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1、 第九章 混凝土配合比设计中的新技术应用第一节 混凝土快速测定强度在配合比设计中的应用混凝土强度的快速测定方法，经国内外有关单位的研究和应用，认为方法成熟，技术可靠，已列为国家或学会标准。各种方法具有各自的特点和应用范围，如采用常规试件的沸水法、热水法、温水法和自热法，由于试件不改变混凝土的物理组成，所以最能表征混凝土实际强度，这是它所具有的独特优点。在应用时，这些方法起着互相补充的作用。实际工作中，应根据工程特点和使用者的条件来选用。在应用早期判定混凝土质量方法前，应做好相应的准备工作，按工程常用材料，通过专门试验，测定有关参数，建立各种关系式。例如，应用混凝土强度的快速测定方法前，应先通过
2、专门试验，建立混凝土标准养护 28d 强度与快速测定强度的关系式，快速测定强度与灰水比的关系式等。为了便于在实际工作中应用，可将关系式制成相应图表，以便迅速查得所需的参数。混凝土快速测定强度在配合比方面的应用，可归纳为以下两个方面：1 根据混凝土施工配制强度的要求，混凝土快速测定强度能用于及时正确地设计和调整混凝土配合比，从而既缩短混凝土配合比的试配周期，还能使实际的施工配制强度比较精确地按预期要求合理确定。2 混凝土快速测定强度，还可用以综合评价混凝土组成材料的质量，特别是合理利用水泥活性特点，有比较明显的作用。对混凝土生产单位来说，可以按不同批的水泥的强度，调整混凝土配合比，做到既保证强度
3、，又合理利用水泥活性。在混凝土工程中，过去习惯上均以传统的标准养护 28d 强度为依据，设计和调整混凝土的配合比。这种传统的设计方法，存在着一些难以克服的缺点：1 试配周期长达 28d，不能适应材料变化和现代快速施工的需要；2 每批混凝土的配制强度，无法根据原材料质量的变动情况及时调整配合比，因此，每批混凝土的强度将因原材料质量的的差异(特别是不同批水泥强度的差异)而带来较大的波动。但是，应用混凝土快速测定强度，可以较好地克服以上缺点。本节介绍应用建设部颁布标准(JGT 15-83)中的试验方法，进行混凝土配合比设计的方法。一、混凝土配合比的设计程序混凝土配合比的传统设计程序，可用图 9-1
4、来描述。它表明，在设计和调整混凝土配合比时，应根据工程对象的混凝土设计强度、浇灌构件的断面尺寸、配筋情况，施工工艺条件(主要是混凝土的施工方法、运输条件等)和构件使用的环境条件，结合具体施工(生产)单位的技术水平和管理水平，决定混凝土的施工配制强度及其组成材料的规格品种和质量。若对混凝土水灰比无特殊要求时，则可由混凝土施工配制强度和混凝土组成材料的规格、品种，选定适宜的每立方米混凝土的用水量，根据混凝土 28d 强度所要求的水灰比及选定的砂率，计算确定混凝土配合比组成。然后，通过试配选定施工配合比。上述的混凝土配合比，由理论计算确定。实际上，混凝土强度是个随机变量，当影响理论配合比的强度条件与
5、实际条件比较接近时，则理论 配合比的混凝土强度期望值几乎等于实际强度分布的期望值。这种情况，一般不易实现。但当理论条件和实际条件基本相近时，往往在工程允许误差的范围内，两者视为等同。在统计学上，称这种误差为偶然误差，是正常的变异，是允许的。与此相反，有些条件的变化，如水泥活性的变化、水灰比的变化、养护制度的变化， 、原材料含水量、材料用量的变化(特别是水和水泥用量的变异)等，均将较大地影响强度的变异。这些因素的作用，将造成理论条件与实际条件的差别，会引起期望强度与实际强度的显著差异。这种差异，统计学上称为系统误差，工程上是不允许的。在生产中出现上述情况，属于异常现象，是可采取相应措施予以克服和
