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　　國內(nèi)外關(guān)于混凝土配合比的設(shè)計方法有很多種，本文結(jié)合實際生產(chǎn)應(yīng)用和混凝土拌合物的特點，以體積法為基礎(chǔ)，重點考慮混凝土的流變性能，結(jié)合JGJ55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》，針對泵送混凝土（大流動性混凝土）提出以混凝土振實密度為基礎(chǔ)的配合比設(shè)計方法。

1　以振實密度法進行配合比設(shè)計的理論基礎(chǔ)
泵送混凝土首先應(yīng)滿足一定的流動性能。從流變學(xué)的角度，流動性混凝土作為賓漢姆體，具有一定的粘彈性。只有混凝土在自身重力作用下克服漿體的粘性和剪切力，混凝土才能產(chǎn)生變形即流動。這就要求混凝土具有以下兩點：一是粗骨料不能產(chǎn)生機械咬合或極小的咬合作用，換言之，粗骨料與砂漿的體積比應(yīng)在適度的比例；二是漿體的粘度適中。粘度過大，混凝土自重不足以克服其粘滯阻力，影響混凝土流動性能。粘度太小，砂漿無法包裹石子，混凝土產(chǎn)生分離，泵送施工時容易造成堵管。
在組成混凝土的各種材料中，對混凝土流動性能影響最大的是粗骨料的含量，對粘度影響顯著的是用水量以及外加劑的摻量和性能。因此，在進行泵送混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)該重點考慮粗骨料與砂漿的比例以及用水量和外加劑的選擇和摻量。

2　各種材料體積比例
在討論泵送混凝土配合比設(shè)計方法前，首先探討各種材料在混凝土中所占比例。下圖1為實際生產(chǎn)粉煤灰泵送混凝土的各種材料體積比例示意圖。

通過示意圖可以看出，石子在混凝土中的體積基本沒有變化，水的體積在一定的范圍變化，膠凝材料和砂的體積比例隨強度等級的變化有明顯的改變。石子在混凝土中的體積基本不變，意味著石子與砂漿的體積比相對固定；膠凝材料體積的增加通常伴隨著水膠比的降低。石子與砂漿的體積比決定著混凝土的流動性能，用水量和膠凝材料的體積比例決定著混凝土的粘聚性和強度。

3　泵送混凝土分析
通過以上分析，泵送混凝土應(yīng)具備以下特點：
（1）泵送混凝土首先應(yīng)該具有一定的流動性；
（2）粗骨料的粒徑和級配、砂子的細度模數(shù)、混凝土強度等級（水膠比）、摻合料種類及摻量、單方用水量等對混凝土的流變性能具有不同的影響作用。
（3）決定混凝土流動性能的主要因素是漿骨比，石子含量影響重大；
（4）用水量以及外加劑的摻量和性能對粘度影響顯著。
（5）設(shè)計普通強度等級泵送混凝土配合比時，強度保證比較容易達到，重點考慮的應(yīng)該是混凝土的和易性和耐久性。
為了保證混凝土的泵送性能，要求混凝土具有一定的流動性和良好的粘聚性。從流變學(xué)的角度，要求混凝土能夠在自身重力或外力的作用下克服剪切力和粘滯阻力，這就要求石子之間有足夠的砂漿層來潤滑。同時為保證混凝土粘聚性，混凝土必須具有適度的粘度，這就要求控制用水量和合理使用外加劑。較低的用水量使混凝土具有較好的密實度，抗?jié)B透性能和抗侵蝕性能得到提高，混凝土的耐久性也有保障。

4　泵送混凝土配合比設(shè)計思路
基于以上分析，提出根據(jù)粗骨料的性質(zhì)首先確定石子體積的方法進行泵送混凝土配合比的設(shè)計。確定了石子體積，就確定了混凝土的漿骨比，同時確定了混凝土流動性的必須條件。
基本思路是：以石子的振實密度為基礎(chǔ)，按不同的流動性能要求確定石子的體積系數(shù)，得出單方石子用量。再按不同強度等級確定水膠比和用水量，取不同的摻合料取代率，計算水泥、摻合料的用量，扣除含氣量后的體積即為砂子的體積。

