抗冻混凝土配合比设计与生产

抗冻混凝土配合比设计与生产\施工质量控制摘要：针对严寒地区混凝土因冻融破坏，造成巨额的维修费用，通过研究混凝土的抗冻性，在配合比上进行控制，不增加成本，又很好的解决了这一问题，提高了社会综合效益。关键词：抗冻混凝土配合比生产质量控制混凝土的耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或任何其它破坏过程的能力，当在暴露的环境中，能耐久的混凝土应保持其形态、质量和使用功能。混凝土的耐久性研究内容包括:钢筋锈蚀、化学腐蚀、冻融破坏、碱集料破坏。混凝土的抗冻性作为混凝土耐久性的一个重要内容，在北方寒冷地区工程中是急待解决的重要问题之一。我国地域辽阔，有相当大的部分处于严寒地带，混凝土的冻融破坏是我国建筑物老化病害的主要问题之一，严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，各部门每年都耗费巨额的维修费用，而这些维修费用为建设费用的1〜3倍。一、混凝土配合比设计依据1、混凝土抗冻等级有抗冻设计要求的混凝土配合比设计时，需采用设计规定的抗冻等级。表1冻融破坏环境下混凝土的抗冻性设计使用年限级别一（100年）二（60年） 三（30年）环境作用等级D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4抗冻等级（56d） >F300>F250>F200环境作用等级环境条件特征D1微冻地区+频繁接触水D2微冻地区+水位变动区严寒和寒冷地区+频繁接触水微冻地区+氯盐环境+频繁接触水D3严寒和寒冷地区+水位变动区微冻地区+氯盐环境+水位变动区严寒和寒冷地区+氯盐环境+频繁接触水D4严寒和寒冷地区+氯盐环境+水位变动区注：严寒地区、寒冷地区和微冻地区是根据其最冷月的平均气温划分的。严寒地区、寒冷地区和微冻地区最冷月的平均气温t分别为：t<8°C,-8°CVtV-3°C和-3°CVtV2.5°C。2、抗冻混凝土设计参数⑴.基本规定C30及以下的混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3,C35〜C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。一般情况下,混凝土中的矿物掺合料掺量不宜小于20%。混凝土中粉煤灰掺量大于30%时,混凝土水胶比不宜大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%。选用多功能复合外加剂并严格控制掺量。⑵.最大水胶比和最小胶凝材料用量有抗冻性设计要求的混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应符合表2〜表3规定。表2钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）环境类别环境作用等级设计使用年限级别一（100年）二（60年） 三（30年）最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量冻融破坏环境D10.503000.55 2800.60260D20.453200.503000.50300D30.403400.453200.45320D40.363600.403400.40340表3素混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）环境类别环境作用等级设计使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量最大水胶比最小胶凝材料用量冻融TOC\o"1-5"\h\z破坏环境 D1 0.50 3000.55 2800.60 260D2- - 0.50 3000.50 300D3- - - - - -D4- - -- --注：“-”表示不宜采用素混凝土结构。⑶.混凝土含气量：必须严格控制在设计范围内，否则严重影响混凝土的强度。表4混凝土含气量要求环境条件无抗冻要求混凝土有抗冻要求混凝土D1D2、D3D4含气量（％） >2.0,<4,0>4,0；<5.0>5.0；<5.5>5.5；<6.03、混凝土施工工艺及施工技术要求包括结构尺寸、钢筋疏密程度、混凝土拌和物输送方法等，据以确定粗骨料最大粒径和选择适宜的混凝土拌和物坍落度。⑴.粗骨料最大粒径粗骨料的最大粒径不宜超过钢筋混凝土保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4。配制强度等级C50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大粒径不应大于25mm。⑵.混凝土拌和物坍落度表13混凝土坍落度选用参考表结构混凝土类型或输送方法 坍落度5m）无配筋或配筋稀疏的结构混凝土（基础、墩台、隧道衬砌、挡土墙等）30〜50普通配筋率结构的钢筋混凝土（板、梁、柱等） 50〜70配筋较密结构的钢筋混凝土（墙、梁、柱等）70〜90配筋特密结构不便捣实的钢筋混凝土100〜140湿喷混凝土 80〜130水下浇筑混凝土200±20泵送混凝土180±20（坍落度的保留值）二、混凝土配合比设计步骤1、确定初步理论配合比设计参数⑴.配制强度配制强度fcu，o应根据混凝土设计强度等级fcu，k和施工单位混凝土强度标准差a按国家现行《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）中有关混凝土的施工配制强度计算公式确定：feu,o>fcu，k+1.645a当施工单位无近期同一品种混凝土的资料时，混凝土强度标准差a值可按表14取用。表14混凝土强度标准差a值混凝土强度a值（MPa）等级生产单位VC20C20〜C40>C40预制混凝土构件厂3.04.05.0现场混凝土集中搅拌站3.54.55.5但应注意,在进行水下混凝土配合比设计时,其配制强度应较普通混凝土的配制强度提高10%〜20%：即feu,o>（feu,k+1.645a）x（1.10〜1.20）；水泥用量不宜小于350kg/m3；当掺用外加剂、掺合料时，水泥用量可减少,但不得小于350kg/m3。⑵.