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5073 高性能混凝土
High performance concrete

 

混凝土配合比设计

确定水灰比

(1) 根据混凝土配制强度和耐久性要求可按下式计算相应的水灰比:

式中 α a , α b ——回归系数

? ce ——水泥 28d 抗压强度实测值 (MPa)

(2) 当无水泥 28d 抗压强度实测值时, ? ce 值可按下式确定:

式中 γ c ——水泥强度等级值的富余系数,可按实际统计资料确定

? ce,g ——水泥强度等级值 (MPa)

(3) 回归系数 α a 和 α b 宜按下列规定确定:

1) 回归系数 α a 和 α b 应根据工程所使用的水泥、骨料,通过试验由建立的水灰比与混

凝土强度关系式确定

2) 当不具备试验统计资料时,回归系数可按表 1 采用

用水量

的确定

每立方米混凝土用水量的确定与成型工艺有关。常规成形工艺的干硬性混凝土或塑性混凝土用水量与粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度有关。水灰比在 0.4

~ 0.8 范围时,见表 2 和表 3

表 2 、表 3 中用水量系采用中砂时的平均取值。采用细砂时,每立方米混凝土用水量可增加 5 ~ 10kg ;采用粗砂时可减少 5 ~ 10kg 。掺用各种外加剂或掺合料时,用水量应相应调整

(1) 水灰比小于 0.40 的混凝土以及采用特殊成形工艺 ( 如碾压混凝土等 ) 的混凝土用水量应通过试验确定

(2) 不掺外加剂的流动性和大流动性混凝土的用水量以表 3 中坍落度 90mm 的用水量为基础,坍落度每增大 20mm 时用水量增加 5kg 计算

掺外加剂的混凝土用水量可按下式计算:

m wa = m wo (1-β)

式中 m wa ——掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量 ( ㎏ )

m wo ——未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量 ( ㎏ )

β ——外加剂的减水率 ( 应经试验确定 )

确定水泥

用量

根据用水量和水灰比,便可计算 1m 3 混凝土水泥用量 m c 为

为保证混凝土的耐久性和一定的密实度,采用的水灰比和水泥用量应根据设计要求或满足表 4 中最大水灰比和最小水泥用量的要求。如不能满足时,则应采用表 4 中规定的数值,此时,在不影响操作的情况下,用水量可不减,增加水泥用量,但配制普通混凝土的水泥用量不应大于 550kg /m 3

确定砂率

砂率是指砂的重量占砂、石总重量的百分率。砂率可根据本单位对所用材料的使用经验确定,如无使用经验,可按骨料品种、规格及混凝土的水灰比参照表 5 选用

确定粗、细

骨料用量

(1) 重量法 重量法是假定混凝土拌合物的表观密度等于各组成材料的质量和。按以

下两式计算

式中 m co ——每立方米混凝土的水泥用量 ( ㎏ )

m go ——每立方米混凝土的粗骨料用量 ( ㎏ )

m so ——每立方米混凝土的细骨料用量 ( ㎏ )

m wo ——每立方米混凝土的用水量 ( ㎏ )

β s ——砂率 ( % )

m cp —— 1m 3 混凝土拌合物的假定重量 ( ㎏ ) ,其值可取 235 0 ~ 2450kg 联立求解即可解得混凝土各组成材料的用量

(2) 体积法 体积法是假定 lm 3 混凝土的体积应等于各组成材料的绝对体积之和。按以下两式计算

式中 ρ c ——水泥密度 (kg/m 3 ) ,可取 290 0 ~ 3100kg/m 3

ρ g ——粗骨料的表现密度 ( ㎏ /m 3 )

ρ s ——细骨料的表现密度 ( ㎏ /m 3 )