6、防止的。所以，也称可以控制的影响因素。理论配合比的混凝土强度，一般习惯通过混凝土试配来确定。应用混凝土强度快速测定方法，可以在早期确定其理论强度，这就在综合考虑实际材料条件下，使确定的强度与理论强度基本一致。因此，在正常生产条件下，消除了理论强度与实际强度值的差异。它既使试验室的混凝土试配工作按施工配制强度的要求，做到精确、及时，又使实际强度分布的离散程度(可用其标准差来描述)成为反映混凝土生产过程的技术水平和管理水平的综合指标。显然，这在合理强度混凝土施工配制强度和促进混凝土工程质量的管理方面，是有一定积极作用的。应用混凝土强度快速测定方法的具体步骤如图 9-2.所示。由图可知，应用混凝土强
7、度快速测定方法设计和调整混凝土配合比，需事先通过专门试验，建立混凝土标准养护 28d 强度(fcu,k)与快速测定强度(f cu,j)的关系式，然后，即可按施工配制强度(f cu,o)确定对应的快速测定强度，再由 fcu,j与 W/C 的关系，选定相应的 W/C。按混凝土强度、构件断面尺寸及配筋情况选用石子粒径规格的砂率，根据生产工艺条件，选定混凝土的稠度及用水量，并计算混凝土配合比的各种材料组成；按计算确定的 W/C 及(W/C)0.05 三个水灰比设计计算三个配合比，通过试验快速测得三组混凝土强度，其中快速测定强度值大于或接近预期的 fcV,j的试件的配合比，即为所需选择的施工配合比。二、
8、设计和调整混凝土配合比的方法和步骤1 建立混凝土标准养护 28d 强度与快速测定强度的关系式目前国内外用混凝土标准试件的标准养护 28d 强度为标准强度，所以不管选用何种混凝土强度快速测定方法进行设计、调整混凝土配合比，均需事先用与实际使用材料相近的材料，按前述试验方法中的有关规定建立混凝土快速测定之强度与标准养护 28d 强度的关系式和快速测定强度与水灰比的关系式。例如建设部标准(JGJ 15-83)中规定：对用于单一强度的混凝土，其关系式为：fcv,k=Kfco,ji；其中,1ncukiijfK式中：f cu,ki第 i 组混凝土试块的标准养护 28d 强度值(MPa)f cu,ji第 i
9、 组混凝土试块的快速测定强度值(MPa)n混凝土试件的组数，要求 n10(JGJ 15-83)标准还规定，当推定误差的标准差 (见下面二式)与标准养护 28d 强度的平均值之比不大于 10%时，上式公式可用于实际工程。 2, 1 ,() 10%ncukicujii cukfKff对用于多强度混凝土的关系式，则为: , , A=cujkjfcujocuk cukcujLfABf fBf式中：, ,122, , , , , , ,1111 1 ()cujk cujonnnn ncuki cujifcujioicujickifcuicujicukcuji i i i niffffLfffLff 标准
10、(JGJ 15-83)规定，当上式的相关系数 r 和剩余标准差 剩 与标准养护 28d 强度平均值之比，分别满足下两式时可用于实际工程。r0.85 剩 / ,cukf100%10%样本相关系数和剩余标准差按下两式计算。,cuikjfffLr 剩 =281rLn式中： ,32, ,11()cuknnfcukicukjiiff确定各强度混凝土的施工配制强度结构或构件的混凝土强度质量状况，直接影响结构的可靠度。结构设计规范为了保证结构的可靠度，一般对混凝土强度的质量合格水平有明确的要求。在国内外的标准中，都对施工配制强度应达到的水平做出规定。例如美国钢筋混凝土房屋结构规范(ACI 318-83)第三
11、篇第四章的第 3 条，对混凝土配合比的平均抗压强度，即施工配制强度，要求同时满足以下规定:fcu,o=fcu,k+134 S(lbf/in2) fcu,o=fcu,k+2.33S-500(lbf/in2) (式中 1bf/in2=6894.76Pa) 式中：f cu,k混凝土标定抗压强度(相当于我国标准(TJ 10-74)的设计取用强度)S混凝土强度的标准差，当n(0.9);故 fcu,j=(fcu,o-15.597)/1.62=6.3MPa 3、由fcu,j=6.3MPa,按 fcu= 10.139C/W-9.791 得 C/W=(6.3+9.791)/10.139=1.587，故W/C=1
