高性能混凝土配合比設計
高性能混凝土配合比設計
科學合理的配合比設計能夠保證高性能混凝土效能的充分發揮,但結合實際調研可以發現,雙摻或多摻、粗細骨料搭配等問題仍廣泛存在于業界。為盡可能解決高性能混凝土配合比設計存在的問題,正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在,由此可見本文研究具備的較高現實意義。
在高性能混凝土配合比設計中,活性礦物摻合料的合理應用極為關鍵,活性礦物摻合料能夠較好服務于骨料與水泥石的界面優化,優質粉煤灰、硅灰、磷渣粉、鋼渣粉、磨細礦渣粉等活性礦物摻合料,均能夠用于高性能混凝土中。以硅灰為例,其含有的活性SiO2可實現高性能混凝土的二次反應,即在界面上活性SiO2與氫氧化鈣(水泥水化反應生成)發生火山灰反應,生成的凝膠水化硅酸鈣會沉積于混凝土界面的一些孔隙中,混凝土界面的粘結強度和抗滲性可實現一定提升,水泥漿體中的孔隙也能夠由活性細微顆粒填充,混凝土實現的毛細孔結構優化也能夠有效提升抗滲性能。
此外,適量的活性礦物細摻合料還能夠減少水泥用量,降低水化熱,裂縫問題可得到較好預防,這類基本設計路徑不容忽視。
混凝土的強度提高離不開大量使用的膠凝材料支持,但一般情況下每立方米混凝土的膠凝材料用量需控制在550kg內,為降低膠凝材料的用量,需設法降低水膠比,降低單方用水量,這便需要得到高效減水劑的支持,高效減水劑的應用能夠有效提高水膠比低時的流動性。如采用聚羧酸系列高效減水劑,混凝土坍落度損失避免、混凝土工作性能增強均可得到較好保障,并避免顯著的緩凝出現。高性能混凝土配合比設計應綜合采用高效減水劑與活性礦物摻合料,以此增大混凝土的流動性、降低水膠比、提高骨料粘結強度、提高水泥石硬化密實度。
高性能混凝土配合比設計需重點關注參數的控制,水膠比、漿骨比、砂率、高效減水劑摻量均屬于控制的關鍵。水膠比的控制需結合高性能混凝土特點,即低水膠比,以此提高其耐久性、降低滲透性,因此一般情況下需保證高性能混凝土水膠比控制在0.40以下,如C50強度的水膠比需控制在0.37~0.33,C80強度的水膠比需控制在0.28~0.24,C100強度的水膠比需控制在0.23~0.19。在結合強度等級確定水膠比后,即可基于礦物細摻合料的種類和量,針對性調節強度;漿骨比指的是水泥漿與骨料的比例,一般情況下漿骨體積比應采用35:65,這一比例下混凝土的強度、工作性、體積穩定性等指標均表現的較為理想,高性能混凝土也能夠擁有更加理想的狀態。對于C50~C70強度等級的高性能混凝土配置來說,20%~50%的水泥可由15%~30%的礦渣或優質粉煤灰替代,C80強度以下的混凝土則可以采用15%~35%的礦渣(優質粉煤灰)與5%~10%硅灰;砂率控制同樣直接影響混凝土性能,粗骨料使用需得到重點關注,一般情況下混凝土強度會隨砂率的提高而降低,彈性模量也會同時減小,這種情況下需基于總膠凝材料用量、粗細顆粒骨料級配、輸送要求,合理選擇砂率。如膠凝材料總用量小于360kg/m3,1.6~2.2細度模數的細砂、2.3~3.0的中砂、3.1~3.7的粗砂的占比應分別為0.38、0.40、0.42,如膠凝材料總用量在420kg/m3~480kg/m3區間,細砂、中砂、粗砂的占比則應分別為0.34、0.36、0.38;高效減水劑摻量直接影響混凝土強度和耐久性,混凝土流動性與坍落度也會直接受到影響,一般采用1.5%~2%之間的摻量。