ρ w ——水的密度 ( ㎏ /m 3 ) ,可取 1000kg /m 3

α ——混凝土的含气量百分率,在不使用引气型外加剂时, α 可取为 1

联立求解式可解得混凝土各组成材料的用量及混凝土的配合比

表 1 回归系数 α a 、 α b 选用表

石子品种

系数

碎石

卵石

α a

0.46

0.48

α b

0.07

0.33

表 2 干硬性混凝土的用水量 ( ㎏ /m 3 )

拌合物稠度

卵石最大粒径 / ㎜

碎石最大粒径 / ㎜

项目

指标

10

20

40

16

20

40

维勃稠度 /s

1 6 ~ 20

175

160

145

180

170

155

1 1 ~ 15

180

165

150

185

175

160

5 ~ 10

185

170

155

190

180

165

表 3 塑性混凝土的用水量 ( ㎏ /m 3 )

拌合物稠度

卵石最大粒径 / ㎜

碎石最大粒径 / ㎜

项目

指标

10

20

31.5

40

16

20

31.5

40

坍落度 / ㎜

1 0 ~ 30

190

170

150

200

185

175

165

3 5 ~ 50

200

180

160

210

195

185

175

5 5 ~ 70

210

190

170

220

205

195

185

7 5 ~ 90

215

195

175

230

215

205

195

表 4 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量

环境条件

结构物类别

最大水灰比

最小水泥用量 / ㎏

素混凝土

钢筋混凝土

预应力混凝土

素混凝土

钢筋混凝土

预应力混凝土

干燥环境

正常的居住或办公用房屋内部件

不作规定

0.65

0.60

200

260

300

潮湿环境

无冻害

高湿度的室内部件

室外部件

在非侵蚀性土和 ( 或 ) 水中的部件

0.70

0.60

0.60

225

280

300

潮湿环境

有冻害

经受冻害的室外部件

在非侵蚀性土和 ( 或 ) 水中且经受冻害的部件

高湿度且经受冻害的室内部件

0.55

0.55

0.55

250

280

300

表 5 混凝土砂率选用表 (%)

水灰比 /(m w /m c )

碎石最大粒径 / ㎜

卵石最大粒径 / ㎜

15

20

40

10

20

40

0.40

3 0 ~ 35

2 9 ~ 34

2 7 ~ 32

2 6 ~ 32

2 5 ~ 31

2 4 ~ 30

0.50

3 3 ~ 38

3 2 ~ 37

3 0 ~ 35

3 0 ~ 35

2 9 ~ 34

2 8 ~ 33

0.60

3 6 ~ 41

3 5 ~ 40

3 3 ~ 38

3 3 ~ 38

3 2 ~ 37

3 1 ~ 36

0.70

3 9 ~ 44

3 8 ~ 43

3 6 ~ 41

3 6 ~ 41

3 5 ~ 40

3 4 ~ 39

注: 1 、表中数值系中砂的选用砂率,对粗砂或细砂,可相应地增加或减少砂率。

2 、本表适用于坍落度为 1 6 ~ 60 ㎜的混凝土,坍落度如大于 60 ㎜或小于 10 ㎜时。应相应地增加或减小砂率。

3 、只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时,砂率值应适当增大。

混凝土拌和物坍落度的测定

混凝土坍落度的侧定

1 -钢尺; 2 -直尺; 3 -坍落度

混凝土和易性

流动性

指混凝土拌合物在自重或机械振动作用下能产生流动,并均匀、密实地填满模板的性能。

流动性的大小反映拌合物的稠稀,它影响施工难易及混凝土结构质量

粘聚性

指混凝土拌合物中各种组成材料之间有较好的粘聚能力,在运输和浇筑过程中,不致产生分层离析,使混凝土保持整体均匀的性能。粘聚性差的拌合物中水泥浆或砂浆与石于易分离,混凝土硬化后会出现蜂窝、麻面、空洞等不密实现象。严重影响混凝土结构质量

