补偿收缩混凝土配合比设计

补偿收缩混凝土配合比设计1混凝土配合设计指标和依据在混凝土配合比设计之前，明确混凝土配合比的设计指标和依据至关重要，这直接关系到工程质量目标能否实现。补偿收缩混凝土设计指标在工程设计文件或图纸中有说明，设计依据则在设计或施工技术文件中有所注明。混凝土设计指标除应符合GB50164-2011《混凝土质量控制标准》外，还应符合设计和施工所要求的拌合物性能、力学性能、限制膨胀率、长期性和耐久性等。混凝土配合比设计依据一般采用JGJ/T178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》和JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》等相关标准。2混凝土配合比设计准备工作混凝土配合比设计准备工作是混凝土设计工作顺利开展的前提条件，其中原材料选取、外加剂与胶凝材料相容性试验是准备工作的重点。2.1原材料选取水泥应符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》或GB/T200-2017《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥》的规定。研究表明，水泥中铝相、硫相以及水泥强度都会影响混凝土的膨胀性能，一般粒径小和早期强度高的水泥膨胀小，使用时应予以注意。膨胀剂品质应符合GB/T23439-2017《混凝土膨胀剂》的规定，其使用应符合GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》和JGJ/T178-2009中的规定，其中硫铝酸钙类和硫铝酸钙-CaO类膨胀剂作为膨胀源的补偿收缩混凝土不能长期处于80℃以上，而CaO类膨胀剂则不受此限制，但CaO类膨胀剂不适用于海水或具有侵蚀性水的工程。其他外加剂应符合要求，其中不宜选用收缩率比偏大的外加剂。混凝土掺合料一般为粉煤灰或矿渣粉，其中粉煤灰应符合GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土的粉煤灰》的规定，由于粉煤灰中f-CaO含量过高时会对混凝土体积稳定造成不良影响，故不得使用高钙粉煤灰;矿渣粉应符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定。混凝土用粗、细骨料和水应满足要求，不得使用碱活性骨料。2.2外加剂与胶凝材料相容性试验混凝土配合比试验前应先将胶凝材料与外加剂进行相容性试验，通过对水泥浆流动度变化和胶砂强度来验证材料间的相互适应性，确定各种材料组合形式及最佳掺配比例。试验方法参照JC/T1083-2008《水泥与减水剂相容性试验方法》，其中膨胀剂按推荐掺量等量替代水泥;胶砂强度按GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中水泥胶砂减水率试验中规定的流动度进行强度测定。试验中各种材料组合形式见表1。通过表1中A试验，可获得未掺膨胀剂的水泥浆中其他材料的最佳掺量及材料间的相容性。在A试验基础上进行B试验，采用膨胀剂推荐掺量等量替代水泥，减水剂掺量在A试验基础上，按水泥浆流动度情况做适当调整，以得到减水剂在复掺情况下的最佳掺量，最终通过水泥浆中各材料间的相容性试验结果及胶砂强度来判定所用材料是否可运用到工程中。3混凝土配合比设计混凝土配合比设计应按设计指标和依据，通过试配、调整后最终确定符合设计和施工要求的最优配合比。补偿收缩混凝土配合比设计除确定水胶比、用水量、胶材用量和砂率外，关键在膨胀剂或掺合料掺量不同的情况下，通过分析水胶比分别与混凝土强度、限制膨胀率、耐久性和长期性之间的关系，选出符合混凝土各项性能要求的最优配合比。现以国内某大型水电站工程出线塔楼屋顶防水层C30UEA补偿收缩混凝土配合比设计为例，介绍补偿收缩混凝土配合比的设计方法、试验内容分析及结果确定。3.1混凝土配合比设计指标根据图纸设计说明和施工技术通知单的要求，结合JGJ/T178-2009和JGJ55-2011中的相关规定，C30UEA补偿收缩混凝土技术指标及试验参数控制要求见表2。通过表2可以明确混凝土的设计强度、级配、工作性、限制膨胀率、外加剂种类及掺量、水胶比、单位胶凝材料用量和强度保证率等，为准备阶段的原材料选择和试验阶段的参数控制提供依据。3.2选取混凝土配合比设计试验参数通过对混凝土的水胶比、水泥用量、用水量、最优砂率、掺合料和外加剂掺量的确定，可以获得试拌混凝土的配合比参数，为后续试验内容分析和结果确定提供依据。3.2.1水胶比和最小胶凝材料用量混凝土水胶比应选取符合所规定值中的最小值作为控制上限，并将该水胶比在设计规范中所对应的最小胶凝材料用量与规定的最小胶凝材料用量的最大值作为胶材用量的控制下限。