关于混凝土配合比优化设计的几点探素与研究

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  【摘要】随着市场对建筑行业的要求进一步提高,如何保证质量降低成本成为公司关键性因素之一,对混凝土配合比设计长期以来粗放性管理已不能满足要求,如何做好最经济合理的配合比是本文给了最好的阐述。
  【关键词】混凝土;配合比;砂率;外加剂;粉煤灰
  1. 引言
  电力建设工程的利润越来越低,特别是土建工程,这对我们土建工程的管理工作提出了较高的要求。混凝土是土建工程最为重要的一项,它的成本控制直接制约了工程能否赢利,同时面对全国混凝土原材的紧缺,质量偏低,砂石含泥过高,这对混凝土的质量保障和成本控制更为困难,因此如何搞好混凝土配合比的优化设计更显的重要。
  2. 技术概况
  我们对混凝土配合比的设计严格按照标准的要求,通过科学的方法,大量的试验,充分利用我们技术人员的智慧,确定合理的施工配合比。我们主要从以下几个方面对混凝土配合比进行分析研究。
  2.1对混凝土外加剂掺量进行分析。
  通过改变混凝土外加剂的掺量,合理利用外加剂的减水率。合同要求掺量(2%)与减水率(20%),聚羧酸外加剂具有高减水率的特点(最高可达40%以上),通过不同的掺量对比,确定最合理的掺量(2.3%)和减水率(30%),做到了事半功倍的效果,如果继续加大掺量不仅起不到这种效果(不经济),而且还会给施工造成难度(混凝土的粘度加大不易施工)。
  2.2对混凝土掺合料的掺量进行分析。
  根据施工现场的条件,使用的掺合料是粉煤灰,通过对不同掺量进行对比,结合不同的施工部位和不同强度等级确定最为合理的掺量,这样不仅可以替代水泥而且还可以改变混凝土的和易性。最佳的掺量也可以合理确定混凝土的胶凝材料的用量和外加剂的用量,为最终降低成本起到基础性的作用,达到明显的的经济效果。
  2.3对混凝土的砂率进行分析。
  根据当地的石子价格高于砂子价格与所使用的砂是细砂的具体情况,对低强度等级(低于C25)的混凝土可以将砂率略偏大一点,这样即可以减少胶凝材料用量,同时可以改善混凝土拌合物性能,达到降低混凝土的成本的目的。
  3. 技术创新性
  3.1混凝土配合比设计原则。
  3.1.1满足设计和施工要求,保证混凝土工程质量,达到经济合理。
  3.1.2混凝土配合比设计所用原材料需跟工程实际使用的原材料相一致。
  3.1.3混凝土原材料的控制:
  3.1.3.1水泥:應采用技术指标稳定的大厂家生产的水泥。
  3.1.3.2砂子:含泥量控制在3.0%以内,泥块含量控制在1.0%以内。
  3.1.3.3石子:宜采用连续级配,最大公称粒径不宜大于40.0mm,含泥量控制在1.0%以内,泥块含量控制在0.5%以内,针片状颗粒含量控制在10%以内。
  3.1.3.4粉煤灰:等级不应低于II级。
  3.1.3.5外加剂:应质量稳定,且技术指标符合相应的规范要求。
  3.1.4混凝土配合比设计应符合下列规定。
  3.1.4.1严格控制混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量。
  3.1.4.2控制好矿物掺合料在混凝土中的掺量,应通过试验确定。
  3.2混凝土配合比的设计分析。
  3.2.1混凝土外加剂的设计分析。
  (1)目前市场上所使用的混凝土外加剂主要分为两大系列:萘系及聚羧酸系列。萘系减水剂是依靠静电斥力打破水泥浆絮凝状态,它对水泥粒子有很强的分散作用,从而达到减水的作用。最高减水率可达22%,其在使用过程中容易结晶,冬施需要加热,残留物比较多,掺量过高可能会给混凝土带来离析,产生质量事故。聚羧酸减水剂的分子是梳状结构,在分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的侧链。在主链上有能使水泥颗粒带电的极性基团,可以起到吸附水泥颗粒作用,有一定的电荷排斥作用;侧链为聚氧乙烯长链,能阻碍了水泥颗粒相互接近,有空间位阻作用,起到减水的功能。最高减水率可达40%以上,不受掺量的限制(但存在其经济性),特别对高性能混凝土和高强混凝土有极好的作用,另外此种外加剂在冬施过程中不需要加热可以节省很大费用。因此经过分析对比我们采用聚羧酸外加剂。
