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摘要农业水利工程中施工现场水泥强度的富余系数、骨料的含水量和级配对混凝土的配合比都有影响,继而影响混凝土的质量。阐述了在施工实践中总结的现场混凝土配合比调整的方法,以供水利工作者参考。
关键词农业水利工程;混凝土配合比;调整
中图分类号TV431文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)15-0271-02
随着农业水利事业的蓬勃发展,水工混凝土越来越多地应用于农业水利工程建设中。但在个别项目施工中出现混凝土强度不够、离差系数较大等不良现象,与未正确调整施工现场混凝土配合比有很大关系。就现场混凝土配合比的调整做了一些总结,供广大水利工作者参考。
1各种原因对混凝土的施工质量造成的后果
按照国家标准,普通混凝土配合比是以干骨料为基准,并以重量计算为主。现场用骨料均有一定的含水量,需要将设计配合比调整为生产用施工配合比。常规调整做法是检测现场骨料的含水率,然后从用水量中扣除骨料中的水分,适当补充水分所占重量的骨料,然而这种做法在实际操作中往往不能拌制出理想的混凝土,甚至连一点胶凝性都显示不出来,现场的工人只有自行决定增加水的用量,导致混凝土的强度或高或低。另外,粗骨料的级配往往也是影响混凝土和易性的主要因素。级配良好的混凝土流动性好,在泵送混凝土中表现得尤其明显。在工地上,按照实验室提供的配合比施工,其和易性往往不好。这是因为:①在室内混凝土拌合物多数为人工拌合,且数量较少,流动性不易判定;②很多委托单位从开始委托到开始施工,时间很短,实验室仓促应对,往往按照经验调整。
2施工现场混凝土配合比的调整
2.1水泥标号对水泥用量的影响
根据实测水泥28d强度的结果来看,不同水泥厂水泥富余系数不尽相同,同一水泥厂不同品种水泥在不同时期也存在一定程度的差异,并存在较大的偏高标准值的现象。同时大部分施工企业为节省试验费用和避免工程繁琐,不严格按施工检验程序送检,一般1个单项工程仅在开工前进行1次原料检测,仅以这1次送检结果作为整个工程的材料质量指标,以偏概全。可将此次检测结果仅作为1个参考性指标,在实际配合比设计时宜按0.7～0.9的系数加以折算修正,既考虑到水泥富余系数的变化,又考虑到不使折减值低于标准值以致影响合格判定。
2.2骨料含水量对单位用水量的影响
单位用水量的选取通常参照《普通混凝土配合比设计规程》进行,也就是说根据坍落度和石子类别及最大粒径确定,只有水灰比小于0.4的混凝土以及特殊成型工艺的混凝土的单位用水量才通过试验通定。因此坍落度又与砂率βs之间存在相应的关系,βs的峰值所对应的坍落度即为最佳值。为了合理确定单位用水量,各地区根据当地的砂石料种类,通过多次试验制定出适合当地的砂率βs与坍落度曲线,以便配合比设计时采用。根据本地的试验情况,用于基础部位时,坍落度一般取10~30mm,主体部位坍落度取30~50mm,单位用水量分别为150~160kg/m3和170~180kg/m3。一般来说,卵石混凝土用水量取下限,碎石混凝土用水量取上限。在拌制混凝土时,含水的骨料在拌制过程中析出水分,增加坍落度,起到了增加用水量的作用;干燥的骨料在拌制时吸收水分,降低坍落度,起到减少用水量的作用。但是真正起作用的水只有骨料表面的吸附水,只有在湿润状态的骨料才能发挥释水的作用,而气干状态的骨料在拌制时仍然吸水,面干状态的骨料在拌制时既不吸水也不释水,处于平衡状态。所谓含水量是指骨料颗粒中的全部水量,而在混凝土拌制过程中起作用的表面含水量只是指吸附在骨料颗粒表面的水量,即从前述的第4状态减去第3状态的水量之值。通过查阅资料和试验可知,面干骨料的内部含水是不能在拌制混凝土和振捣过程中释出来,这部分水只能在混凝土干缩过程中逐渐被析出,而且不会影响混凝土的设计强度。然而骨料表面的水不论是吸水还是释水,都会引起水灰比的变化。如有试验表明,将骨料的实际表面含水量少测定了1%,则坍落度就会影响2~3cm,抗压强度就会影响6%～8%。因此,在现场配制生产混凝土时,必须要调整用水量。