以C30UEA补偿收缩混凝土为例，按JGJ/T178-2009要求，水胶比不宜>0.50，按GB50010-2010《混凝土结构设计规范》和GB/T50476-2019《混凝土结构耐久性设计规范》的要求，水胶比不宜>0.55，结合控制条件要求，该水胶比控制上限为0.50。JGJ/T178-2009中规定单位胶凝材料用量不宜<300kg·m-3，而JGJ55-2011中所对应的泵送混凝土最小胶凝材料用量不应<320kg·m-3，故该配合比最小胶凝材料用量<320kg·m-3。JGJ55-2011中计算水胶比宜按保罗米公式获得，但钱晓倩、梁文泉等在《商品混凝土》中表示，由于现代混凝土与传统混凝土在功能特性方面差异较大，且现代混凝土中普遍使用化学外加剂和矿物掺合料，使影响混凝土强度为主的实际水胶比与采用保罗米公式计算的水胶比相差较大，所以保罗米公式对现代混凝土配合比设计而言其使用意义不大，故水胶比采用经验水胶比通过试验获得。3.2.2确定试拌用水量和最优砂率首先按JGJ55-2011中参考用水量计算出未掺减水剂时满足设计坍落度的用水量，再按减水剂的减水率来折减得到计算用水量;保持经验水胶比不变，采用计算用水量、初选砂率、掺合料掺量、膨胀剂推荐掺量及其他外加剂最佳掺量等进行拌和，根据混凝土拌合物的坍落度、泌水和离析等情况适当调整用水量、初选砂率和减水剂掺量，使其满足施工工作性要求;保持调整后的用水量不变，选择坍落度最大时的砂率作为最优砂率，再用最优砂率找出混凝土满足施工工作性要求的用水量，该用水量即为混凝土试拌用水量。3.2.3确定外加剂和掺合料的掺量减水剂掺量是通过减水剂与胶凝材料相容性试验和混凝土试拌确定。补偿收缩混凝土中掺入膨胀剂后，其减水剂的减水和保坍效果与不掺膨胀剂相比一般会变差，适当提高减水剂掺量和延长拌和时间可缓解上述现象。膨胀剂掺量应在厂家推荐掺量的基础上，根据混凝土中其他掺合料的品种、掺量以及混凝土坍落度大小等进行适当调整，最终通过试验确定。有资料显示，当混凝土中粉煤灰掺量一定时，较小掺量的膨胀剂可提高混凝土自生体积变形膨胀量，但提高膨胀剂掺量时，混凝土自生体积变形的膨胀量将减小，所以补偿收缩混凝土中复掺粉煤灰时要注意控制其掺量。3.3混凝土配合比试验分析补偿收缩混凝土试验过程中，应先选取满足混凝土配制强度的配比参数，在此基础上进行限制膨胀率试验，如有需要再根据满足限制膨胀率的试验参数进行诸如耐久性和长期性指标的测定，最终确定各项性能指标都满足设计要求的最优配合比作为推荐配合比。3.3.1水胶比与用水量关系以C30UEA补偿收缩混凝土为例，采用0.40、0.45和0.50三个水胶比，减水剂掺量为1.30%，膨胀剂分别采用10%、12%和14%的掺量进行混凝土配合比拌和试验，坍落度为160～180mm时水胶比与用水量关系如图1所示。当混凝土中减水剂和膨胀剂掺量不变，水胶比每增大0.05，混凝土用水量则需增加2～4kg·m-3才使其坍落度符合设计要求，这样3组系列配比中的用水量差将达到6～8kg·m-3。这种现象与普通混凝土不同，当混凝土中掺入膨胀剂后，如果水胶比的用水量一致，随着水胶比的增大，坍落度逐渐减小，坍落度损失逐渐变大，这是由于较小水胶比混凝土中减水剂用量要比较大水胶比中的大许多，所以能更好地起到减水和保坍效果，在此情况下，要使混凝土坍落度在设计范围之内，就必须随着水胶比的增大，适当提高用水量。当混凝土减水剂掺量和水胶比不变时，膨胀剂掺量每提高2%，混凝土用水量大多需降低2～4kg·m-3才使其坍落度满足设计要求。故在混凝土试拌过程中为满足混凝土拌合物工作性的要求，应根据水胶比和膨胀剂掺量的变化对混凝土用水进行适当调整。3.3.2水胶比与混凝土抗压强度关系不同膨胀剂掺量的混凝土抗压强度试验结果如图2所示。随着混凝土中膨胀剂掺量的提高，其抗压强度逐渐降低，但总体降低幅度较小，膨胀剂掺量每提高2%，混凝土强度则降低0.3～2.5MPa，其相对强度平均降低约为2.2%。此外，在膨胀剂3种不同掺量下，水胶比所对应的混凝土强度均能满足配制强度要求，且富余较大，故选最大水胶比为0.50所对应的配合比进行混凝土限制膨胀率、耐久性和长期性指标的测定。倘若最大水胶比所对应的强度不能满足配制强度要求，可按胶水比和强度关系曲线或插值法确定略大于配制强度对应的胶水比进行取值，再用该水胶比所对应的混凝土配合比进行限制膨胀率、耐久性和长期性指标的测定。由此以来，可更加精准的确定混凝土的配合比参数，而不必做赘余试验。3.3.3膨胀剂掺量与混凝土限制膨胀率关系不同膨胀剂掺量的混凝土限制膨胀率如图3所示。当混凝土水胶比为0.50时，随着膨胀剂掺量的提高，混凝土限制膨胀率逐渐升高，膨胀剂掺量每提高2%，水中14d限制膨胀率提高0.009%，水中14d转空气中28d限制膨胀率提高0.004%～0.0