國內(nèi)外關(guān)于混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法有很多種，本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用和混凝土拌合物的特點(diǎn)，以體積法為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮混凝土的流變性能，結(jié)合JGJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，針對泵送混凝土（大流動性混凝土）提出以混凝土振實(shí)密度為基礎(chǔ)的配合比設(shè)計(jì)方法。
1 以振實(shí)密度法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)
泵送混凝土首先應(yīng)滿足一定的流動性能。從流變學(xué)的角度，流動性混凝土作為賓漢姆體，具有一定的粘彈性。只有混凝土在自身重力作用下克服漿體的粘性和剪切力，混凝土才能產(chǎn)生變形即流動。這就要求混凝土具有以下兩點(diǎn)：一是粗骨料不能產(chǎn)生機(jī)械咬合或極小的咬合作用，換言之，粗骨料與砂漿的體積比應(yīng)在適度的比例；二是漿體的粘度適中。粘度過大，混凝土自重不足以克服其粘滯阻力，影響混凝土流動性能。粘度太小，砂漿無法包裹石子，混凝土產(chǎn)生分離，泵送施工時(shí)容易造成堵管。
在組成混凝土的各種材料中，對混凝土流動性能影響最大的是粗骨料的含量，對粘度影響顯著的是用水量以及外加劑的摻量和性能。因此，在進(jìn)行泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮粗骨料與砂漿的比例以及用水量和外加劑的選擇和摻量。
2 各種材料體積比例
在討論泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)方法前，首先探討各種材料在混凝土中所占比例。下圖1為實(shí)際生產(chǎn)粉煤灰泵送混凝土的各種材料體積比例示意圖。
通過示意圖可以看出，石子在混凝土中的體積基本沒有變化，水的體積在一定的范圍變化，膠凝材料和砂的體積比例隨強(qiáng)度等級的變化有明顯的改變。石子在混凝土中的體積基本不變，意味著石子與砂漿的體積比相對固定；膠凝材料體積的增加通常伴隨著水膠比的降低。石子與砂漿的體積比決定著混凝土的流動性能，用水量和膠凝材料的體積比例決定著混凝土的粘聚性和強(qiáng)度。
3 泵送混凝土分析
通過以上分析，泵送混凝土應(yīng)具備以下特點(diǎn)：
（1）泵送混凝土首先應(yīng)該具有一定的流動性；
（2）粗骨料的粒徑和級配、砂子的細(xì)度模數(shù)、混凝土強(qiáng)度等級（水膠比）、摻合料種類及摻量、單方用水量等對混凝土的流變性能具有不同的影響作用。
（3）決定混凝土流動性能的主要因素是漿骨比，石子含量影響重大；
（4）用水量以及外加劑的摻量和性能對粘度影響顯著。
（5）設(shè)計(jì)普通強(qiáng)度等級泵送混凝土配合比時(shí)，強(qiáng)度保證比較容易達(dá)到，重點(diǎn)考慮的應(yīng)該是混凝土的和易性和耐久性。
為了保證混凝土的泵送性能，要求混凝土具有一定的流動性和良好的粘聚性。從流變學(xué)的角度，要求混凝土能夠在自身重力或外力的作用下克服剪切力和粘滯阻力，這就要求石子之間有足夠的砂漿層來潤滑。同時(shí)為保證混凝土粘聚性，混凝土必須具有適度的粘度，這就要求控制用水量和合理使用外加劑。較低的用水量使混凝土具有較好的密實(shí)度，抗?jié)B透性能和抗侵蝕性能得到提高，混凝土的耐久性也有保障。
4 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)思路
基于以上分析，提出根據(jù)粗骨料的性質(zhì)首先確定石子體積的方法進(jìn)行泵送混凝土配合比的設(shè)計(jì)。確定了石子體積，就確定了混凝土的漿骨比，同時(shí)確定了混凝土流動性的必須條件。
基本思路是：以石子的振實(shí)密度為基礎(chǔ)，按不同的流動性能要求確定石子的體積系數(shù)，得出單方石子用量。再按不同強(qiáng)度等級確定水膠比和用水量，取不同的摻合料取代率，計(jì)算水泥、摻合料的用量，扣除含氣量后的體積即為砂子的體積。
ρg1＝ρg（1－δ） （式1）
即：
ρg＝ρg1/（1－δ） （式2）
體積的表達(dá)式為：
Vg＝Wg/ρg （式3）
Vg1＝Wg1/ρg1 （式4）
同樣存在：
Vg＝Wg（1－δ）/ρg1 （式5）
