高強混凝土配合比確定方法的探討

摘要：論述了高強砼配合比確定方法仍采用普通砼配合比確定方法的不足，并論述了采用“正交—— 綜合評定法”是解決問題的有效方法。關鍵詞：高強砼；正交實驗；最佳配合比中圈分類號：TU502 文藏標識碼：A 隨著材料的開發(fā)及應用，砼組成材料由普通砼的水泥、砂、石、水四種發(fā)展為5～7種組成材料，使影響砼強度及工作性等的因素變得更復雜，這就為砼配合比的確定提出了新的要求。砼配合比的確定，關鍵是要保證砼滿足施工、強度、耐久性、經(jīng)濟性四方面要求。在現(xiàn)行配合比設計規(guī)程JGJ／T55—96中，高強砼配合比確定方法基本上還采用普通砼的確定方法，但在實踐中，該方法已顯不足。 1 現(xiàn)行的高強砼配合比確定方法高強砼配合比的確定現(xiàn)在基本是應用普通砼的確定方法。該方法是利用鮑羅公式及表格按強度及耐久性要求確定水灰比；按粘聚性要求確定砂率Sp；按流動性要求確定單位用水量WO；按經(jīng)驗確定外加劑摻量及摻合料用量；按以上確定參數(shù)計算初步配合比；然后進行試拌，按工作性好壞，對Sp、WO及外加劑等作適當調(diào)節(jié)；最后利用～f的線性關系進行強度調(diào)節(jié)確定配合比，這方法以其簡單易行一直被人們所應用[2]。 2 在普通砼及高強砼中，用料及配合比關鍵參數(shù)對性能的影響的差別[1~3]。 2.1 水灰比 1）在原材料一定的條件下，在普通砼中，對強度起決定性作用。因此，在確定時，除考慮耐久性外。主要由強度確定：而在高強砼中，除外，骨料含量、砂率、單位用水量等對強度也影響較為顯著。 2)在普通砼中，灰水比與砼強度f的關系為線性關系，在進行砼試配時，正是利用了此關系進行強度調(diào)整；而在高強砼中，當較小時，～f的線性關系反常。 2.2 磅率Sp的影響在普通砼中，Sp對強度影響很少，對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，沒有考慮對強度的影響，只是按施工操作要求的粘聚性確定Sp。在高強砼中，Sp對砼強度影響較大，試驗表明，Sp減少，強度增加，Sp每減少1%，強度約增加1%；而Sp對粘聚性影響較小，原因是高強砼的較小，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普通砼強度影響很小，而對高強砼影響較為顯著，影響程度僅次于。試驗表明每減少0.01，強度增加3.5～5%，愈小，強度增長率越大，而對強度的影響程度為每減0.02，強度增加6.5~9%。 2.4 單位用水量WO影響普通砼中，當流動性一定時，用水量基本恒定，且當一定時，用水量WO對強度影響甚少，因此，需水量主要按施工要求流動性確定；而在高強砼中，用水量的大小對強度影響較為顯著，當一定時，WO愈少，強度愈高。試驗表明，其影響程度與骨料含量對強度影響一致，當每m3砼減少5kg水時，強度增加3.5%～5%。但是，WO受到外加劑的種類及摻量、混合料的種類及摻量、坍落度損失要求制約。 2．5 外加劑的種類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。減水劑主要用來提高砼流動性，其摻量的大小與減水劑種類、投放時間、水灰比、水泥與骨料種類、數(shù)量及環(huán)境溫度等因素有關，很難以先確定準確的摻量。太小，減水效果不顯著；太多，超過減水劑飽和點，不但流動性不再增加，砼還會產(chǎn)生離析，影響砼質(zhì)量，同時還增加成本。緩凝劑也有類似情況，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)時間過長，影響后續(xù)施工操作，同時會使砼長時間疏松不硬，強度嚴重下降。此外，水泥品種，摻合料的種類及摻量、骨料品種等對砼強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砼中應用已顯不足從以上論述可見，由于材料品種繁多，性能各異，配合比中各參數(shù)對砼性能影響復雜。因此，高強砼中的各材料用量及各參數(shù)的取值很難像普通砼一樣，予先確定一個具體值。因此，普通砼配合比確定方法在高強砼中應用已顯不足。主要有以下幾方面： 1)只考慮對強度的影響，忽略其它參數(shù)或材料品種對強度的影響，得出的配比不經(jīng)濟。試驗表明，同時考慮、sp、Wo及骨料含量對強度的影響進行配制砼，可顯著提高砼強度及節(jié)約水泥，節(jié)約水泥12%~20%；2)利用～f的線性關系進行強度調(diào)整，當較小時，得出的配比不準確； 3)較難把砼強度，耐久性、工作性及經(jīng)濟性統(tǒng)一起來。在配合比設計時，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問的相互影響； 5)較難適應多項要求的砼。如若同時要求砼滿足強度、抗?jié)B標號、坍落度、坍落度損失值、彈性模量及成本等目標，這種方詿就顯得無能為力。 4 應用“正交一綜合評定法”確定高強砼配合比 4．1 正交一綜合評定法：該方法是利用正交試驗的原理安排試驗，根據(jù)試驗結(jié)果進行綜合評定，找出滿足各項工程要求的最佳配合比的方法。步驟及方法見4.3實例。 4.2 正交一綜合評定法優(yōu)點： 1)在各材料及參數(shù)對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)之間的相互關系。它通過科學安排試驗，利用其“整齊可比性”及“均衡搭配性，通過分析試驗結(jié)果，可得到優(yōu)化的配合比。 2)它能把砼強度、耐久性；工作性及經(jīng)濟性統(tǒng)一；適應多目標要求的砼；所得的配比技術先進，經(jīng)濟合理。 3)通過試驗數(shù)據(jù)的分析，可弄清各材料，各參數(shù)對砼強度、耐久性、工作性及經(jīng)濟性的影響趨勢及其影響的主次關系，為施工管理、質(zhì)量控制、成本管理提供依據(jù)。 4.3 實例：某工程，混凝土設計強度等級為C55，C6O，采用泵送施工，坍落度要求150～180mm。材料采用P.o525水泥，Dm~20mm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)明確試驗解決問題及考核指標要解決的問題：提出滿足施工要求，強度要求、耐久性要求及經(jīng)濟性要求的配合比。考核指標：C55砼強度≥65MPa，C60砼強度≥69MPa，入泵坍落度S=150～180mm，30rain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：表1 試驗因素水平表

