高强混凝土配合比确定方法探讨

2011-01-14 00:00

1 现行的高强砼配合比确定方法

　　高强砼配合比的确定现在基本是应用普通砼的确定方法。该方法是利用鲍罗公式及表格按强度及耐久性要求确定水灰比；按粘聚性要求确定砂率Sp；按流动性要求确定单位用水量W₀；按经验确定外加剂掺量及掺合料用量；按以上确定参数计算初步配合比；然后进行试拌，按工作性好坏，对Sp、W₀及外加剂等作适当调节；最后利用 f的线性关系进行强度调节确定配合比.这方法以其简单易行一直被人们所应用。

2　在普通砼及高强砼中，用料及配合比关键参数对性能的影响的差别

2.1　水灰比

　　(1)在原材料一定的条件下，在普通砼中，对强度起决定性作用.因此，在确定时，除考虑耐久性外，主要由强度确定；而在高强砼中除外，骨料含量、砂率、单位用水量等对强度也影响较为显著。

(2)在普通砼中，灰水比与砼强度f的关系为线性关系，在进行砼试配时，正是利用了此关系进行强度调整；而在高强砼中，当较小时，f的线性关系反常。

2.2　砂率Sp的影响

在普通砼中，Sp对强度影响很少，对粘聚性影响十分显著，随着Sp增大，粘聚性变好。因此，在确定砼配合比时，没有考虑Sp对强度的影响，只是按施工操作要求的粘聚性确定Sp.在高强砼中，Sp对砼强度影响较大，试验表明，Sp减少，强度增加，Sp每减少1%，强度约增加1%；而Sp对粘聚性影响较小，原因是高强砼的较小，水泥用量大，且掺入大量的掺合料，本身粘聚性很好。

2.3 骨料含量的影响

骨料含量对普通砼强度影响很小，而对高强砼影响较为显著，影响程度仅次于 .试验表明，每减少0.01，强度增加3.5%-5%，愈小，强度增长率越大.而对强度的影响程度为每减0.02，强度增加6.5%-9 %。

2.4 单位用水量W0影响

普通砼中，当流动性一定时，用水量基本恒定，且当一定时，用水量W0对强度影响甚少，因此，需水量主要按施工要求流动性确定；而在高强砼中，用水量的大小对强度影响较为显著，当一定时，W0愈少，强度愈高.试验表明，其影响程度与骨料含量对强度影响一致，当每m3砼减少5 kg水时，强度增加3.5%～5%.但是，W0受到外加剂的种类及掺量、混合料的种类及掺量、坍落度损失要求制约。

2.5 外加剂的种类及用量的影响

在高性能砼中，一般都加有外加剂.常加的有高效减水剂和缓凝剂.减水剂主要用来提高砼流动性，其掺量的大小与减水剂种类、投放时间、水灰比、水泥与骨料种类、数量及环境温度等因素有关，很难予先确定准确的掺量.太小，减水效果不显著；太多，超过减水剂饱和点，不但流动性不再增加，砼还会产生离析，影响砼质量，同时还增加成本.缓凝剂也有类似情况，掺量适中，有利于减少坍落度损失，保证砼的泵送性能；掺量太小，作用不大；太多，凝结时间过长，影响后续施工操作，同时会使砼长时间疏松不硬，强度严重下降。

此外，水泥品种，掺合料的种类及掺量、骨料品种等对砼强度及工作性都有一定的影响。

3　普通砼配合比确定方法在高强砼中应用已显不足

　　从以上论述可见，由于材料品种繁多，性能各异，配合比中各参数对砼性能影响复杂.因此，高强砼中的各材料用量及各参数的取值很难象普通砼一样，予先确定一个具体值.因此，普通砼配合比确定方法在高强砼中应用已显不足.主要有以下几方面：
　　

（1）只考虑对强度的影响，忽略其它参数或材料品种对强度的影响，得出的配比不经济.试验表明，同时考虑 Sp、W₀及骨料含量对强度的影响进行配制砼，可显著提高砼强度及节约水泥，节约水泥12%-20%;
　　（2）利用 f的线性关系进行强度调整，当较小时，得出的配比不准确;
　　（3）较难把砼强度，耐久性、工作性及经济性统一起来，在配合比设计时，虽然其也考虑这些内容，但它是孤立地考虑的，因而得出的配比不够合理;
　　（4）未有考虑各材料的特性及各材料之间的相互影响;
　　（5）较难适应多项要求的砼.如若同时要求砼满足强度、抗渗标号、坍落度、坍落度损失值、弹性模量及成本等目标，这种方法就显得无能为力。

4 应用“正交—综合评定法”确定高强砼配合比

4.1　正交—综合评定法：该方法是利用正交试验的原理按排试验，根据试验结果进行综合评定，找出满足各项工程要求的最佳配合比的方法.步骤及方法见4.3实例.