  (2)如何合理利用外加剂的减水率,根据混凝土的强度及耐久性的要求,适当选用。A.对于低强度等级可以选用低掺量,这样一方面可以改变混凝土拌合物性能,另一方面可合理确定胶凝材料(特别是水泥)用量。掺加混凝土外加剂可以有效地改变混凝土的稠度、流动度、可泵性,过高地使用外加剂虽然可以达到设计强度,但过低的胶凝材料会使用混凝土拌合物的性能变差,不利用施工。B.对于高强混凝土(C40及以上)采用高掺量,可以达到事半功倍的效果。较高减水率可以有效地降低混凝土的用水量,使混凝土的用水量控制在150Kg~160 Kg之间,有效地降低了混凝土的胶凝材料用量。C.对于高性能混凝土采用高掺量,通过有效地降低混凝土用水量,可以很大程度地提高混凝土的密实度,对于有较高耐久性(抗渗、抗冻)要求的混凝土,可以使用聚羧酸复合型外加剂,可以避免双掺或多掺,有效提高工作效率。
  (3)掺聚羧酸外加剂没有固定的掺量,如何确定最合理的掺量,我们通过大量的对比试验确定。
  3.2.1.1低强度等级混凝土(以C20为例)(见表1~表4)。
  混凝土和易性较差,坍落度140mm,浆体明显不足。
  以水泥单价400元/吨,外加剂单价2300元/吨计,分别差价为5.9元、6.0元、6.7元。
  从以上数据可以看出采用单方水泥用量为240Kg的混凝土配合比既经济又适用。
  3.2.1.2高强度等级混凝土(以C45为例)(见表5~表9)。   混凝土和易性较好,坍落度190mm。
  混凝土拌合物和易性较好,坍落度200mm。
  混凝土拌合物和易性较好,坍落度185mm。
  混凝土拌合物和易性较好,坍落度200mm。
  混凝土和易性较差,拌合物性能较差,粘度太大,不易施工,坍落度170mm。
  以水泥单价400元/吨,外加剂单价2300元/吨计,分别差价为8.7元、9.7元、9.5元。
  从以上数据可以看出采用单方水泥用量为385Kg的混凝土配合比既经济又适用。
  3.2.2混凝土掺合料的设计分析。
  (1)目前市场多采双掺料法,同时掺粉煤灰与矿物渣粉。以此降低水泥用量和改变混凝土拌合物性能。在前面我们分析的低强度等级混凝土就掺了大量粉煤灰以达到上述目的。
  (2)我们施工现场由于地域的限制和搅拌站的原因,无法成熟地利用双掺,相比之下粉煤灰便于采购和成本较低,是我们现场首选的掺合料,这里我们也只分析粉煤灰掺量的问题。
  (3)粉煤灰具有改善混凝土拌合物性能、延缓混凝土凝结时间、降低混凝土水化热高峰值和替代水泥的作用,但它的使用需要达到适量,否则起不到应有作用。粉煤灰掺量过低起不到应用的效果,更达不到最理想的经济效益;掺量过大会导致用水量过大,从而使用胶凝材料用量偏大,造成不经济。《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)中规定水泥混凝土中粉煤灰最大掺量。下面我们以单方水泥用量为300Kg的混凝土配合比为例进行探索与研究(见表10~表16)。
  (4)混凝土拌合物和易性一般,坍落度145mm,用水量明顯感到不足。
  以水泥单价400元/吨,外加剂单价2300元/吨计,粉煤灰单价100元/吨计分别差价为2.7元、3.15元、3.35元、3.65元、4.18元、4.91元。
  (5)从以上数据可以看出以下几点:A.适当地掺加粉煤灰,可以达到以上提到的几点作用;B.当掺量达到一定程度(超过30%)且胶凝材料超过420Kg时,用水量会增大;C.一味的提高煤灰掺量会导致成本提高,同时对混凝土拌合物及强度都不利。D.对于较低强度等级的混凝土可以放大粉煤灰的掺量,最高可达50%~60%,主要利用其对混凝土拌合物性能的改善。因此粉煤灰掺量达到15%~25%为最佳,若因特殊混凝土可以适当进行调整,以试配为准。
  3.2.3混凝土砂率的设计分析。
  (1)砂石受地域限制因素比较大,如何有效地利用当地的材料直接关系到混凝土的大成本,砂子的质量(包括含泥量与细度),起到关键性因素。砂子的含泥量对聚羧酸外加剂的影响很大,细度则直接关系到混凝土配合比设计的砂率。我们在施工现场采用细度模数为1.9的细砂,在配合比设计时充分利用其特点,控制其不利因素,特别是对其含泥量的控制,一定控制规范充许的范围内。
