高強(qiáng)混凝土配合比確定方法探討
2011-01-14 00:00
1 現(xiàn)行的高強(qiáng)砼配合比確定方法
高強(qiáng)砼配合比的確定現(xiàn)在基本是應(yīng)用普通砼的確定方法。該方法是利用鮑羅公式及表格按強(qiáng)度及耐久性要求確定水灰比；按粘聚性要求確定砂率Sp；按流動(dòng)性要求確定單位用水量W0；按經(jīng)驗(yàn)確定外加劑摻量及摻合料用量；按以上確定參數(shù)計(jì)算初步配合比；然后進(jìn)行試拌，按工作性好壞，對(duì)Sp、W0及外加劑等作適當(dāng)調(diào)節(jié)；最后利用 f的線性關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)節(jié)確定配合比.這方法以其簡(jiǎn)單易行一直被人們所應(yīng)用。
(1)在原材料一定的條件下，在普通砼中，對(duì)強(qiáng)度起決定性作用.因此，在確定 時(shí)，除考慮耐久性外，主要由強(qiáng)度確定；而在高強(qiáng)砼中除外，骨料含量、砂率、單位用水量等對(duì)強(qiáng)度也影響較為顯著。
3 普通砼配合比確定方法在高強(qiáng)砼中應(yīng)用已顯不足
從以上論述可見(jiàn)，由于材料品種繁多，性能各異，配合比中各參數(shù)對(duì)砼性能影響復(fù)雜.因此，高強(qiáng)砼中的各材料用量及各參數(shù)的取值很難象普通砼一樣，予先確定一個(gè)具體值.因此，普通砼配合比確定方法在高強(qiáng)砼中應(yīng)用已顯不足.主要有以下幾方面：
4.1 正交—綜合評(píng)定法：該方法是利用正交試驗(yàn)的原理按排試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定，找出滿足各項(xiàng)工程要求的最佳配合比的方法.步驟及方法見(jiàn)4.3實(shí)例.
4.2 正交—綜合評(píng)定法優(yōu)點(diǎn)：
?。?） 在各材料及參數(shù)對(duì)砼性能的影響還不太清楚的情況下，它能很好地處理各材料、各參數(shù)之間的相互關(guān)系.它通過(guò)科學(xué)安排試驗(yàn)，利用其“整齊可比性”及“均衡搭配性”，通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果，可得到優(yōu)化的配合比.
?。?）它能把砼強(qiáng)度、耐久性；工作性及經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一；適應(yīng)多目標(biāo)要求的砼；所得的配比技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理.
?。?）通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可弄清各材料，各參數(shù)對(duì)砼強(qiáng)度、耐久性、工作性及經(jīng)濟(jì)性的影響趨勢(shì)及其影響的主次關(guān)系，為施工管理、質(zhì)量控制、成本管理提供依據(jù)。
4.3 實(shí) 例：
某工程，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C55，C60，采用泵送施工，坍落度要求150-180 mm.材料采用P.O525水泥，Dm=20 mm碎石，中河砂，F(xiàn)DN高效減水劑摻量為0.5%-1.1%，緩凝劑為糖蜜，摻量為0.1%-0.3%.
1) 明確試驗(yàn)解決問(wèn)題及考核指標(biāo)
要解決的問(wèn)題：提出滿足施工要求，強(qiáng)度要求、耐久性要求及經(jīng)濟(jì)性要求的配合比.