ρ_g1＝ρ_g（1－δ） （式1）

即：

ρ_g＝ρ_g1/（1－δ） （式2）

體積的表達式為：

V_g＝W_g/ρ_g （式3）

V_g1＝W_g1/ρ_g1 （式4）

同樣存在：

V_g＝W_g（1－δ）/ρ_g1 （式5）

V_g＝ V_g1（1－δ） （式6）

W_g1＝ W_g（1－δ） （式7）

式中：V_g、V_g1、W_g、W_g1分別代表石子的絕對體積、振實狀態(tài)體積、重量、振實狀態(tài)重量。
空隙率δ是由石子的粒徑和級配狀況決定的，與石子的密度無關(guān)。根據(jù)配合比表示的習(xí)慣，材料組成以單方重量表示。石子的單方用量W_g與振實密度成正比，在確定石子體積含量后，石子的單方用量W_g通過式5可以計算得出。此時計算出的重量是在石子緊密堆積、石子顆粒機械咬合狀態(tài)下的重量，混凝土沒有流動性。如前所述，混凝土具備一定流動性能就必須在石子之間具有一定度的砂漿層，即石子的體積含量比緊密堆積時的體積要小，重量相應(yīng)地減小。這正是用振實密度確定石子用量的根據(jù)，同時消除了石子密度變化對體積含量的影響。

5　配合比設(shè)計過程
混凝土的配制強度可按JGJ55的方法計算，也可按本文推薦的公式進行配制強度的計算，即f_cu，o＝1.2_fcu，k＋4。此公式對于混凝土攪拌站進行配合比設(shè)計更為實用。
進行配合比設(shè)計前，首先測出水泥、摻合料、砂、石等各種原材料的表觀密度和石子的振實密度。以石子的振實密度乘以體積系數(shù)即為石子的單方用量，石子體積系數(shù)可按表1選取。根據(jù)原材料情況和混凝土配制強度，用水量可按照經(jīng)驗或按照表2選取。

表1　石子體積系數(shù)（建議）

表3　配合比計算示例（kg/m³）推薦使用水膠比進行膠凝材料用量計算，根據(jù)摻合料性質(zhì)和混凝土的配制強度確定三個不同的取代率，分別計算出水泥和膠凝材料的用量，考慮混凝土含氣量1%～2%，通過體積計算出砂子的體積，從而得出砂子的單方用量。至此算出三個配合比進行試配，選取混凝土和易性良好、強度滿足配制強度的配合比作為施工配合比。配合比設(shè)計流程如圖。

摻合料取代率：按照不超過有關(guān)規(guī)范最高取代限量加超量和外摻部分選取。
石子最大粒徑：以不超過鋼筋凈距的3/4，結(jié)構(gòu)最小截面的1/5或板厚的1/3為原則。

6　計算示例
原材料
水泥P.O42.5，密度3.15g/cm³，取f_ce ＝49MPa；
石子：碎石5～25cm，表觀密度2.7g/cm³，振實密度1600kg/m³；
砂子：表觀密度2.65g/cm³；
粉煤灰：Ⅱ級，表觀密度2.12g/cm³；
外加劑：泵送劑（萘系）。
以C30泵送混凝土為例，分別計算用于樓板、墻的混凝土配合比。
計算配制強度
f_cu，o≧fcu，k＋1.645σ，取σ＝5MPa
f_cu，o＝38MPa
f_cu，o＝1.2f_cu，k＋4＝36＋4＝40MPa
取f_cu，o＝40MPa
確定石子用量
板：k＝0.68，m_g＝1600×0.68＝1088kg/m³
墻：k＝0.65，m_g＝1600×0.65＝1040kg/m³
W/B：　W/B＝0.46
用水量
板：175kg/m³，墻：180kg/m³
粉煤灰取代率
f₁＝0.2，f₂＝0.25，f₃＝0.3
膠凝材量
板：175/0.46＝380kg/m³
對應(yīng)的水泥和粉煤灰用量分別為：
m_c1＝304、m_c2＝285、m_c3＝266
m_f1＝76、m_f2＝95、m_f3＝114
墻：180/0.46＝391kg/m³
對應(yīng)的水泥和粉煤灰用量分別為：
m_c1＝313、m_c2＝293、m_c3＝274
m_f1＝78、m_f2＝98、m_f3＝117
通過體積計算，算出砂子的體積和重量。例如1號配合比中砂用量的計算：
V_s＝1000－175－304/3.15－76/2.12－1089/2.7－18＝271.3（L）
m_g＝271.3×2.65＝719kg/m³
結(jié)果如下

影響混凝土流動性的因素很多，如石子的最大粒徑、級配，砂子的細度模數(shù)、級配，摻合料的種類和性質(zhì)，用水量大小和外加劑的性能，以及各種材料之間的相互作用和關(guān)系等，仍需要大量試驗進行探索和驗證。

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