赵志刚——清水混凝土配合比优化与应用

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1、清水混凝土配合比优化设计与应用清水混凝土配合比优化设计与应用赵志刚（北京班诺混凝土有限公司赵志刚（北京班诺混凝土有限公司 ）内容提要内容提要a清水混凝土特点浆体体积、水胶比、砂率优化设计试验研究砂石级配优化设计研究外加剂引气量和气泡稳定性优化设计试验研究工程应用2012-9-10清水混凝土普通饰面装饰外观要求颜色均匀一致无气泡无麻面、砂线、水 线等表面缺陷影响因素施工方面混凝土方面清水混凝土特点清水混凝土特点直接 利用 混凝 土成 型后 的自 然质 感作 为饰 面效 果的 混凝 土气泡气泡麻面麻面色差色差砂线砂线水线水线清水混凝土常见外观缺陷及原因清水混凝土常见外观缺陷及原因缺陷检查方法可能原

2、因混凝土方面施工方面色差观察粉料颜色变化，混凝土离析、泌水或坍落度变化大过振或振捣不均匀，分层浇筑高度偏大气泡测量气泡大小、数量混凝土含气量偏大，砂石级配不合理模板材质，模板表面不光洁，脱模剂效果不好，振捣不充分蜂窝麻面 观察混凝土离析、泌水或坍落度太小过振，模板漏浆砂线、水线混凝土离析、泌水过振影响清水混凝土外观因素汇总影响清水混凝土外观因素汇总2012-9-10施工方面模板及脱模剂浇筑振捣养护其他（成品保护、修 整等）混凝土方面材料 粉料颜色 砂石级配 外加剂与水泥适应性、引 气量及气泡稳定性配合比 浆体体积 水胶比 砂率 其他混凝土拌合物质量及稳 定性试验原材料试验原材料水泥：北京水泥厂

3、PO42.5砂：河北涿鹿产天然中砂、粗砂及细砂，以及北京密云产人工砂石：河北涿州产卵石破碎碎石（简称碎卵石）和北京密云产山石破碎碎石（简称山碎石）外加剂：河北献县外加剂厂生产的DC-2聚羧酸高性能减水剂粉煤灰：张家口产级粉煤灰矿粉：三河首嘉S95级矿粉项 目测定结果 标准稠度用水量(%)28.1凝结时间初凝2.9h 终凝4.2h抗折强度(MPa)3d6.4 28d8.6抗压强度(MPa)3d30.2 28d51.0 安定性合格北京水泥厂北京水泥厂PO42.5PO42.5水泥性能指标水泥性能指标河北献县外加剂厂河北献县外加剂厂DCDC- -2 2高性能减水剂性能指标高性能减水剂性能指标项目测定结

4、果PH值6.2密度（g/cm3）1.04固含量（%）11.6减水率（%）28抗压强度比（%）7d16828d149坍落度1h经时变化量（mm）20砂性能指标砂性能指标项目天然中砂 （河北涿鹿产）天然粗砂 （河北涿鹿产）天然细砂 （河北涿鹿产）人工砂 （北京密云产）细度模数2.33.41.42.9含泥量（%）2.42.62.85.6 （石粉含量）泥块含量 （%）0.50.30.70碎石性能指标碎石性能指标项目卵石破碎（河北 涿州产）山石破碎（北 京密云产）筛分析525连续级配525连续级配含泥量（%）0.50.6泥块含量（%）00压碎指标值（%）5.87.2针片状含量（%）5.76.6孔隙率（%

5、）42462012-9-10张家口产张家口产级粉煤灰性能指标级粉煤灰性能指标项目测定结果细度（45mm方孔筛的筛余%）18烧失量（%）5.8需水量比（%）1022012-9-10三河首嘉三河首嘉S95S95级矿渣粉的性能指标级矿渣粉的性能指标项目测定结果比表面积（m2/Kg）415流动度比（%）104活性指数（%）7d7728d106浆体体积、水胶比、砂率优化设计试验研究浆体体积、水胶比、砂率优化设计试验研究2012-9-10混凝土采用中砂、卵石破碎碎石配制胶凝材料中级粉煤灰、S95级矿粉各占20%坍落度控制在200mm20mm含气量控制在3.0%3.5%混凝土外观检测采用抗渗试模成型试块,每