考核指標(biāo)：C55砼強(qiáng)度≥65 MPa,C60砼強(qiáng)度≥69 MPa，入泵坍落度S=150-180 mm，30 min后坍落度≥120 mm，成本愈低愈好。
2) 挑因素，選水平選擇的因素及因素水平如表-1：
6) 試驗(yàn)結(jié)果分析
?、?確定各因素對(duì)砼性能影響趨勢(shì)及主次
各因素、因素水平對(duì)砼強(qiáng)度、坍落度損失值、成本影響如表3.表3數(shù)據(jù)是表2同一因素同一水平結(jié)果的平均值.通過(guò)對(duì)極差進(jìn)行分析，可得出各因素對(duì)以上結(jié)果影響的主次，極差愈大，影響愈大.各因素對(duì)砼強(qiáng)度影響趨勢(shì)大小為A＞B＞C＞D,水泥用量、用水量，砂率大小對(duì)強(qiáng)度都有較大的影響；對(duì)坍落度損失值影響趨勢(shì)大小為：D＞B＞A、C.緩凝劑摻量及用水量影響較顯著；對(duì)成本的影響趨勢(shì)大小為A＞B＞C＞D，影響最大的為水泥用量.以上分析有利于施工管理，質(zhì)量管理及成本管理。
直觀法：在目標(biāo)數(shù)較少或較易判別優(yōu)劣時(shí)可用此法.如本試驗(yàn)，以滿足工作性要求，強(qiáng)度要求的條件下，成本低的為優(yōu).所以C55,C60配比分別可定為4＃，7＃試驗(yàn)結(jié)果。
綜合評(píng)分法：當(dāng)目標(biāo)數(shù)較多或較難用直觀法判別優(yōu)劣時(shí)使用.步驟如下：第一，按各目標(biāo)重要性程序不同，分別確定分值系數(shù)ki.如本試驗(yàn)，確定配比的原則為：在滿足施工、強(qiáng)度要求的條件下，盡量節(jié)約材料，因此，強(qiáng)度，坍落度損失值、成本的分值系數(shù)ki分別取2，1，3.第二：評(píng)定各試驗(yàn)各目標(biāo)得分：首先確定基本得分ai，再求該目標(biāo)得分ki.ai.評(píng)定基本得分的方法為：若目標(biāo)值不符合設(shè)計(jì)要求得0分；其余按優(yōu)劣排列，分別得分為n，n-1…1.也可用跳躍式評(píng)分，以便把優(yōu)劣拉開(kāi)得分距離.第三：求各試驗(yàn)綜合得分：把各試驗(yàn)各目標(biāo)值得分相加.如7＃試驗(yàn)，坍落度損失值、強(qiáng)度、成本的基本得分ai分別為3、5、6.目標(biāo)值得分為：ai .ki=3×1，5×2，6×3，綜合評(píng)分為31分.第四步：確定最佳配比：綜合得分高為優(yōu).然后按綜合分高低排名次，當(dāng)綜合分相同時(shí)，以最重要目標(biāo)為優(yōu)者為優(yōu).本試驗(yàn)排次見(jiàn)表二、由表二得C55，C66配比分別為4＃及7＃試驗(yàn)結(jié)果。
5 結(jié)束語(yǔ)
從以上論述可見(jiàn)，用正交綜合評(píng)分法確定高強(qiáng)砼配合比，可避免試驗(yàn)的盲目性.它特別適合多目標(biāo)要求的砼，能使砼滿足工程各項(xiàng)要求，并取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。
高強(qiáng)砼配合比的確定現(xiàn)在基本是應(yīng)用普通砼的確定方法。該方法是利用鮑羅公式及表格按強(qiáng)度及耐久性要求確定水灰比；按粘聚性要求確定砂率Sp；按流動(dòng)性要求確定單位用水量W0；按經(jīng)驗(yàn)確定外加劑摻量及摻合料用量；按以上確定參數(shù)計(jì)算初步配合比；然后進(jìn)行試拌，按工作性好壞，對(duì)Sp、W0及外加劑等作適當(dāng)調(diào)節(jié)；最后利用 f的線性關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)節(jié)確定配合比.這方法以其簡(jiǎn)單易行一直被人們所應(yīng)用。
2 在普通砼及高強(qiáng)砼中，用料及配合比關(guān)鍵參數(shù)對(duì)性能的影響的差別
2.1 水灰比
(1)在原材料一定的條件下，在普通砼中，對(duì)強(qiáng)度起決定性作用.因此，在確定 時(shí)，除考慮耐久性外，主要由強(qiáng)度確定；而在高強(qiáng)砼中除外，骨料含量、砂率、單位用水量等對(duì)強(qiáng)度也影響較為顯著。