保水性

指混凝土拌合物保持水分,不易产生泌水的性能。保水性差,泌水倾向加大,振捣后拌合物中的水分泌出、上浮,使水分流经的地方形成毛细孔隙,成为渗水通道;上浮到表面的水分,形成疏松层,如上面继续浇灌混凝土,则新旧混凝土之间形成薄弱的夹层;上浮过程中积聚在石子和钢筋下面的水分,形成水隙,影响水泥浆与石子和钢筋的粘结

混凝土外分层形成过程示意图

混凝土的内分层

1- 砂子; 2- 水泥; 3- 孔隙; 4- 石子

影响和易性的因素

用水量

用水量是决定混凝土拌合物流动性的主要因素。分布在水泥浆中的水量,决定了拌合物的流动性。拌合物中,水泥浆应填充骨料颗粒间的空隙,并在骨料颗粒表面形成润滑层以降低摩擦,由此可见,为了获得要求的流动性,必须有足够的水泥浆。实验表明,当混凝土所用粗、细骨料一定时,即使水泥用量有所变动,为获得要求的流动性,所用水量基本是一定的。流动性与用水量的这一关系称为恒定用水量法则。这给混凝土配合比设计带来很大方便

水灰比

水灰比决定着水泥浆的稀稠。为获得密实的混凝土,所用的水灰比不宜过小;为保证拌合物有良好的粘聚性和保水性,所用的水灰比又不能过大。水灰比一般在 0.5 ~ 0.8 。在此范围内,当混凝土中用水量一定时,水灰比的变化对流动性影响不大

砂率

砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总量的质量百分率。当砂率过大时,由于骨料的空隙率与总表面积增大,在水泥浆用量一定的条件下,包覆骨料的水泥浆层减薄,流动性变差;若砂率过小,砂的体积不足以填满石子的空隙,要用部分水泥浆填充,使起润滑作用的水泥浆层减薄,混凝土变得粗涩,和易性变差,出现离析、溃散现象。而在合理砂率下,在水泥浆量一定的情况下,使混凝土拌合物有良好的和易性。或者说,当采用合理砂率时,在混凝土拌合物有良好的和易性条件下,使水泥用量最少。可见合理砂率,就是保持混凝土拌合物有良好粘聚性和保水性的最小砂率

影响混凝土强度主要有以下几种因素

水泥强度和水灰比

混凝土强度主要决定于水泥石与粗骨料界面的粘结强度。而粘结强度又取决于水泥石强度。水泥石强度愈高,水泥石与粗骨料界面强度也愈高。至于水泥石强度,则取决于水泥强度和水灰比。这是因为:水泥强度愈高,水泥石强度愈高,粘结力愈强,混凝土强度愈高。在水泥强度相同的情况下,混凝土强度则随水灰比的增大有规律的降低。但水灰比也不是愈小愈好,当水灰比过小时,水泥浆过于干稠,混凝土不易被振密实,反而导致混凝土强度降低

龄期

混凝土在正常情况下,强度随着龄期的增加而增长,最初的 7 ~ 14d 内较快,以后增长逐渐缓慢, 28d 后强度增长更慢

养护温度和湿度

混凝土浇捣后,必须保持适当的温度和足够的湿度,使水泥充分水化,以保证混凝土强度的不断发展。一般规定,在自然养护时,对硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥配制的混凝土,浇水保湿养护日期不少于 7d ;火山灰水泥、粉煤灰水泥、掺有缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土,则不得少于 14d

施工质量

施工质量是影响混凝土强度的基本因素。若发生计量不准,搅拌不均匀,运输方式不当造成离析,振捣不密实等现象时,均会降低混凝土强度。因此必须严把施工质量关

混凝土的变形性质

化学收缩

混凝土在硬化过程中,水泥水化后的体积小于水化前的体积,致使混凝土产生收缩,这种收缩称为化学收缩

干湿变形

当混凝土在水中硬化时,会引起微小膨胀,当在干燥空气中硬化时,会引起干缩。干缩变形对混凝土危害较大,它可使混凝土表面开裂,造成混凝土的耐久性严重降低。影响干湿变形的因素主要有:用水量 ( 水灰比一定的条件下,用水量越多,干缩越大 ) 、水灰比 ( 水灰比大,干缩大 ) 、水泥品种及细度 ( 火山灰干缩大、粉煤灰干缩小;水泥细,干缩大 ) 、养护条件 ( 采用湿热处理,可减小干缩 )

