小级配试验在混凝土配合比中的应用

来源：职称驿站所属分类：材料科学论文
发布时间：2011-05-25浏览：155次

　　摘要：在C25水下砼配合比设计中，我们通过运用小级配试验方法，调整外加剂掺量和粉煤灰及矿粉掺量及比例，确定试验室配合比，减小了工作量，为试验工作争取了大量时间，保证了现场施工顺利进行。
　　关键词：小级配试验，配合比设计，粉煤灰-矿粉双掺
　　一、前言
　　日照市疏港高速公路中的奎山高架桥在K8+414～K8+595间跨越崮子河，本地区6、7、8月为降水集中期，所以，本着“先水中，后陆地”的原则，争取在汛期来临之前，将崮子河内2～6号墩共30根桩基抢出。5月中旬，我们开始着手做砼配合比设计工作(其他原因造成无法提前)，试验室要在最短时间内完成C25水下桩基等一系列混凝土配合比的试配。监理要求配合比7天试配强度必须达到设计强度的100%，现场才允许进行施工。目前，我们计划一个水泥厂家，两个外加剂厂家，采用粉煤灰-矿粉双掺，以充分发挥粉煤灰和矿粉的互补效应，改善混凝土的和易性、耐久性和可泵性。
　　外加剂最佳掺量不确定，粉煤灰与矿粉适宜掺量不确定，需要通过试拌确定外加剂的最佳掺量，确定粉煤灰与矿粉的总掺量及比例。我们传统的做法是根据原材料品质选择设计参数，然后计算出配合比，通过试验室砼拌合机试拌，观测拌合物的各项性能指标；若拌合物性能不能满足施工与设计要求，通过调整材料用量，重新试拌。周期长、工作量大，既浪费材料，又浪费时间。
　　我们利用小级配试验，有效解决了这一问题。
　　二、小级配试验概述
　　小级配试验是一个组合的对比试验，是将混凝土拌合物原材料等比例地缩小，拌合后，观测混凝土拌合物各项工作性能的试验。
　　混凝土工作性能是多个可变因素共同作用的结果。它是由各种原材料的质量、砂率、单方用水量、水灰比、掺合料的种类及掺量、外加剂的种类及掺量等多种因素共同作用而产生的。它们可能相互叠加、也可能相互削减。但任何一种工作性的外在表现都会有一项可变因素是处在主导地位，是产生该种工作性的主要原因。而小级配试验则是将次要的可变因素近似相等，研究主要的可变因素对混凝土性能的影响。如研究外加剂和掺合料的掺量对和易性的影响时，我们可以将其余因素保持近似不变，增减外加剂和掺合料的掺量，通过小级配试验就可直观地将和易性随外加剂和掺合料的掺量的变化表现出来。因此，在小级配试验之前必须确定试验的目的，即确定研究何种可变因素对何种性能的影响。
　　三、试验目的：
　　通过运用小级配试验，改变外加剂的掺量和掺合料的掺量及比例，调整混凝土拌合物的和易性，进而确定C25水下砼试验室配合比。
　　四、配合比设计要求：
　　1、砼强度等级：C25；
　　2、坍落度：180-220mm；
　　3、使用部位：桩基；
　　4、集料公称最大粒径：31.5mm；
　　5、采用砼罐车运输，拌合站距离工地有二十几分钟路程，因此，我们需要观察考虑混凝土拌合物半小时后的工作性能。
　　五、配合比选择试验
　　1、原材料选择
　　（1)、水泥：日照中联P•O42.5，其技术指标见表1：
　　表1水泥的技术指标

　　（2)、碎石：产地日照五莲后汤家沟，5～31.5mm连续级配，其技术指标见表2：
　　表2碎石的技术指标
　

　　（3)、砂：焦柯庄中砂，其技术指标见表3：
　　表3砂的技术指标

　　（4)、外加剂：日照广信建材有限公司-高效缓凝减水剂（粉剂）GX-N2，减水率为20%，推荐掺量为0.6%～1.0%；山东华伟银凯建材有限公司-高效缓凝减水剂（粉剂）NOF-2C，减水率为20%，推荐掺量为0.6%～0.8%；
　　（5)、掺合料：
　　粉煤灰：日照华能电厂Ⅰ级粉煤灰，其性能指标见表4：
　　表4粉煤灰的性能指标
　