(2)在普通砼中，灰水比 與砼強(qiáng)度f(wàn)的關(guān)系為線性關(guān)系，在進(jìn)行砼試配時(shí)，正是利用了此關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)整；而在高強(qiáng)砼中，當(dāng)較小時(shí)，f的線性關(guān)系反常。
2.2 砂率Sp的影響
在普通砼中，Sp對(duì)強(qiáng)度影響很少，對(duì)粘聚性影響十分顯著，隨著Sp增大，粘聚性變好。因此，在確定砼配合比時(shí)，沒(méi)有考慮Sp對(duì)強(qiáng)度的影響，只是按施工操作要求的粘聚性確定Sp.在高強(qiáng)砼中，Sp對(duì)砼強(qiáng)度影響較大，試驗(yàn)表明，Sp減少，強(qiáng)度增加，Sp每減少1%，強(qiáng)度約增加1%；而Sp對(duì)粘聚性影響較小，原因是高強(qiáng)砼的 較小，水泥用量大，且摻入大量的摻合料，本身粘聚性很好。
2.3 骨料含量的影響
骨料含量對(duì)普通砼強(qiáng)度影響很小，而對(duì)高強(qiáng)砼影響較為顯著，影響程度僅次于 .試驗(yàn)表明，每減少0.01，強(qiáng)度增加3.5%-5%， 愈小，強(qiáng)度增長(zhǎng)率越大.而 對(duì)強(qiáng)度的影響程度為 每減0.02，強(qiáng)度增加6.5%-9 %。
2.4 單位用水量W0影響
普通砼中，當(dāng)流動(dòng)性一定時(shí)，用水量基本恒定，且當(dāng)一定時(shí)，用水量W0對(duì)強(qiáng)度影響甚少，因此，需水量主要按施工要求流動(dòng)性確定；而在高強(qiáng)砼中，用水量的大小對(duì)強(qiáng)度影響較為顯著，當(dāng)一定時(shí)，W0愈少，強(qiáng)度愈高.試驗(yàn)表明，其影響程度與骨料含量對(duì)強(qiáng)度影響一致，當(dāng)每m3砼減少5 kg水時(shí)，強(qiáng)度增加3.5%～5%.但是，W0受到外加劑的種類(lèi)及摻量、混合料的種類(lèi)及摻量、坍落度損失要求制約。
2.5 外加劑的種類(lèi)及用量的影響
在高性能砼中，一般都加有外加劑.常加的有高效減水劑和緩凝劑.減水劑主要用來(lái)提高砼流動(dòng)性，其摻量的大小與減水劑種類(lèi)、投放時(shí)間、水灰比、水泥與骨料種類(lèi)、數(shù)量及環(huán)境溫度等因素有關(guān)，很難予先確定準(zhǔn)確的摻量.太小，減水效果不顯著；太多，超過(guò)減水劑飽和點(diǎn)，不但流動(dòng)性不再增加，砼還會(huì)產(chǎn)生離析，影響砼質(zhì)量，同時(shí)還增加成本.緩凝劑也有類(lèi)似情況，摻量適中，有利于減少坍落度損失，保證砼的泵送性能；摻量太小，作用不大；太多，凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響后續(xù)施工操作，同時(shí)會(huì)使砼長(zhǎng)時(shí)間疏松不硬，強(qiáng)度嚴(yán)重下降。
此外，水泥品種，摻合料的種類(lèi)及摻量、骨料品種等對(duì)砼強(qiáng)度及工作性都有一定的影響。
3 普通砼配合比確定方法在高強(qiáng)砼中應(yīng)用已顯不足
從以上論述可見(jiàn)，由于材料品種繁多，性能各異，配合比中各參數(shù)對(duì)砼性能影響復(fù)雜.因此，高強(qiáng)砼中的各材料用量及各參數(shù)的取值很難象普通砼一樣，予先確定一個(gè)具體值.因此，普通砼配合比確定方法在高強(qiáng)砼中應(yīng)用已顯不足.主要有以下幾方面：
（1）只考慮 對(duì)強(qiáng)度的影響，忽略其它參數(shù)或材料品種對(duì)強(qiáng)度的影響，得出的配比不經(jīng)濟(jì).試驗(yàn)表明，同時(shí)考慮 Sp、W0及骨料含量對(duì)強(qiáng)度的影響進(jìn)行配制砼，可顯著提高砼強(qiáng)度及節(jié)約水泥，節(jié)約水泥12%-20%;
?。?）利用 f的線性關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)整，當(dāng) 較小時(shí)，得出的配比不準(zhǔn)確;