Vg＝ Vg1（1－δ） （式6）
Wg1＝ Wg（1－δ） （式7）
式中：Vg、Vg1、Wg、Wg1分別代表石子的絕對體積、振實(shí)狀態(tài)體積、重量、振實(shí)狀態(tài)重量。
空隙率δ是由石子的粒徑和級配狀況決定的，與石子的密度無關(guān)。根據(jù)配合比表示的習(xí)慣，材料組成以單方重量表示。石子的單方用量Wg與振實(shí)密度成正比，在確定石子體積含量后，石子的單方用量Wg通過式5可以計(jì)算得出。此時(shí)計(jì)算出的重量是在石子緊密堆積、石子顆粒機(jī)械咬合狀態(tài)下的重量，混凝土沒有流動性。如前所述，混凝土具備一定流動性能就必須在石子之間具有一定度的砂漿層，即石子的體積含量比緊密堆積時(shí)的體積要小，重量相應(yīng)地減小。這正是用振實(shí)密度確定石子用量的根據(jù)，同時(shí)消除了石子密度變化對體積含量的影響。
5 配合比設(shè)計(jì)過程
混凝土的配制強(qiáng)度可按JGJ55的方法計(jì)算，也可按本文推薦的公式進(jìn)行配制強(qiáng)度的計(jì)算，即fcu，o＝1.2fcu，k＋4。此公式對于混凝土攪拌站進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)更為實(shí)用。
進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)前，首先測出水泥、摻合料、砂、石等各種原材料的表觀密度和石子的振實(shí)密度。以石子的振實(shí)密度乘以體積系數(shù)即為石子的單方用量，石子體積系數(shù)可按表1選取。根據(jù)原材料情況和混凝土配制強(qiáng)度，用水量可按照經(jīng)驗(yàn)或按照表2選取。
表1 石子體積系數(shù)（建議）
表3 配合比計(jì)算示例（kg/m3）推薦使用水膠比進(jìn)行膠凝材料用量計(jì)算，根據(jù)摻合料性質(zhì)和混凝土的配制強(qiáng)度確定三個(gè)不同的取代率，分別計(jì)算出水泥和膠凝材料的用量，考慮混凝土含氣量1%～2%，通過體積計(jì)算出砂子的體積，從而得出砂子的單方用量。至此算出三個(gè)配合比進(jìn)行試配，選取混凝土和易性良好、強(qiáng)度滿足配制強(qiáng)度的配合比作為施工配合比。配合比設(shè)計(jì)流程如圖。
摻合料取代率：按照不超過有關(guān)規(guī)范最高取代限量加超量和外摻部分選取。
石子最大粒徑：以不超過鋼筋凈距的3/4，結(jié)構(gòu)最小截面的1/5或板厚的1/3為原則。
6 計(jì)算示例
原材料
水泥P.O42.5，密度3.15g/cm3，取fce ＝49MPa；
石子：碎石5～25cm，表觀密度2.7g/cm3，振實(shí)密度1600kg/m3；
砂子：表觀密度2.65g/cm3；
粉煤灰：Ⅱ級，表觀密度2.12g/cm3；
外加劑：泵送劑（萘系）。
以C30泵送混凝土為例，分別計(jì)算用于樓板、墻的混凝土配合比。
計(jì)算配制強(qiáng)度
fcu，o≧fcu，k＋1.645σ，取σ＝5MPa
fcu，o＝38MPa
fcu，o＝1.2fcu，k＋4＝36＋4＝40MPa
取fcu，o＝40MPa
確定石子用量
板：k＝0.68，mg＝1600×0.68＝1088kg/m3
墻：k＝0.65，mg＝1600×0.65＝1040kg/m3
W/B： W/B＝0.46
用水量
板：175kg/m3，墻：180kg/m3
粉煤灰取代率
f1＝0.2，f2＝0.25，f3＝0.3
膠凝材量
板：175/0.46＝380kg/m3
對應(yīng)的水泥和粉煤灰用量分別為：
mc1＝304、mc2＝285、mc3＝266
mf1＝76、mf2＝95、mf3＝114
墻：180/0.46＝391kg/m3
對應(yīng)的水泥和粉煤灰用量分別為：
mc1＝313、mc2＝293、mc3＝274
mf1＝78、mf2＝98、mf3＝117
通過體積計(jì)算，算出砂子的體積和重量。例如1號配合比中砂用量的計(jì)算：
Vs＝1000－175－304/3.15－76/2.12－1089/2.7－18＝271.3（L）
mg＝271.3×2.65＝719kg/m3
結(jié)果如下
影響混凝土流動性的因素很多，如石子的最大粒徑、級配，砂子的細(xì)度模數(shù)、級配，摻合料的種類和性質(zhì)，用水量大小和外加劑的性能，以及各種材料之間的相互作用和關(guān)系等，仍需要大量試驗(yàn)進(jìn)行探索和驗(yàn)證。
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