6、组3个试件,振动时间固定为30s,拆模后观察混凝土表面，测定气泡数量、大小，计算出气泡平均直径和单位面积上的气泡数量。2012-9-10正交试验因素水平表正交试验因素水平表因素/水平浆体体积VCB（L）水胶比W/CB 砂率SP（%）12900.524323200.474833500.42382012-9-10浆体体积、水胶比、砂率正交试验结果浆体体积、水胶比、砂率正交试验结果试 验 编 号因素水平胶 凝 材 料 kg/ m3用水 量 kg/m 3DC-2 掺量 %拌合物性能表面情况气泡VCB LW/CBSP%空白坍落度 mm和易性平均 直径 mm数量 个 /m2A11(290)0.524313

7、33 173 1.8200粘聚性不良、泌 水顶部气泡多、颜 色深2.0125A210.47482353 166 1.8210粘聚性不良顶部气泡多、颜 色深1.7112A310.42383376 158 1.8200粘聚性不良均匀，无缺陷2.371A42(320)0.52483367 191 1.7210良好均匀，无缺陷1.463A520.47381390 183 1.7220良好均匀，无缺陷0.944A620.42432415 174 1.7210良好均匀，无缺陷1.057A73(350)0.52382402 209 1.6195流动性偏小均匀，无缺陷1.887A830.47433426 20

8、0 1.6200流动性偏小均匀，无缺陷1.675A930.42481454 191 1.6190流动性偏小均匀，无缺陷1.3862012-9-10浆体体积、水胶比、砂率正交试验极差分析浆体体积、水胶比、砂率正交试验极差分析项目名 称诸因素同水平代数和平均值影响次 序VCBW/CBSP空白列VCBW/CBSP空白列气泡平 均直径 极差分 析6.05.25.15.52.01.71.71.8VCBW/ CBSP3.35.45.95.41.11.82.01.8 4.76.25.85.91.62.11.92.0 0.80.40.30.2T=16.8气泡数 量极差 分析438315286285146105

9、9595 VCB263291361285889712095 24834330237983114101126 63172531T=949影响气泡平均直径的因素顺序为VCBW/CBSP，浆体体积最 显著，水胶比次之，砂率影响最小。影响气泡数量的因素顺序为浆体体积，水胶比、砂率影响非常小。2012-9-10浆体体积对气泡平均直径的影响浆体体积对气泡平均直径的影响00.511.522.5290320350气气 泡泡 平平 均均 直直 径径 m m浆体体积浆体体积VCB/L浆体体积VCB随着浆体体积增大，气泡先变小后变大，320L为最优值；浆体体积增大，混凝土和易性提高，气泡变小，但浆体体积偏大时，混凝

10、土黏度增大，混凝土气泡有增大的趋势。2012-9-10水胶比对气泡平均直径的影响水胶比对气泡平均直径的影响00.511.522.50.420.470.52气气 泡泡 平平 均均 直直 径径 m m水胶比水胶比水胶比W/CB随着水胶比增大，气泡变小，但幅度较小，小于0.47，气泡大小基本趋于稳定，0.47 和0.52均为最优值；混凝土水胶比降低时，混凝土粘度增大，混凝土气泡存在微量变大的趋势。2012-9-10砂率对气泡平均直径的影响砂率对气泡平均直径的影响1.551.61.651.71.751.81.851.91.9522.05384348气气 泡泡 平平 均均 直直 径径 m m砂率砂率%砂