温度变形

温度缩降 1 ℃ ,每米胀缩 0.01mm 。温度变形对大体积混凝土极为不利。在混凝土硬化初期,放出较多的水化热,当混凝土较厚时,散热缓慢,致使内外温差较大,因而变形较大

荷载作用下的变形

混凝土的变形分为弹性变形和塑性变形。混凝土在持续荷载作用下,随时间增长的变形称为徐变。徐变变形初期增长较快,然后逐渐减慢,一般持续 2 ~ 3 年才逐渐趋于稳定。徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中,使应力较均匀的重新分布,对大体积混凝土能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力。但在预应力混凝土结构中,徐变将使混凝土的预加应力受到损失。一般条件下,水灰比较大时,徐变较大;水灰比相同,用水量较大时,徐变较大;骨料级配好,最大粒径较大,弹性模量较大时,混凝土徐变较小;当混凝土在较早龄期受荷时,产生的徐变较大

各种混凝土工程对外加剂的选择

序号

工程项目

选用目的

选用剂型

1

自然条件下的混凝土工程或构件

改善工作性,提高早期强度,节约水泥

各种减水剂,常用木质素类

2

太阳直射下施工

缓凝

缓凝减水剂,常用糖蜜类

3

大体积混凝土

减少水化热

缓凝剂,缓凝减水剂

4

冬期施工

早强防寒、抗冻

早强减水剂

早强剂、抗冻剂

5

流态混凝土

提高流动度

非引气型减水剂,常用 FDN 、 UNF-5

6

泵送混凝土

减少坍落度损失

泵送剂、引气剂、缓凝减水剂,常用 FDN-P 、 UNF-5

7

高强混凝土

C50 以上混凝土

高效减水剂,非引气减水剂、密实剂

8

灌浆、补强、填缝

防止混凝土收缩

膨胀剂

9

蒸养混凝土

缩短蒸养时间

非引气高效减水剂、早强减水剂

10

预制构件

缩短生产周期,提高模具周转率

高效减水剂、早强减水剂

11

滑模工程

夏季宜缓凝

普通减水剂木质素类或糖蜜类

冬季宜早强

高效减水剂或早强减水剂

12

大模板工程

提高和易性,一天强度能拆模

高效减水剂或早强减水剂

13

钢筋密集的构筑物

提高和易性,利于浇筑

普通减水剂、高效减水剂

14

耐冻融混凝土

提高耐久性

引气型高效减水剂

15

灌注桩基础

改善和易性

普通减水剂、高效减水剂

16

商品混凝土

节约水泥

保证运输后的和易性

普通减水剂

缓凝型减水剂

常用外加剂所占的 %

普通型减水剂

5%

高效型减水剂

36%

普通型泵送剂

8%

中效型泵送剂

27%

高效型泵送剂

11%

聚羧酸系减水剂

2%

膨胀剂

12%

加水拌和

诱导期 可塑浆体具有流动性

初凝① 初凝时间

凝结 可塑浆体流动性消失

终凝② 终凝时间

硬化 硬化浆体强度增长

水泥初凝和终凝时间示意图

说明:国家标准规定,①各种水泥,初凝不得早于

45min 。②硅酸盐水泥 I ·Ⅱ,终凝不得迟于

6.5h ;普通水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和

矿渣水泥,均不得迟于 10h 。

(a) 为无坍落度或坍落度很小; (b) 为有坍落度,用直尺测量其与坍落度筒顶部的高差,为坍落度值,如与设计值相符,便视为合格; (c) 则表示砂浆少、黏聚性差; (d) 如不是有意拌制大流动性混凝土,则可能坍落度过大。