4.2　正交—综合评定法优点：
　　（1）在各材料及参数对砼性能的影响还不太清楚的情况下，它能很好地处理各材料、各参数之间的相互关系.它通过科学安排试验，利用其“整齐可比性”及“均衡搭配性”，通过分析试验结果，可得到优化的配合比.
　　（2）它能把砼强度、耐久性；工作性及经济性统一；适应多目标要求的砼；所得的配比技术先进，经济合理.
　　（3）通过试验数据的分析，可弄清各材料，各参数对砼强度、耐久性、工作性及经济性的影响趋势及其影响的主次关系，为施工管理、质量控制、成本管理提供依据。

4.3　实　例：

　　某工程，混凝土设计强度等级为C55，C60，采用泵送施工，坍落度要求150-180 mm.材料采用P.O525水泥，Dm=20 mm碎石，中河砂，FDN高效减水剂掺量为0.5%-1.1%，缓凝剂为糖蜜，掺量为0.1%-0.3%.
　　1) 明确试验解决问题及考核指标
　　要解决的问题：提出满足施工要求，强度要求、耐久性要求及经济性要求的配合比.
　　考核指标：C55砼强度≥65 MPa,C60砼强度≥69 MPa，入泵坍落度S=150-180 mm，30 min后坍落度≥120 mm，成本愈低愈好。
　　2) 挑因素，选水平选择的因素及因素水平如表-1：

3)选择正交表：由于有4个因素，3种水平，故选择L9(34)正交表.
　　4) 试验安排：根据已选定的因素、因素水平及正交表，试验安排如表2.

备注：FDN—高效减水剂；S—坍落度；△S—坍落度损失值；f—抗压强度；W—成本价.

5)试拌：按试验安排中各试验号的参数计算试拌用料.试拌时，高效减水剂用量以使流动性S=150～180 mm确定.并把试验结果填于表2.

　　6) 试验结果分析

　　① 确定各因素对砼性能影响趋势及主次

　　各因素、因素水平对砼强度、坍落度损失值、成本影响如表3.表3数据是表2同一因素同一水平结果的平均值.通过对极差进行分析，可得出各因素对以上结果影响的主次，极差愈大，影响愈大.各因素对砼强度影响趋势大小为A＞B＞C＞D,水泥用量、用水量，砂率大小对强度都有较大的影响；对坍落度损失值影响趋势大小为：D＞B＞A、C.缓凝剂掺量及用水量影响较显著；对成本的影响趋势大小为A＞B＞C＞D，影响最大的为水泥用量.以上分析有利于施工管理，质量管理及成本管理。

　　② 确定最佳配合比

　　直观法：在目标数较少或较易判别优劣时可用此法.如本试验，以满足工作性要求，强度要求的条件下，成本低的为优.所以C55,C60配比分别可定为4^＃，7^＃试验结果。

　　综合评分法：当目标数较多或较难用直观法判别优劣时使用.步骤如下：第一，按各目标重要性程序不同，分别确定分值系数ki.如本试验，确定配比的原则为：在满足施工、强度要求的条件下，尽量节约材料，因此，强度，坍落度损失值、成本的分值系数ki分别取2，1，3.第二：评定各试验各目标得分：首先确定基本得分ai，再求该目标得分ki.ai.评定基本得分的方法为：若目标值不符合设计要求得0分；其余按优劣排列，分别得分为n，n-1…1.也可用跳跃式评分，以便把优劣拉开得分距离.第三：求各试验综合得分：把各试验各目标值得分相加.如7^＃试验，坍落度损失值、强度、成本的基本得分ai分别为3、5、6.目标值得分为：ai .ki=3×1，5×2，6×3，综合评分为31分.第四步：确定最佳配比：综合得分高为优.然后按综合分高低排名次，当综合分相同时，以最重要目标为优者为优.本试验排次见表二、由表二得C55，C66配比分别为4^＃及7^＃试验结果。

5　结束语

　　从以上论述可见，用正交综合评分法确定高强砼配合比，可避免试验的盲目性.它特别适合多目标要求的砼，能使砼满足工程各项要求，并取得一定的经济效益。

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