度為fcu,0=26.6MPa，選用水量為175kg/m3,則在混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算中，不使用水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)時(shí)，即γc=1.00：

  fb=γc﹒fce,g=1.00×32.5=32.5MPa

  W/B=0.57

  mc0=175/0.57=307kg/m3

  按《規(guī)程》中規(guī)定無(wú)統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)按表取，即γc=1.12：

  fb=γc﹒fce,g=1.12×32.5=36.4MPa

  W/B=0.63

  mc0=175/0.63=278kg/m3

  使用與不使用水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)相比，水膠比增加0.06，水泥用量減少9.4%。水泥用量不同，使混凝土的強(qiáng)度也受到了影響，如表1所示。

  表1 使用水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)與否的對(duì)比

  從表1看出，使用γc值比不使用γc，混凝土強(qiáng)度減少8.1%，但均達(dá)到了配制強(qiáng)度；水泥用量減少29kg/m3。從經(jīng)濟(jì)效益角度看，若小型工程，水泥用量的影響可能不大，但對(duì)于大型混凝土工程來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)效益將很可觀。

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  3.水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)γc的取值

  《規(guī)程》中規(guī)定，水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)，可按實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料確定，當(dāng)缺乏實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，可按表選用。在實(shí)際施工工程中應(yīng)用最多的水泥強(qiáng)度等級(jí)值是32.5，在《規(guī)程》表5.1.4中，水泥強(qiáng)度等級(jí)值是32.5的富余系數(shù)是1.12，我們?cè)趯?shí)際配制混凝土?xí)r，由于各工地水泥品種繁多，不固定，而對(duì)各種水泥均缺乏實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料，因此在實(shí)際配制時(shí)均采用規(guī)范中提供的γc，但筆者在多年來(lái)積累的大量水泥實(shí)測(cè)28d抗壓強(qiáng)度值中發(fā)現(xiàn)，用γc=1.12來(lái)計(jì)算配合比是不恰當(dāng)?shù)?。P·S32.5和P·O42.5水泥28d抗壓強(qiáng)度值統(tǒng)計(jì)匯總?cè)绫?所示。

  表2 28d抗壓強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)統(tǒng)計(jì)

  注：括號(hào)中數(shù)據(jù)為該富余系數(shù)的樣品占總樣品的百分比。

  從表2中可以看出，目前水泥質(zhì)量整體水平較高，P·S32.5水泥中，γc＞1.12的水泥占63.1%，1.0≤γc＜1.12的水泥占23.4%；P·O42.5水泥中，γc＞1.12的水泥占67.2%，1.0≤γc＜1.12的水泥占15.5%；選取γc=1.12所占的比例是極小一部分，大多數(shù)水泥在使用過(guò)程中γc值的選取可以大于1.12，以便達(dá)到滿足技術(shù)要求的前提下節(jié)約水泥、降低成本的目的，所以筆者認(rèn)為使用γc=1.12是不恰當(dāng)?shù)模瑧?yīng)根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選取γc值。在具體操作上筆者建議根據(jù)廠家近期提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合我們自己水泥試驗(yàn)的3d抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行綜合判定，確定每種水泥γc的取值，這樣再進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，就可以在混凝土中更加經(jīng)濟(jì)合理地使用水泥了。

  4.工程實(shí)例

  筆者在幾年的工作實(shí)踐中使用了這種方法，應(yīng)用效果較好。試舉其中門(mén)頭溝棚戶區(qū)改造石泉磚廠AB地塊安置房工程項(xiàng)目為例，該工程采用唐山豐潤(rùn)京豐水泥廠生產(chǎn)的P·S·A32.5水泥，砂Mx=2.6，碎石粒徑5～25mm，坍落度要求60～80mm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25。筆者根據(jù)水泥出廠檢測(cè)報(bào)告，并收集唐山豐潤(rùn)水泥廠近期的水泥檢測(cè)結(jié)果共7組，見(jiàn)表3。

  表3 唐山豐潤(rùn)水泥廠水泥檢測(cè)結(jié)果

  從表3中看出，γc=1.37，又結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室對(duì)送檢水泥所做的試驗(yàn)，3d抗壓強(qiáng)度結(jié)果為20.4MPa，根據(jù)以往水泥試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，3d強(qiáng)度能達(dá)到28d的40%～50%之間，據(jù)此推定水泥28d抗壓強(qiáng)度大約在40.8～51MPa之間，即γc值在1.26～1.57之間，因此確定了γc的取值為1.35，并進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)：

  混凝土配制強(qiáng)度fcu,0=33.2MPa

  當(dāng)γc=1.35時(shí)，fb=γc﹒fce,g=1.35×32.5=43.88MPa

  W/B=0.61

  mw0=172kg/m3

  mc0=172/0.61=282kg/m3

  當(dāng)γc=1.12時(shí)，fb=γc﹒fce,g=1.12×32.5=36.4MPa

  mw0=172kg/m3

  W/B=0.52

  mc0=172/0.52=331kg/m3

  試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

  表4 采用不同水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的對(duì)比

  本實(shí)驗(yàn)室送檢水泥的28d抗壓強(qiáng)度結(jié)果是45.3MPa，水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)γc=1.39。工地施工過(guò)程中留置的標(biāo)養(yǎng)28d試塊強(qiáng)度共計(jì)12組，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

  表5 混凝土28d標(biāo)養(yǎng)試塊抗壓強(qiáng)度

  從表5可以看出，工地施工過(guò)程中留置的標(biāo)養(yǎng)28d試塊強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C25的強(qiáng)度要求。

  工程實(shí)踐證明，根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料利用水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)比無(wú)統(tǒng)計(jì)資料按標(biāo)準(zhǔn)選取水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)，混凝土水泥用量減少了 49kg/m3，而且混凝土強(qiáng)度超高現(xiàn)象得到了改善，達(dá)到了既保證質(zhì)量又節(jié)約成本的目的。

  5.結(jié)論

  1）水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)的取值嚴(yán)重影響混凝土配合比設(shè)計(jì)。

  2）應(yīng)用在工程中的水泥實(shí)測(cè)強(qiáng)度均高于水泥的強(qiáng)度等級(jí)值，即γc≥1.0。

  3）水泥質(zhì)量參差不齊，水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)波動(dòng)范圍較大。

  4）根據(jù)混凝土對(duì)比試驗(yàn)，使用γc比不使用γc，混凝土中水泥用量減少29kg/m3，但強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

  5）歷年統(tǒng)計(jì)資料表明，水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)取1.12是不恰當(dāng)?shù)?，?yīng)根據(jù)近期實(shí)測(cè)資料和進(jìn)場(chǎng)水泥試驗(yàn)3d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行綜合判定，來(lái)確定每種水泥γc的取值，在保證技術(shù)要求的情況下，充分利用水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)，以達(dá)到在混凝土中更加經(jīng)濟(jì)合理地使用水泥的目的。