　　矿粉：日照联盛建材有限公司S95级矿粉，其性能指标见表5：
　　表5矿粉的性能指标

　　（5）、水：符合国家饮用水标准的自来水。
　　2、试验方案
　　先根据原材料品质选择设计参数，计算出不掺粉煤灰和矿粉的配合比；再以外加剂厂家推荐掺量为基础（本试验方案以日照广信建材有限公司生产的高效缓凝减水剂（粉剂）GX-N2为例），用小级配试验方法确定出最佳掺量；进而确定基准配合比；再以基准配合比为基础，分别对水泥以20%，15%的取代，在20%，15%的总量取代中，粉煤灰（F）：矿粉（K）分别为7：3、5：5、3：7。由于掺加适量的粉煤灰和矿粉可以改善混凝土拌和物的流动性、粘聚性和保水性，外加剂的掺量可考虑比基准配合比的掺量降低0.1%。具体实施如下：
　　（1）、计算初步配合比
　　根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)及《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)，计算初步配合比为：
　　水泥：砂：碎石：水W/C砂率
　　＝380：769：1061：1900.5042%
　　＝1：2.02：2.79：0.50
　　（2）、小级配试验
　　工具准备：电子称，炒锅，抹刀，料铲等（见图1）。
　　
　　图1、基本工具图2、称料
　　分别称取相同质量拌合物材料各三份于三个炒锅中，材料用量分别为水泥：1Kg，砂：2.02Kg，碎石：2.79Kg，水：0.50Kg，外加剂掺量分别为水泥的0.6%、0.7%、0.8%（见图2）。把水和外加剂同时加入三份材料中，三人同时用抹刀开始翻拌（见图3）；拌合均匀后，对比发现，外加剂为0.6%掺量的拌合物流动性达不到灌桩要求，有点稠；0.7%掺量的开始流动性比较好，半小时后，流动性降低，不满足灌桩要求；0.8%掺量拌合物开始流动性好，和易性良好，半小时后，仍然具有较好的流动性。对0.8%掺量的配比用砼拌合机以25L量进行拌合，和易性良好，坍落度为200mm，半小时后坍落度为为195mm，满足施工要求。[!--empirenews.page--]
　　
　　（3）、确定基准配合比
　　根据以上结果，以mco:mso:mgo:mwo:m外=380:769:1061:190:3.04=1:2.02:2.79:0.50:0.8%为基准配合比。
　　（4）、对基准配合比水泥分别进行20%及15%的等量取代，外加剂掺量降低0.1%，确定试验室配合比
　　《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)规定：每立方米水下混凝土的水泥用量不宜小于350Kg，当掺有适宜数量的减水缓凝剂或粉煤灰时，可不少于300Kg。
　　以mco:mso:mgo:mwo:m外=380:769:1061:190:3.04=1:2.02:2.79:0.50:0.8%为基准配合比，分别对水泥进行20%及15%的等量取代，粉煤灰（F）与矿粉（K）的比例分别为7：3，5：5，3：7，外加剂掺量降低0.1%，为胶凝材料的0.7%（配合比见表6）。仍然先进行小级配试验；半小时后，工作状态良好，能满足施工要求；再以砼拌合机试拌25L，测试拌合物半小时后的各项指标，结果如下表7：
　　
　　表6粉煤灰、矿粉双掺配合比
　　
　　表7试验结果

　　以上试验结果表明，7天抗压强度均达到了设计强度的100%；28天抗压强度均大于C25水下的试配强度fcu,0=fcu,k+1.645δ=fcu,k+1.645×5.0=33.2Mpa（根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)δ取5.0），其他各项结果亦均满足设计要求。本着施工方便、经济的原则，选取编号1配合比为试验室配合比。
　　编号1配合比
　　水泥+粉煤灰+矿粉：砂：碎石：水W/C+F外加剂砂率
　　＝（304+53.2+22.8）：769：1061：1900.502.6642%
　　该配合比是在原材料稳定的基础上得出的，而在实际生产中，原材料是不断变化的，还需在该配合比的基础上，针对原材料的变化做相应的调整。
　　六、施工情况
　　用小级配试验确定的配合比，施工实践证明是可行的，满足施工要求。奎山高架桥桩基自开工以来，到目前已灌注桩基225根，砼强度统计，R7=26.5MPa,R28=36.6MPa；小应变检测桩基130根，全部为Ⅰ类桩；钻孔取芯7根，芯样连续、光滑、完整，呈长柱状，骨料分布均匀，胶结良好，其强度平均值为32.9MPa。
　　七、结束语
　　在本次配合比设计中，我们通过运用小级配试验，改变外加剂的掺量和掺合料的掺量及比例，调整混凝土拌合物的和易性，进而确定试验室配合比，缩短了试验周期，减少了试验次数。施工实践证明，由小级配试验确定的配合比满足施工与设计要求，在今后的试验工作中值得推广。
　　
　　
　　参考文献
　　【1】中华人民共和国行业标准.JGJ55-2000.普通混凝土配合比设计规程.北京.中国建筑工业出版社.2001；
　　【2】中华人民共和国交通部发布.JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范.北京.任命交通出版社.2000。