2.3骨料级配的确定
砂率的选取是配合比设计中一个重要而又难以准确把握的参数。这是因为影响砂率的因素较多,而且目前还没有粘聚性的定量指标,所以无法建立砂率与粘聚性的关系。在进行配合比设计时,通常参照《普通混凝土配合比设计规程》,根据水灰比、石子类别和最大粒径查表选取。表中所列砂率是一个浮动较大的变动值,而计算所需定值的选取要借助实际配合比经验。因此,可以根据公式βs=(ρosγ/ρosγ ρog)-α(公式中ρos和ρog为砂石料的堆积密度;α为砂浆剩余系数,通常取1.1~1.4,细砂时α=1.1,精砂时取α=1.4,中砂时取α=1.2～1.3;γ为石子空隙率,可查找相关石子试验报告数据选取)得出计算值,与《普通混凝土配合比设计规程》中所列数值进行对比取舍。若计算出的βs值在《普通混凝土配合比设计规程》所列数值的范围以外,则取最为接近的数值作为计算时的砂率值。根据实验室配合比设计情况来看,砂率的选取基本为28%～32%,仅个别预制构件混凝土配合比的砂率稍大,可达到35%～38%。
在施工中拿到混凝土配合比以后并非照单施工,而是首先确定骨料的最佳级配,试拌一些拌合物,观察其和易性,然后再大量生产。实践证明,这样做不但混凝土的和易性较好,而且混凝土较密实,强度高,还能节省水泥,不失为现场调整的一个好的辅助手段。现以一次级配为例介绍如下:①首先将小石子和中石子用原孔筛20mm分开,并且将小石子和中石子的超粒径情况分别试验,做好记录。②称中石子大约7kg,倒入200mm×200mm×200mm的混凝土试模中,放在振动台上,振动3min(也可人工插捣)。③称小石子大约5kg,倒入试模中,放在振动台上,振动3min,至小石子完全钻入中石子空隙中为止。如果小石子数量不足,可再放入一些,直至小石子不再明显下沉而且混杂的中石子与试模齐平为止。④准确称量试模中小石子和中石子的重量,即为小石子和中石子的最佳比例。⑤重复试验1次,取其平均值作为施工控制指标。按照上述方法,再结合现场中石子和小石子超粒径情况,就可以准确调整骨料级配,得到最佳效果。
2.4现场混凝土配合比的调整
在测量了骨料的表面含水率以后,就要按正确方法将设计配合比根据骨料表面水量情况进行配合比调整,其计算方法如下:
用水量调整计算式:S′=S G×W±g×W;用骨料用量调整计算公式:G′= G±G×W,g′= g±g×W(式中S为每立方米混凝土选定用水量(即设计用水量);S′为调整后的用水量;G为粗骨料设计用量;G′为调整后粗骨料用量;g为细骨料设计用量;g′为调整后细骨料用量;W为粗骨料或细骨料的面干状态吸水率或表面含水率)。
注意配合比用水量的調整计算有时不能1次完成,在雨雪天过后骨料表面含水量过大时要进行第2次针对增加部分的骨料水量调整计算。
对采用普通硅酸盐水泥,粗骨料为符合标准的连续颗粒级配,细骨料的含泥量不超标,水灰比为0.4～0.8,不掺外加剂的普通塑性混凝土配合比中的材料用量,经多年的实验室试配和工程经验,有一定规律性:
(1)用水量主要与混凝土坍落度、细骨料的粗细、粗骨料的品种、粗骨料的粒径有关。当其他条件相同时:①坍落度按10~30mm、35~50mm、55~70mm、75~90mm顺序每调1档,用水量应增加10kg/m3左右;②细骨料按粗、中、细顺序每调1档,用水量应增加8kg/m3左右;③碎石比卵石的用水量应增加15kg/m3左右;④粗骨料最大粒径按40.0mm、31.5 mm、20.0mm、16.0mm顺序每调1档,用水量应增加12kg/m3左右。