  (2)在进行配合比设计时,细砂具有细颗粒比较多的特点,可以部分地改善混凝土拌合物的和和易性,充分利用这个特点就可以有效地降低胶凝材料,再利用聚羧酸减水率比较高的特点,就可以有效地降低成本。但也不说砂率越高越好,砂率越高混凝土的比表面积越大,需水量也会增大,带来的是胶凝材料无法降低,便会起到适得其反的作用。
  (3)下面我们以C30的混凝土配合比为例进行探索与研究(见表17~表21)。
  (4)混凝土拌合物和易性一般,坍落度195mm,用水量适当,混凝土浆体石子略多。
  从以上数据可以看出细砂使用过多会造成用水量过大,强度不足,用量过低会造成混凝土拌合物性能差,石子过多,给施工特别是泵送带来困难。从以上数据也可以看出胶凝材料用量较低(一般泵送混凝土胶凝材料在360以上),降低了成本。
  4. 研究与应用情况及效果
  通过对以上三个方面的研究与分析,我们综合其基本特点,扬长避短,合理进行混凝土配合比设计,对C30以下的混凝土外加剂掺量控制在2%以内;根据施工项目确定粉煤灰掺量,对于大体积混凝土且埋在地面以下的混凝土其掺量均在25%以上,对于在地面以上的,且养护备件不好的则控制在25%以下;对于C30及以下的混凝土由于其本身所使用的胶凝材料较少,充分利用细砂的特点,其砂率均控制在41%以上。在内蒙康巴什热电厂项目上进行了大量的试验,确定较为合理的混凝土配合比,在工程实践中混凝土达到了内实外光,尤其是表面光工艺达到精品工程的水平,在经济效益方面,全年共计浇注混凝土七万六千方,实现成本节约188.4万元,达到每方混凝土节约成本24.8元经济效果(汽机机座见图1,主厂房见图2)。
  5. 取得的先进经验
  在混凝土配合设计中我们要充分利用当地的原材,控制质量,同时与施工单位及搅拌站进行有效地沟通,形成多位一体的管理模式,为控制施工质量,有效降低工程成本奠定基础。
  5.1对原材料进行充分的研究,扬长避短,根据在潜在的规律,导找合理的使用模式。
  5.2要进行大量的试验,首先从一个方面进行探索与研究,然后进行综合分析,确定较为合理的数据。
  5.3要有创新,必须解决守旧的思维,如在采用混凝土外加剂方面,大家一直抱着传统的萘系不放,那么在碰到高强混凝土与高性能混凝土就会显的办法不够,甚至可能会无法解决所碰到问题。
  5.4在开拓思路的基础上,要有敬业精神,要勇于奉献,敢于探索。知识面的广泛与专业是做技术的支撑,因此技术人员要静下心来,沉下身子,不怕苦,不惧累,攀登科学高峰。
  参考文献
  [1]《预拌混凝土》(GB/T14902—2003).
  [2]《混凝土结构工程施工验收规范》(GB50204—2002(2011版)).
  [3]《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T10-2011).
  [4]《普通混凝土配合比设计》(JGJ55-2011).
  [文章编号]1006-7619(2013)10-17-895
  [作者简介] 张鹏(1977.11.12-),男,学历:大学专科,职称:助理工程师,1999年毕业于华北电力大学(北京)、于2003年4月山西电建四公司土建检测室从事土建试验工作至今。参加过漳山电厂一期、太一六期、太原二电厂六期扩建、山西瑞光热电厂一期工程建设、康巴什热电厂建设工程。
  张民宝(1973.05.16-),男,学历:大学本科,职称:高级工程师,1996年毕业于河北建筑科技学院(现为河北工程大学)、于同年7月山西电建四公司参加工作从事土建技术工作,1998年调公司土建试验室任技术员、2000年9月任土建试验室技术负责人、2001年任土建检测室主任工程师至今。参加过太一六期、太一石膏厂、哈密二电厂三期扩建工程、霍州兆光电厂一期、太原一电厂脱硫工程、太原二电厂六期扩建、山西瑞光热电厂一期工程建设、长治国电热电厂建设工程、侯马电厂建设工程、康巴什热电厂建设工程。
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