水胶比W0/J按国家现行《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）中有关混凝土的水灰比计算公式计算：WO/J=W/C=aa，YC・fce,g/（feu,o+aa・ab，YC・fce,g）式中W/C——水灰比；aa、ab——回归系数。采用碎石时分别取0.46、0.07；采用卵石时分别取0.48、0.33；YC——统计系数，按经验可取1.07；fee,g 水泥强度等级值（MPa）。按耐久性设计要求确定。当按计算所得水胶比值大于按耐久性设计要求确定的水胶比值时，取按耐久性设计要求确定的水胶比值。⑶.用水量W0可参考行业标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）—2000。通过试验据混凝土拌和物的流动性、黏聚性和泌水性确定。⑷.砂率SP可参考行业标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）—2000通过试验据混凝土拌和物的流动性、黏聚性和泌水性确定。⑸.每立方米混凝土假定重量mep每立方米混凝土假定重量，其值可在2350〜2450kg/m3内选定。一般均采用2450kg/m3。2、混凝土配合比设计计算进行混凝土配合比设计计算时，所用骨料均以干燥状态骨料为基准（所谓干燥状态骨料系指含水率小于0.5%的细骨料或含水率小于0.2%的粗骨料），所用细骨料均以过10血圆孔筛的细骨料为基准。混凝土配合比设计计算步骤和方法可参照行业标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）执行。3、试配调整⑴.试配用料计算混凝土配合比试配时，每盘混凝土的最小搅拌量应不小于15L；当采用机械搅拌时，其搅拌量不应小于搅拌机额定搅拌量的1/4。⑵.试配调整方法当坍落度稍偏大时，若砂率适中，则可保持砂率不变，坍落度每偏大20mm可同时增加粗细骨料1%；若砂率偏大，坍落度每偏大20mm可单独增加粗骨料1%的粗骨料；若砂率偏小，坍落度每偏大20m可单独增加细骨料1%的细骨料。当坍落度偏大且呈现泌水离析时，应考虑减少混凝土单方用水量或降低外加剂掺量。当坍落度稍偏小时，则可保持水胶比不变，坍落度每偏小20mm可按将每L混凝土增加5g水计算，同时增加水、胶凝材料和外加剂。当坍落度偏小且呈现无扩散度时，应考虑增加混凝土单方用水量或适当加大外加剂掺量。⑶.试配测试项目试拌所得混凝土拌和物，应测试其泌水率、初始坍落度、含气量与单位重；停放40min后再测试混凝土坍落度保留值与含气量保留值。三、抗冻混凝土配合比和冻融试验结果1、 配合比材料水泥水砂碎石5-10mm碎石10-20mm外加剂每方用量（kg/m3） 4971696202419645.964比例1 0.34 1.25 0.49 1.94 0.0122、 冻融试验结果

水泥混凝土抗冻试验结果检测项目计量单位检测结果规范要求50次冻融质量损失%0.3850次冻融相对动弹模量%96.7100次冻融质量损失%0.94100次冻融相对动弹模量%90.8TOC\o"1-5"\h\z150次冻融质量损失 % 1.71150次冻融相对动弹模量%85.2200次冻融质量损失 % 2.65200次冻融相对动弹模量%73.3250次冻融质量损失 % 3.3250次冻融相对动弹模量%66.3300次冻融质量损失 % 4.17 <5300次冻融相对动弹模量300次冻融相对动弹模量%62.5>60混凝土拌合物含气量%5.24.0-7.03、抗渗结果检测项目检测结果设计要求第三个试件顶面开始有渗水时的水压力混凝土抗渗等级（级）混凝土抗渗等级>0.8>7不小于6级四、抗冻混凝土生产质量与施工质量控制1、一般规定混凝土工程应以自动化搅拌站集中拌和的方式进行施工。混凝土集中搅拌站投产前，应制订完备的质量管理制度、生产控制工艺好环境保护方案，主要工种操作人员应有上岗证书，搅拌、检测设备和计量器具设置应符合要求。经监理工程师核查确认后，方可投产。2、混凝土生产质量控制⑴.混凝土施工配合比换算①混凝土搅拌生产前，应测定砂、石含水率和砂中含石量，并据以换算施工配合比。②生产中，应根据混凝土拌和物工作性能（坍落度与和易性）和环境条件（日晒刮风下雨）等测定砂、石含水率，及时调整施工配合比。a） 当发现混凝土坍落度明显增大时，在计量系统计量准确的前提下，应是砂石含水率增大所引起，此时可按坍落度每增大20mm减水约5kg的经验，同时增加5kg湿砂和减少5kg水以降低坍落度。b） 当发现混凝土坍落度明显降低时，在计量系统计量准确的前提下，应是砂石含水率降低所引起，此时可按坍落度每降低20m增水约5kg的经验，同时减少5k湿砂和增加5k水以提高坍落度。c） 当发现混凝土拌和物和易性明显变坏时，在计量系统计量准确的前提下,应是砂中含石率或粗骨料级配发生了明显变化所至，此时应实测砂的含石率和粗骨料的实际级配，再通过计算使粗骨料的大小两种粒级搭配合理，将粗骨料的级配调整到适宜范围内，并据砂的实际含石率调整湿砂和小石子用量，以改善混凝土拌和物的和易性。（2）.混凝土生产中的检验项目及检验批次控制坍落度混凝土拌制过程中，应对混凝土拌和物的坍落度进行测定，测定值应符合理论配合比的要求，偏差不宜大于±20m。每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。含气量混凝土拌和物的入模含气量应满足设计要求，每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。检查试件a） 每拌制100盘且不超过100m3的同配合比的混凝土，取样不得少于一次。每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100盘时,取样不得少于一次。每次取样应至少留置一组试件，具体留置组数按设计要求、相关标准规定和实际需要确定。3、混凝土施工质量控制⑴.坍落度混凝土运至浇筑地点后入模前,应对混凝土拌和物的坍落度进行测定,测定值应符合浇筑工艺要求。每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。⑵.含气量混凝土拌和物的入模含气量应满足设计要求,每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。⑶.混凝土入模温度冬期施工时，混凝