(2)砂率主要与水灰比、细骨料的粗细、粗骨料的品种、粗骨料的粒径有关。当其他条件相同时:①水灰比按0.4、0.5、0.6、0.7顺序每调1档,砂率应增加3%左右;②细骨料按细、中、粗顺序每调1档,砂率应增加2%左右;③碎石比卵石的砂率应增加2%左右;④粗骨料最大粒径按40mm、20mm、16mm顺序每调1档,砂率应增加2%左右;⑤粗骨料为单粒级时,砂率应增加2%左右。
(3)单位水泥用量主要与混凝土的强度等级、水泥强度等级、坍落度、细骨料的粗细、粗骨料的粒径、温度有关。当其他条件相同时:①混凝土强度等级按C15、C20、C25、C30、C35顺序每调1档,水泥用量应增加40kg/m3左右;②水泥强度等级按52.5、42.5、32.5顺序每调1档,水泥用量应增加40kg/m3左右;③坍落度按10~30mm、35~50mm、55~70mm、75~90mm顺序每调1档,水泥用量应增加20kg/m3左右;④细骨料按粗、中、细顺序每调1档,水泥用量应增加15kg/m3左右;⑤粗骨料最大粒径按40mm、20mm、16mm顺序每调1档,水泥用量应增加35kg/m3左右;⑥温度按25~35℃、15~25℃、5~15℃顺序每调1档,水泥用量应增加20 kg/m3左右。
3结语
综上所述,在合理确定混凝土配制强度的基础上确定水泥强度、单位用水量以及适宜的砂率是配制混凝土配合比设计的核心所在。现场混凝土配合比可根据实验室试配和工程经验适当调整。
4参考文献
[1] 黄士元.21世纪初期我国混凝土技术发展中的几点问题[J].混凝土,2002(3):3-7.
[2] 牛光庭,李亚杰.建筑材料[M].北京:水利電力出版社,1993.
[3] 钟汉华.坝工混凝土工[M].郑州:黄河水利出版社,1996.
关键词农业水利工程;混凝土配合比;调整
中图分类号TV431文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)15-0271-02
随着农业水利事业的蓬勃发展,水工混凝土越来越多地应用于农业水利工程建设中。但在个别项目施工中出现混凝土强度不够、离差系数较大等不良现象,与未正确调整施工现场混凝土配合比有很大关系。就现场混凝土配合比的调整做了一些总结,供广大水利工作者参考。
1各种原因对混凝土的施工质量造成的后果
按照国家标准,普通混凝土配合比是以干骨料为基准,并以重量计算为主。现场用骨料均有一定的含水量,需要将设计配合比调整为生产用施工配合比。常规调整做法是检测现场骨料的含水率,然后从用水量中扣除骨料中的水分,适当补充水分所占重量的骨料,然而这种做法在实际操作中往往不能拌制出理想的混凝土,甚至连一点胶凝性都显示不出来,现场的工人只有自行决定增加水的用量,导致混凝土的强度或高或低。另外,粗骨料的级配往往也是影响混凝土和易性的主要因素。级配良好的混凝土流动性好,在泵送混凝土中表现得尤其明显。在工地上,按照实验室提供的配合比施工,其和易性往往不好。这是因为:①在室内混凝土拌合物多数为人工拌合,且数量较少,流动性不易判定;②很多委托单位从开始委托到开始施工,时间很短,实验室仓促应对,往往按照经验调整。
2施工现场混凝土配合比的调整
2.1水泥标号对水泥用量的影响