水平	A	B	C	D
1	480	170	42	0
2	510	163	38	0.2
3	540	156	34	0.3

3)選擇正交表：由于有4個因素，3種水平，故選擇L9，(34)正交表。 4)試驗安排：根據(jù)已選定的因素、因素水平及正交表，試驗安排如表2。 5)試拌：按試驗安排中各試驗號的參數(shù)計算試拌用料。試拌時，高效減水劑用量以使流動性S=150～180mm確定。并把試驗結(jié)果填于表2。表2 試驗方案及結(jié)果表

試驗號					試驗結(jié)果
試驗號	A	B	C	D	FDN	S	S	f	成本W(wǎng)	綜合評分	名次
1	480	170	42	0	0.55	180	45	58.4	326.2	0	/
2	510	163	42	0.2	0.75	180	50	63.5	355.5	15	6
3	540	156	42	0.3	1.05	170	55	73.6	390.6	18	5
4	480	163	38	0.3	0.60	180	45	65.8	334.4	27	1
5	510	156	38	0	0.80	180	75	74.3	355.9	0	/
6	540	170	38	0.2	0.70	170	50	68.2	368.0	18	4
7	480	156	34	0.2	0.70	180	60	70.5	339.1	27	2
8	510	170	34	0.3	0.55	175	40	66.8	346.8	24	3
9	540	163	34	0	0.70	175	80	78.0	365.6	0	/

備注：FDN—高效減水劑；S—坍落度；S—坍落度損失值；f—抗壓強度；W—成本價 6)試驗結(jié)果分析 ① 確定各因素對砼性能影響趨勢及主次各因素、因素水平對砼強度、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。通過對極差進行分析，可得出各因素對以上結(jié)果影響的主次，極差愈大，影響愈大。各因素對砼強度影響趨勢大小為A>B>C>D，水泥用量、用水量，砂率大小對強度都有較大的影響；對坍落度損失值影響趨勢大小為：D>B>A、C。緩凝劑摻量及用水量影響較顯著；對成本的影響趨勢大小為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。表3 極差分析

因素	強度/MPa				坍落度損失值/mm				成本/元·m2
因素	f(-)1	f(-)2	f(-)3	極差	S(-)1	S(-)2	S(-)3	極差	w(-)1	w(-)2	w(-)3	極差
A	64.9	68.2	73.3	8.37	52	55	62	10	331.6	352.7	374.7	43.1
B	64.5	69.1	72.8	8.3	45	60	63	18	347	351.8	360.2	13.2
C	65.2	69.4	71.7	6.6	50	58	60	10	357.4	352.8	348.8	8.6
D	70.2	67.4	68.7	2.8	67	53	48	19	349.2	352.5	357.5	8.1

② 確定最佳配合比直觀法：在目標數(shù)較少或較易判別優(yōu)劣時可用此法。如本試驗，以滿足工作性要求，強度要求的條件下，成本低的為優(yōu)．所以C55，C6o配比分別可定為4#，7#試驗結(jié)果。綜合評分法：當目標數(shù)較多或較難用直觀法判別優(yōu)劣時使用。步驟如下：第一，按各目標重要性程序不同，分別確定分值系數(shù)k。如本試驗，確定配比的原則為：在滿足施工、強度要求的條件下，盡量節(jié)約材料，因此，強度，坍落度損失值、成本的分值系數(shù)k分別取2，1，3。第二：評定各試驗各目標得分：首先確定基本得分a．，再求該目標得分k1·a1評定基本得分的方法為：若目標值不符合設計要求得0分；其余按優(yōu)劣排列，分捌得分為n，n—l……l。也可用跳躍式評分，以便把優(yōu)劣拉開得分距離。第三：求各試驗綜合得分：把各試驗各目標值得分相加。如7#試驗，坍落度損失值、強度、成本的基本得分a．分別為3、5、6。目標值得分為：a1·k1=3×l，5×2，6×3，綜合評分為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，當綜合分相同時，以最重要目標為優(yōu)者為優(yōu)．本試驗排次見表二、由表二得C55，C66配比分別為4#及7#試驗結(jié)果。 5 結(jié)束語從以上論述可見，用正交綜合評分法確定高強砼配合比，可避免試驗的盲目性。它特別適合多目標要求的砼，能使砼滿足工程各項要求，并取得一定的經(jīng)濟效益。參考文獻： [1] 盧進亮，張樹輝，高性能混凝土配合比關鍵參數(shù)對強度的影響[J]。廣西大學學報，1998，，168。 [2] JGJ/T55-96，混凝土配合比設計規(guī)程[S]。中國人民共和國行業(yè)標準。 [3] 陳肇元，高墻混凝土及其應用[M]。北京：清華大學出版社，1993。

原作者：盧進亮