拌合物坍落试验后的形状

大模板组装型式

混凝土质量缺陷修整

露筋

要克服露筋,钢筋绑扎必须牢固,垫块铺垫要准确,保护层厚度要按规范做足,混凝土配合比应准确,对截面小的构件应改换粗骨料的粒径,模板要支撑好、拼缝严密,混凝土下料倾倒高度应小于 2m ,不要振动钢筋

出现露筋后可做如下处理:

1 .构件表面露筋

可先将混凝土残渣及铁锈清理干净,将露筋部位用清水冲刷并湿润,再用 1 : 2 ~ 1 : 2.5 的水泥砂浆抹光压平整

2 .露筋部位较深

应将软弱的混凝土层及露石剔除干净,再用清水冲刷干净并使之充分湿润,可用原强度等级的细石混凝土填补,用细铁棒捣实,并包好草包认真浇水养护

蜂窝

小蜂窝的修整方法为先用钢丝刷刷清表面,用压力水冲洗,用水泥浆或 1 : 2 水泥砂浆填满抹平。大蜂窝的修整方法为先将松动的石子和突出颗粒凿去,尽量凿成喇叭口,然后用水冲洗干净并湿透,用比原强度等级高一级的细石混凝土捣实,加强养护。对于较深的蜂窝,可采用水泥压浆的方法

孔洞、夹渣、

疏松

孔洞的处理方法为将空洞 ( 夹渣、疏松 ) 周围的疏松混凝土和软弱浆膜凿去,用压力水冲洗,支设带托盒的模板,湿润后用高一级的细石混凝土拌合物仔细浇筑捣实,注意养护

缝隙

缝隙夹层深度和宽度不大时,可将附近松散混凝土及松动的小石子凿去,洗刷干净后,用 1 : 2 或 1 : 2.5 水泥砂浆强力填嵌密实。宽而深的缝隙夹层,应清除松散部分和内部夹杂层,用压力水冲洗干净后支模,强力灌细石混凝土或在表面封闭后进行压浆处理

裂缝

对于截面高度或截面有效高度不够引起的裂缝,应做加固处理,如板加厚,梁截面加大,需作钢筋混凝土护罩;其他原因引起的裂缝,采取填充的方法,裂缝宽度在 0.1mm 以下,用 1 : 2 的水泥砂浆填充;裂缝宽度在 0.1mm 以上,可采用环氧树脂灌浆修补

外表缺陷

出现外表缺陷后可进行修补,修补前先将外表缺陷部位用钢丝刷加清水刷洗,并使外表缺陷部位充分湿润,然后用水泥素浆、 1 : 2 或 1 : 2.5 的水泥砂浆抹平,以达到外观平整顺畅

 

主要相关标准、规范、规程

序号

标准号

名称

1

GB50010 - 2002

混凝土结构设计规范

2

GB50204 - 2002

混凝土结构工程施工质量验收规范

3

JGJ55 - 2000

普通混凝土配合比设计规程

4

JGJ/T10 - 95

混凝土泵送施工技术规程

5

JGJ51-90

轻集料混凝土技术规程

6

CECS : 28-90

钢管混凝土结构设计与施工规程

7

JGJ3-91

钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程

8

JGJ6-99

高层建筑箱形与筏形基础技术规范

9

JJ83-91

混凝土输送管型式与尺寸

10

GB/T13333-91

混凝土泵

11

GB175-1999

硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥

12

GB1344-1999

矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥

13

GB/T14685-2001

建筑用卵石、碎石

14

GB/T14684-2001

建筑用砂

15

GB8076-1997

混凝土外加剂

16

GBJ1596-91

用于水泥和混凝土中的粉煤灰

 



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