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不知3种境界、6类秘诀,你敢说懂混凝土配合比?

发布日期:2018-05-16 浏览次数:

不知3种境界、6类秘诀,你敢说懂混凝土配合比?

 

世事通达皆学问。禅宗大师青原行思提出参禅三境界:其一看山是山,看水是水;其二看山不是山,看水不是水;其三看山还是山,看水还是水。练习太极拳也有三重境界:从拳架悟招熟;从推手悟懂劲;从散手见神明。由此类推,混凝土配合比设计可分为三类境界:其一,熟悉标准和理论;其二,熟练工程应用和质量控制;其三,从现象到本质,从宏观到微观自由切换。

今天砂石菌带着您看看,隐藏在混凝土配合比设计背后的精彩。

1什么是配合比设计

混凝土配合比设计是混凝土设计、生产和应用的最重要环节之一,配合比设计成功与否,决定了混凝土的技术先进性,成本可控性和发展可持续性等问题。综合国内外的相关研究资料,可以从狭义和广义两个角度定义配合比设计。从狭义角度来说,混凝土配合比设计应指采用工程所用原材料,确定混凝土中各原材料的比例用量,以获得具有特定性能混凝土的过程。从广义角度来说,混凝土配合比设计应指综合考虑建筑物的结构特点、原材料性能、施工工艺及设备、施工环境、质量管理等因素,结合混凝土的拌合物性能、力学性能和耐久性能要求,确定混凝土中各原材料的比例用量,以获得经济合理、性能优良混凝土的连续过程。

2配合比设计的六大门派

美国派

代表作:《混凝土配合比提交指南》ACI211.5R、《结构混凝土规程》、《高强混凝土发展水平》ACI363R、《泵送混土》ACI304.2R、《混凝土结构建筑规范及说明》ACI318、《普通混凝土、重混凝土和大体积混凝土配合比设计指南》ACI211.1等。

功夫特点:《普通混凝土、重混凝土和大体积混凝土配合比设计指南》

ACI211.1中详细规定的配合比设计步骤如下:

1、 坍落度选择

2、 选择骨料最大粒径

3 、估计最大用水量和含气量

4 、选择水灰比或水胶比

5 、计算水泥用量

6 、估计粗骨料用量

7 、细骨料用量估计

8 、骨料含水率调整

9 、试拌调整

与我国不同,ACI配合比设计方法的主要特点是:

1)在单位体积混凝土中按捣实体积计算的粗骨料最佳用量,取决于其最大粒径和细骨料的细度模数。这表明在原材料与坍落度一定的情况下,各种强度等级的混凝土,尽管水灰比和水泥用量的变化幅度很大,但只要粗骨料的最大粒径、级配和细骨料的细度模数保持不变,则单位体积混凝土中粗骨料用量基本不变。

2)ACI建议应有或建立所用材料的强度和水灰比或水胶比之间的关系,缺乏关系时可根据推荐表选取。

3)没有砂率概念,通过重量法或绝对体积法来计算细骨料用量。

4)ACI没有考虑骨料的粒形、种类、空隙率等对混凝土的影响。

国际影响力:★★★★★

英国派

代表作:原英国标准《混凝土 配合比设计指南》BS5328-1:1997《混凝土配合比设计方法》BS5328-2《混凝土生产和运输的技术要求》 BS 5328-3《混凝土取样、测试和合格性评定的技术要求》BS 5328-4等也规定了配合比设计要求。英国现行标准《混凝土-第1部分:技术要求、性能、生产和合格性》(包括修正案 A1:2004)BS EN 206-1:2001和《混凝土第2部分混凝土及其原材料》(BS EN 206-1英国补充标准)BS8500-2:2002替代了上述标准,但是同样针对混凝土的原材料、新拌混凝土性能、硬化混凝土性能给出了明确规定。

功夫特点:《混凝土配合比设计指南》BS 5328-1:1997针对配合比设计进行了明确规定。给出了配合比设计时的原材料选择范围,并给出了结构混凝土、非结构混凝土、素混凝土、钢筋混凝土混凝土和预应力混凝土在满足耐久性要求时的新拌混凝土和硬化混凝土性能。应当指出,1966年和2007年,英国预拌混凝土的年产量分别约1660万立方和2560万立方。二战后不久,英国的混凝土技术就趋向成熟,这与我国并不相同。尽管现行英国标准中并没有给出专门的混凝土配合比设计步骤,特别是水胶比计算公式等。但是通过原材料选择和混凝土性能限制,同样保证了混凝土配合比设计的质量。

国际影响力:★★★

日本派

代表作:《预拌混凝土》JISA5308:2003,《硅灰混凝土结构的设计与施工建议(草案)》1998JSCE等。

功夫特点:预拌混凝土JISA5308:2003规定:

A) 生产商应确定预拌混凝土配合比来满足第3条的要求、第4条质量要求并通过第10条规定的检验。

B) 生产商应向购买者提交预拌混凝土的组成配合比报告。并应在预拌混凝土运输之前完成提交。

C) 若买主要求,生产商应提交具体数据用作计算混凝土配合比、计算氯离子含量和设计约束碱骨料反应方面的基础。

国际影响力:★★

法国派

代表作:《混凝土所处侵蚀环境的分类》NF P 18-011,配合比设计参考《法国混凝土配合比设计方法及应用》苏格兰著文章。

功夫特点:法国配合比设计方法采用了混凝土强度、集料参数和集料级配组成设计理论。法国水泥混凝土集料级配组成设计是将砂子与碎石组合进行级配设计,并用图解的方法确定各种骨料的比例或者混合砂的比例,具有很强的适应性和可操作性。法国方法对碎石规格、扁平系数、强度以及砂子的洁净度指标等有着严格而又科学的要求。我国的规程里面显然缺少对骨料作用的评价,或者说是没有能够定量地来评价粗细骨料的作用。骨料质量优劣不仅仅表现在级配、模数和最大粒径等方面,粒型、表面纹理等因素对混凝土也有着显著的作用。事实表明仅仅依赖水灰比、石子粒径和坍落度等来确定砂率的方法并不严谨。


骨料组成设计图图解
 

国际影响力:★★★

中国派

代表作:《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011、《预拌混凝土》GB/T14902、《高性能混凝土评价标准》JGJ/T385-2015、《粉煤灰混凝土应用技术规范》、《混凝土及预制混凝土构件质量控制规程》CECS40、《建筑工程冬期施工规程》JGJ104、《混凝土结构设计规范》 GB50010、《高强混凝土结构技术规程》CECS104、《高性能混凝土应用技术规程》CECS207-2006、《大体积混凝土施工技术规范》 GB50496-2009、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTG F30-2003、《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》JTJ037.1、《水泥混凝土路面施工及验收规范》GBJ97-87、《水工混凝土施工规范》DLT5144-2001、《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275-2000、《铁路混凝土与砌体工程施工规范》TB10210-2001、《铁路混凝土工程施工技术指南》TZ210-2005、《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》TB10424-2003、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》、《水运工程混凝土质量控制标准》JTJ269-96、《水运工程混凝土施工规范》JTJ268-96等。

功夫特点:我国已经建立了比较完整的混凝土配合比设计标准体系。由于混凝土在建工、公路、港工、铁路和水工等行业的应用环境不同,性能也不相同,因此设计方法存在较大差异。以建工和公路行业的混凝土设计作对比,建工行业的配合比设计以抗压强度为基础进行,而公路行业的配合比设计则以抗折强度为基础进行,最新发展趋势是以耐久性设计为基础。下面将详述这种标准差异。

1)抗压强度设计

现行建工行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011是应用领域最广泛的配合比设计标准,《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000、《大体积混凝土施工技术规范》GB50496-2009、《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》TB 10424-2003等标准均采纳该标准,该标准在原苏联相关标准基础之上,结合我国的实际情况而制订,因具有广泛适用性而具有鲜明的中国特色。其规定的普通混凝土配合比设计步骤如下:

确定混凝土配制强度;

计算混凝土配合比;

依据计算配合比,进行试拌,提出满足混凝土拌合物性能要求的试拌配合比;

在试拌配合比的基础上,经试配与调整,提出满足混凝土试配强度要求并满,混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能设计要求的设计配合比;

对设计配合比进行生产适应性验证。

2)弯拉强度计算

《公路水泥混凝土路面施工技术规范》 JTG F30-2003规定公路普通混凝土配合比设计在兼顾经济性的同时应满足弯拉强度、工作性能和耐久性能三项技术要求。配合比参数的计算步骤可概述如下:

根据弯拉强度计算和确定水灰比;

根据砂的细度模数和粗骨料种类选择砂率;

根据粗骨料种类和坍落度计算单位用水量;

计算单位用水量;

按密度法或体积法计算砂石用量。

3)耐久性能计算

在现行《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011规定的设计基础上,同时考虑耐久性能要求,即配合比设计要同时满足耐久性能、力学性能和拌合物性能要求。以单独的耐久性指标进行设计的系统性道路正在探索中。例如,基于单独抗裂和抗渗性能要求下的配合比设计。

此外,我国的铁路、水工等领域也规定了混凝土配合比设计方法,但与《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的规定基本相同。

国际影响力:★★★

其它派

对于原材料、施工工艺和应用范围相对固定的混凝土来说,其配合比设计可以采用经验推导法。许多研究人员通过大量的试验工作并结合实际工作经验提出很多配合比设计方法。这些方法一般比规范更加易于操作,也是行之有效的好方法。如Konstantin Sobolev提出高性能混凝土配合设计的新方法。NanSu等采用骨料堆积系数的概念进行高性能混凝土配合比设计。以及全计算、全级配算法的探索。这些方法对配合比设计也具有很强的指导作用。

3小结

江湖很大,方法太多,效果最重要。自1824年以来,简单归纳混凝土发展为简单应用、理论创新到技术创新三个阶段,理念加实践是最宝贵的思想。可以预见,混凝土的未来创新主要在我们手里。

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中国砂石协会

2018年05月16日

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