?。?）較難把砼強(qiáng)度，耐久性、工作性及經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一起來(lái)，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，雖然其也考慮這些內(nèi)容，但它是孤立地考慮的，因而得出的配比不夠合理;
（4）未有考慮各材料的特性及各材料之間的相互影響;
?。?）較難適應(yīng)多項(xiàng)要求的砼.如若同時(shí)要求砼滿足強(qiáng)度、抗?jié)B標(biāo)號(hào)、坍落度、坍落度損失值、彈性模量及成本等目標(biāo)，這種方法就顯得無(wú)能為力。
?。?）利用 f的線性關(guān)系進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)整，當(dāng) 較小時(shí)，得出的配比不準(zhǔn)確;
?。?）較難把砼強(qiáng)度，耐久性、工作性及經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一起來(lái)，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，雖然其也考慮這些內(nèi)容，但它是孤立地考慮的，因而得出的配比不夠合理;
（4）未有考慮各材料的特性及各材料之間的相互影響;
?。?）較難適應(yīng)多項(xiàng)要求的砼.如若同時(shí)要求砼滿足強(qiáng)度、抗?jié)B標(biāo)號(hào)、坍落度、坍落度損失值、彈性模量及成本等目標(biāo)，這種方法就顯得無(wú)能為力。
4 應(yīng)用“正交—綜合評(píng)定法”確定高強(qiáng)砼配合比
4.1 正交—綜合評(píng)定法：該方法是利用正交試驗(yàn)的原理按排試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定，找出滿足各項(xiàng)工程要求的最佳配合比的方法.步驟及方法見(jiàn)4.3實(shí)例.
4.2 正交—綜合評(píng)定法優(yōu)點(diǎn)：
?。?） 在各材料及參數(shù)對(duì)砼性能的影響還不太清楚的情況下，它能很好地處理各材料、各參數(shù)之間的相互關(guān)系.它通過(guò)科學(xué)安排試驗(yàn)，利用其“整齊可比性”及“均衡搭配性”，通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果，可得到優(yōu)化的配合比.
?。?）它能把砼強(qiáng)度、耐久性；工作性及經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一；適應(yīng)多目標(biāo)要求的砼；所得的配比技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理.
?。?）通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可弄清各材料，各參數(shù)對(duì)砼強(qiáng)度、耐久性、工作性及經(jīng)濟(jì)性的影響趨勢(shì)及其影響的主次關(guān)系，為施工管理、質(zhì)量控制、成本管理提供依據(jù)。
4.3 實(shí) 例：
某工程，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C55，C60，采用泵送施工，坍落度要求150-180 mm.材料采用P.O525水泥，Dm=20 mm碎石，中河砂，F(xiàn)DN高效減水劑摻量為0.5%-1.1%，緩凝劑為糖蜜，摻量為0.1%-0.3%.
1) 明確試驗(yàn)解決問(wèn)題及考核指標(biāo)
要解決的問(wèn)題：提出滿足施工要求，強(qiáng)度要求、耐久性要求及經(jīng)濟(jì)性要求的配合比.
考核指標(biāo)：C55砼強(qiáng)度≥65 MPa,C60砼強(qiáng)度≥69 MPa，入泵坍落度S=150-180 mm，30 min后坍落度≥120 mm，成本愈低愈好。
2) 挑因素，選水平選擇的因素及因素水平如表-1：
3)選擇正交表：由于有4個(gè)因素，3種水平，故選擇L9(34)正交表.