根据实测水泥28d强度的结果来看,不同水泥厂水泥富余系数不尽相同,同一水泥厂不同品种水泥在不同时期也存在一定程度的差异,并存在较大的偏高标准值的现象。同时大部分施工企业为节省试验费用和避免工程繁琐,不严格按施工检验程序送检,一般1个单项工程仅在开工前进行1次原料检测,仅以这1次送检结果作为整个工程的材料质量指标,以偏概全。可将此次检测结果仅作为1个参考性指标,在实际配合比设计时宜按0.7～0.9的系数加以折算修正,既考虑到水泥富余系数的变化,又考虑到不使折减值低于标准值以致影响合格判定。
2.2骨料含水量对单位用水量的影响
单位用水量的选取通常参照《普通混凝土配合比设计规程》进行,也就是说根据坍落度和石子类别及最大粒径确定,只有水灰比小于0.4的混凝土以及特殊成型工艺的混凝土的单位用水量才通过试验通定。因此坍落度又与砂率βs之间存在相应的关系,βs的峰值所对应的坍落度即为最佳值。为了合理确定单位用水量,各地区根据当地的砂石料种类,通过多次试验制定出适合当地的砂率βs与坍落度曲线,以便配合比设计时采用。根据本地的试验情况,用于基础部位时,坍落度一般取10~30mm,主体部位坍落度取30~50mm,单位用水量分别为150~160kg/m3和170~180kg/m3。一般来说,卵石混凝土用水量取下限,碎石混凝土用水量取上限。在拌制混凝土时,含水的骨料在拌制过程中析出水分,增加坍落度,起到了增加用水量的作用;干燥的骨料在拌制时吸收水分,降低坍落度,起到减少用水量的作用。但是真正起作用的水只有骨料表面的吸附水,只有在湿润状态的骨料才能发挥释水的作用,而气干状态的骨料在拌制时仍然吸水,面干状态的骨料在拌制时既不吸水也不释水,处于平衡状态。所谓含水量是指骨料颗粒中的全部水量,而在混凝土拌制过程中起作用的表面含水量只是指吸附在骨料颗粒表面的水量,即从前述的第4状态减去第3状态的水量之值。通过查阅资料和试验可知,面干骨料的内部含水是不能在拌制混凝土和振捣过程中释出来,这部分水只能在混凝土干缩过程中逐渐被析出,而且不会影响混凝土的设计强度。然而骨料表面的水不论是吸水还是释水,都会引起水灰比的变化。如有试验表明,将骨料的实际表面含水量少测定了1%,则坍落度就会影响2~3cm,抗压强度就会影响6%～8%。因此,在现场配制生产混凝土时,必须要调整用水量。
2.3骨料级配的确定
砂率的选取是配合比设计中一个重要而又难以准确把握的参数。这是因为影响砂率的因素较多,而且目前还没有粘聚性的定量指标,所以无法建立砂率与粘聚性的关系。在进行配合比设计时,通常参照《普通混凝土配合比设计规程》,根据水灰比、石子类别和最大粒径查表选取。表中所列砂率是一个浮动较大的变动值,而计算所需定值的选取要借助实际配合比经验。因此,可以根据公式βs=(ρosγ/ρosγ ρog)-α(公式中ρos和ρog为砂石料的堆积密度;α为砂浆剩余系数,通常取1.1~1.4,细砂时α=1.1,精砂时取α=1.4,中砂时取α=1.2～1.3;γ为石子空隙率,可查找相关石子试验报告数据选取)得出计算值,与《普通混凝土配合比设计规程》中所列数值进行对比取舍。若计算出的βs值在《普通混凝土配合比设计规程》所列数值的范围以外,则取最为接近的数值作为计算时的砂率值。根据实验室配合比设计情况来看,砂率的选取基本为28%～32%,仅个别预制构件混凝土配合比的砂率稍大,可达到35%～38%。
在施工中拿到混凝土配合比以后并非照单施工,而是首先确定骨料的最佳级配,试拌一些拌合物,观察其和易性,然后再大量生产。实践证明,这样做不但混凝土的和易性较好,而且混凝土较密实,强度高,还能节省水泥,不失为现场调整的一个好的辅助手段。现以一次级配为例介绍如下:①首先将小石子和中石子用原孔筛20mm分开,并且将小石子和中石子的超粒径情况分别试验,做好记录。②称中石子大约7kg,倒入200mm×200mm×200mm的混凝土试模中,放在振动台上,振动3min(也可人工插捣)。③称小石子大约5kg,倒入试模中,放在振动台上,振动3min,至小石子完全钻入中石子空隙中为止。如果小石子数量不足,可再放入一些,直至小石子不再明显下沉而且混杂的中石子与试模齐平为止。④准确称量试模中小石子和中石子的重量,即为小石子和中石子的最佳比例。⑤重复试验1次,取其平均值作为施工控制指标。按照上述方法,再结合现场中石子和小石子超粒径情况,就可以准确调整骨料级配,得到最佳效果。