11、率SP随着砂率从38%增加到48%，气泡平均直径先降低后升高，43%为最优值。说明对于外观来说，砂率同样存在最优砂率。气泡平均直径最小的配合比浆体体积为320L以上，水胶比为0.47以下，砂率为43%。2012-9-10浆体体积对气泡数量的影响浆体体积对气泡数量的影响020406080100120140160290320350气气 泡泡 数数 量量(个个 / m 2)浆体体积浆体体积VCB/L浆体体积VCB随着浆体体积从290L增大到350L，气泡数量持续降低，但从320L之后，降低幅度急剧减小，320L和350L均为最优值。浆体体积偏少时，由于混凝土保水性不是很好，造成混凝土表面由于泌水形成

12、的孔隙（拆模后表现类似气泡）偏多。综合考虑气泡大小和数量，浆体体积以320L为宜。2012-9-10砂石级配优化设计试验研究砂石级配优化设计试验研究混凝土浆体体积320L水胶比0.47砂率43%胶凝材料中级粉煤灰、S95级矿粉各占20%坍落度控制在200mm20mm含气量控制在3.0%3.5%2012-9-10砂天然中砂天然粗砂与细砂混合人工砂与天然细砂混合石卵石破碎碎石（碎卵石）山石破碎碎石（山碎石）二者混合砂石组合砂石组合2012-9-10砂筛分数据砂筛分数据筛孔尺寸（mm)4.752.361.180.60.30.015细度模 数 天然粗砂33.858.271.078.889.293.83

13、.4天然细砂2.25.09.018.841.077.21.4天然中砂5.011.823.042.174.489.62.3人工砂0.626.449.461.874.279.02.9标准5.012.520.055.581.095.02.5粗砂与细砂5:518.031.640.048.865.185.52.2人工砂与细砂5:51.415.729.240.357.678.12.2粗砂与细砂7:324.342.252.460.874.788.82.6人工砂与细砂7:31.120.037.348.964.278.52.5粗砂与细砂3:711.721.027.636.855.582.21.9人工砂与细砂3:

14、71.711.421.131.751.077.71.9砂配曲线砂配曲线1 12012-9-100.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.04.752.361.180.60.30.015累计筛余累计筛余%筛孔尺寸筛孔尺寸mm天然粗砂天然细砂天然中砂人工砂标准天然粗砂含石（4.75mm）偏多；天然细砂特细颗粒（0.015mm以下）偏多； 人工砂较粗颗粒（2.361.18mm）稍多。砂级配曲线砂级配曲线2 22012-9-100.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.04.752.361.180.60.30.01

15、5累计筛余累计筛余%筛孔尺寸筛孔尺寸mm标准粗砂与细砂 3:7粗砂与细砂 5:5粗砂与细砂 7:3粗砂与细砂混合后，级配曲线向标准曲线靠拢，以5:5平均最接近标准，说明级配得到优化，总体表现仍为大颗粒偏多，小颗粒偏少。砂级配曲线砂级配曲线3 32012-9-100.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.04.752.361.180.60.30.015累计筛余累计筛余%筛孔尺寸筛孔尺寸mm标准人工砂与细 砂3:7人工砂与细 砂5:5人工砂与细 砂7:3人工砂与细砂混合后，级配曲线向标准曲线靠拢，以7:3平均最接近标准，说明级配得到优化，总体表现为小颗粒

16、偏少。石筛分数据石筛分数据2012-9-10筛孔尺寸26.519169.54.752.36山碎石22.041.082.096.097.0100.0碎卵石24.047.091.0100.0100.0100.0标准2.212.550.080.095.097.5碎卵石与山碎石混合（5:5） 23.044.086.598.098.5100.0石级配曲线石级配曲线2012-9-100.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 26.519169.54.752.36累计筛余累计筛余%筛孔尺寸筛孔尺寸mm山碎石碎卵石标准碎卵石与山碎石混 合（1:1）碎卵石和山碎石26.5mm颗粒均偏多。试验配合比及结果试验配合比及结果2012-9-10序号砂石水胶 比胶凝材 料 (kg/m3)砂 率 %DC-2掺 量 %坍落 度mm和易 性表面情况气泡平均直 径mm数量 个/m2B1天然中砂碎石(卵石破 碎)0.47390431.7210良好均匀，无缺陷2.084B2粗砂与细砂 3:7碎石(卵石破 碎)0.47390431.