4) 試驗(yàn)安排：根據(jù)已選定的因素、因素水平及正交表，試驗(yàn)安排如表2.
4) 試驗(yàn)安排：根據(jù)已選定的因素、因素水平及正交表，試驗(yàn)安排如表2.
備注：FDN—高效減水劑；S—坍落度；△S—坍落度損失值；f—抗壓強(qiáng)度；W—成本價(jià).
5)試拌：按試驗(yàn)安排中各試驗(yàn)號(hào)的參數(shù)計(jì)算試拌用料.試拌時(shí)，高效減水劑用量以使流動(dòng)性S=150～180 mm確定.并把試驗(yàn)結(jié)果填于表2.
6) 試驗(yàn)結(jié)果分析
?、?確定各因素對(duì)砼性能影響趨勢(shì)及主次
各因素、因素水平對(duì)砼強(qiáng)度、坍落度損失值、成本影響如表3.表3數(shù)據(jù)是表2同一因素同一水平結(jié)果的平均值.通過(guò)對(duì)極差進(jìn)行分析，可得出各因素對(duì)以上結(jié)果影響的主次，極差愈大，影響愈大.各因素對(duì)砼強(qiáng)度影響趨勢(shì)大小為A＞B＞C＞D,水泥用量、用水量，砂率大小對(duì)強(qiáng)度都有較大的影響；對(duì)坍落度損失值影響趨勢(shì)大小為：D＞B＞A、C.緩凝劑摻量及用水量影響較顯著；對(duì)成本的影響趨勢(shì)大小為A＞B＞C＞D，影響最大的為水泥用量.以上分析有利于施工管理，質(zhì)量管理及成本管理。
?、?確定最佳配合比
直觀法：在目標(biāo)數(shù)較少或較易判別優(yōu)劣時(shí)可用此法.如本試驗(yàn)，以滿足工作性要求，強(qiáng)度要求的條件下，成本低的為優(yōu).所以C55,C60配比分別可定為4＃，7＃試驗(yàn)結(jié)果。
綜合評(píng)分法：當(dāng)目標(biāo)數(shù)較多或較難用直觀法判別優(yōu)劣時(shí)使用.步驟如下：第一，按各目標(biāo)重要性程序不同，分別確定分值系數(shù)ki.如本試驗(yàn)，確定配比的原則為：在滿足施工、強(qiáng)度要求的條件下，盡量節(jié)約材料，因此，強(qiáng)度，坍落度損失值、成本的分值系數(shù)ki分別取2，1，3.第二：評(píng)定各試驗(yàn)各目標(biāo)得分：首先確定基本得分ai，再求該目標(biāo)得分ki.ai.評(píng)定基本得分的方法為：若目標(biāo)值不符合設(shè)計(jì)要求得0分；其余按優(yōu)劣排列，分別得分為n，n-1…1.也可用跳躍式評(píng)分，以便把優(yōu)劣拉開(kāi)得分距離.第三：求各試驗(yàn)綜合得分：把各試驗(yàn)各目標(biāo)值得分相加.如7＃試驗(yàn)，坍落度損失值、強(qiáng)度、成本的基本得分ai分別為3、5、6.目標(biāo)值得分為：ai .ki=3×1，5×2，6×3，綜合評(píng)分為31分.第四步：確定最佳配比：綜合得分高為優(yōu).然后按綜合分高低排名次，當(dāng)綜合分相同時(shí)，以最重要目標(biāo)為優(yōu)者為優(yōu).本試驗(yàn)排次見(jiàn)表二、由表二得C55，C66配比分別為4＃及7＃試驗(yàn)結(jié)果。
5 結(jié)束語(yǔ)
從以上論述可見(jiàn)，用正交綜合評(píng)分法確定高強(qiáng)砼配合比，可避免試驗(yàn)的盲目性.它特別適合多目標(biāo)要求的砼，能使砼滿足工程各項(xiàng)要求，并取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。
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