在高性能混凝土配合比設計中,雙摻或多摻問題較為突出,這類問題會導致混凝土強度的增長時間和混凝土凝結時間的延長,工程進度很容易受到影響。同時,過量的摻合料或較低的摻合料質量,也很容易導致高性能混凝土出現長時間塑性。因此,高性能混凝土配合比設計需綜合結合工程施工氣候環境、施工方式、結構特征、強度等級、具體要求,以此合理控制活性礦物摻合料總摻入量。如采用高標號硅酸鹽水泥,一般可將活性礦物摻合料總摻量適當提升,如在冬季進行施工,則需要選擇非緩凝型的減水劑,活性礦物摻合料的總摻量也需要適當降低。
粗細骨料搭配屬于高性能混凝土配合比設計的重要內容,工程質量直接受到這一搭配的影響。高性能混凝土的水膠比一般較低,且水泥石強度相對較高,因此粗細骨料的有關強度也需要適當提高。在具體的材料選擇中,需保證選用的巖石沒有風化,嚴禁使用風化母巖,同時還需要嚴格控制粒徑級配、碎石含泥量、針片狀含量。在具體的粗細骨料搭配設計中,水泥用量需得到重點關注,并基于減小空隙率需要進行設計,一般需保證粗骨料松散堆積的空隙率在40%以下,且擁有2%以下的吸水率、1600kg/m3以上的密度。在配比過程中,可對強制攪拌工藝進行優化,設法提高攪拌時間,高性能混凝土的水泥用量減少、強度和耐久性提高可由此實現。
以永春碧桂園二期工程為例,該工程總投資111000萬元,總用地面積、總建筑面積分別為253686m2與350847m2,工程包括32層建筑5棟、26層建筑4棟、18層建筑3棟、3層低層建筑159棟、幼兒園及配套設施1棟。本文研究以永春碧桂園二期D區工程作為具體研究對象,深入探討工程用高性能混凝土配合比設計,高性能混凝土的應用部位分別為9#樓二層柱與141#樓二層柱三層梁板。
為保證高性能混凝土配合比設計能夠較好滿足施工質量控制需要,需開展針對性的最佳堆積密度試驗、最佳水膠比確定試驗、不同摻合料對拌合物性能及強度影響試驗。結合試驗,可確定9#樓二層柱用高性能混凝土配合比設計,采用38.2MPa的試配強度設計,水膠比為0.45,水、水泥、砂、石、粉煤灰、緩凝高效減水劑的材料用量分別為168kg/m3、306kg/m3、800kg/m3、1019kg/m3、67kg/m3、7.50kg/m3,配合比(質量比)分別為0.55、1.00、2.61、3.33、0.22、0.025,外加劑摻量為2.2%,采用P.O42.5R等級的水泥、細度模數為2.7的河砂、5mm-31.5mm粒徑的碎石、F類Ⅱ級的粉煤灰、YF-A1型號的緩凝高效減水劑;141#樓二層柱三層梁板用高性能混凝土配合比設計,采用33.2MPa的試配強度設計,水膠比為0.53,水、水泥、砂、石、粉煤灰、緩凝高效減水劑的材料用量分別為178kg/m3、269kg/m3、828kg/m3、1013kg/m3、67kg/m3、7.40kg/m3,配合比(質量比)分別為0.66、1.00、3.08、3.77、0.25、0.028,外加劑摻量為2.2%,采用P.O42.5R等級的水泥、細度模數為2.7的河砂、5mm-31.5mm粒徑的碎石、F類Ⅱ級的粉煤灰、CSP-2型號的緩凝高效減水劑。基于高水平的高性能混凝土配合比設計,永春碧桂園二期D區工程的施工質量得到了較好保障,粉煤灰的合理應用也使得混凝土和易性得到改善、混凝土強度提高,由此即可更深入了解高性能混凝土配合比設計。
綜上所述,高性能混凝土配合比設計需關注多方面因素影響。在此基礎上,本文涉及的采用活性礦物摻合料、合理使用高效減水劑、科學設計配合比參數、雙摻或多摻問題、粗細骨料搭配問題、設計實例等內容,則提供了可行性較高的高性能混凝土配合比設計路徑。為更好提升高性能混凝土配合比設計水平,基于混凝土配合比試驗的混凝土最佳配合比優化調整必須得到重視,各類新材料、新工藝、新設備的積極應用也應成為業界關注的焦點。