2.4现场混凝土配合比的调整
在测量了骨料的表面含水率以后,就要按正确方法将设计配合比根据骨料表面水量情况进行配合比调整,其计算方法如下:
用水量调整计算式:S′=S G×W±g×W;用骨料用量调整计算公式:G′= G±G×W,g′= g±g×W(式中S为每立方米混凝土选定用水量(即设计用水量);S′为调整后的用水量;G为粗骨料设计用量;G′为调整后粗骨料用量;g为细骨料设计用量;g′为调整后细骨料用量;W为粗骨料或细骨料的面干状态吸水率或表面含水率)。
注意配合比用水量的調整计算有时不能1次完成,在雨雪天过后骨料表面含水量过大时要进行第2次针对增加部分的骨料水量调整计算。
对采用普通硅酸盐水泥,粗骨料为符合标准的连续颗粒级配,细骨料的含泥量不超标,水灰比为0.4～0.8,不掺外加剂的普通塑性混凝土配合比中的材料用量,经多年的实验室试配和工程经验,有一定规律性:
(1)用水量主要与混凝土坍落度、细骨料的粗细、粗骨料的品种、粗骨料的粒径有关。当其他条件相同时:①坍落度按10~30mm、35~50mm、55~70mm、75~90mm顺序每调1档,用水量应增加10kg/m3左右;②细骨料按粗、中、细顺序每调1档,用水量应增加8kg/m3左右;③碎石比卵石的用水量应增加15kg/m3左右;④粗骨料最大粒径按40.0mm、31.5 mm、20.0mm、16.0mm顺序每调1档,用水量应增加12kg/m3左右。
(2)砂率主要与水灰比、细骨料的粗细、粗骨料的品种、粗骨料的粒径有关。当其他条件相同时:①水灰比按0.4、0.5、0.6、0.7顺序每调1档,砂率应增加3%左右;②细骨料按细、中、粗顺序每调1档,砂率应增加2%左右;③碎石比卵石的砂率应增加2%左右;④粗骨料最大粒径按40mm、20mm、16mm顺序每调1档,砂率应增加2%左右;⑤粗骨料为单粒级时,砂率应增加2%左右。
(3)单位水泥用量主要与混凝土的强度等级、水泥强度等级、坍落度、细骨料的粗细、粗骨料的粒径、温度有关。当其他条件相同时:①混凝土强度等级按C15、C20、C25、C30、C35顺序每调1档,水泥用量应增加40kg/m3左右;②水泥强度等级按52.5、42.5、32.5顺序每调1档,水泥用量应增加40kg/m3左右;③坍落度按10~30mm、35~50mm、55~70mm、75~90mm顺序每调1档,水泥用量应增加20kg/m3左右;④细骨料按粗、中、细顺序每调1档,水泥用量应增加15kg/m3左右;⑤粗骨料最大粒径按40mm、20mm、16mm顺序每调1档,水泥用量应增加35kg/m3左右;⑥温度按25~35℃、15~25℃、5~15℃顺序每调1档,水泥用量应增加20 kg/m3左右。
3结语
综上所述,在合理确定混凝土配制强度的基础上确定水泥强度、单位用水量以及适宜的砂率是配制混凝土配合比设计的核心所在。现场混凝土配合比可根据实验室试配和工程经验适当调整。
4参考文献
[1] 黄士元.21世纪初期我国混凝土技术发展中的几点问题[J].混凝土,2002(3):3-7.
[2] 牛光庭,李亚杰.建筑材料[M].北京:水利電力出版社,1993.
[3] 钟汉华.坝工混凝土工[M].郑州:黄河水利出版社,1996.