12、/1.587=0.63 4、按 W/C= 0.63、0.68、0.58 设计计算三个混凝土配合比。W/C 0.58 0.63 0.68水 170 170 170普硅 52.5 级水泥 293 270 250中砂 596 603 609卵石 0.54 1391 1407 1421配合比 1:2.034:4.747:0.58 1:2.233:5.311:0.63 1:2.436:5.684:0.68混凝土配合比按假定容重法计算，假定混凝土湿密度为 2450kg/m3。按题意要求，查表9-1、9-2 得用水量 170kg/m3,砂率为 30%,得试配用的三个配合比上表。按上述三个配合比进行试配，取得
13、三个快速测定强度，其中大于和接近 fcu,j的配合比，便可作为独立基础混凝土的施工配合比。第二节 1 小时推定混凝土强度用于配合比的简捷设计强度是混凝土配合比设计最主要的参数。采用标准试验方法所得的经过标准养护、龄期为 28d 的抗压强度，由于试验周期太长，不能及时设计确定混凝土配合比或调整施工配合比，以致既不能适应现代化快速施工的需要，也不利于充分利用水泥活性，降低水泥用量，提高经济效益。尤其是对一些工期紧、影响整个建设项目按时投产的混凝土工程，时间就显得尤为宝贵。我国独创的 1h 推定混凝土强度新技术，即促凝压蒸法，具有试验快速、设备简单、投资少、适用范围广等特点，对于及时完成配合比设计、
14、加强质量控制、节约水泥等都有重要意义。一、概述普通混凝土配合比设计规程(JGJ/T 55-2000)提出了考虑水泥实测强度 fce和灰水比C/W 的混凝土配制强度 fcu,o计算式：即 fcu,o=aafce(C/W-ab)。标准提出，在无法取得水泥实测强度 fce时，可用水泥强度富余系数公式(f ce=rcfce.g)计算 fce。按各地区实际统计资料定出rc值，无统计资料时可取 rc=1.13。标准还规定，对于出厂期超过三个月或存放条件不良而变质的水泥，应重新鉴定其强度等级，并按实际强度进行计算。在这种情况下，得出水泥实测强度必须等待 28d。拌制混凝土，试验得出混凝土实测强度又须等待 2
15、8d，因此不能满足及时选择混凝土配合比的要求。由于水泥从出厂到工程现场使用是一个复杂多变的过程，水泥强度等级的富余系数并不是固定不变的，采用固定的富余系数(例如 rc=1.13)计算混凝土的水灰比往往并不可靠。通过本节的实例可以说明这个问题。用 1h 快硬砂浆强度进行混凝土配合比的设计和调整，可以做到及时试配，及时得出试验结果，有利于合理利用水泥活性，降低水泥用量，既能保证混凝土质量，又能取得较好的经济效果。在混凝土配合比经验式计算法一书中提出的选择混凝土配合比的原则和步骤，目前仍然是适用的。但是根据水泥 28d 实测强度选择混凝土配合比存在不够及时的局限性。为此，参考 ACI214 委员会报
16、告中采用快速试验设计混凝土配合比的方案，用 1h 推定混凝土 28d 强度，初次提出 1h 定出混凝土配合比与间接推定水泥强度的方法。二、选择混凝土配合比的一般原则和步骤选择混凝土配合比应当遵循的一般原则1 最小单位用水量；2 最大石子粒径；3 最多石子用量；4 最密集料级配。基本资料1 混凝土的设计强度等级、强度保证率等。2 施工中采用的石子最大粒径、拌和物的坍落度、混凝土强度标准差或离差系数。3 水泥品种、强度、石子种类及捣实密度、砂子细度模数等原材料基本数据。主要步骤在原材料一定的条件下，选择混凝土配合比的三个作用步骤是：1 根据设计要求的强度和耐久性要求，选定水灰比。2 根据施工要求的坍落度和石子最大粒径选定单位用水量，用水量除以选定的水灰比，求出单位水泥用量。3 选定砂石用量。通过试拌判断混凝土拌和物的和易性，必要时调整水量和石子
