高性能混凝土配合比设计优化与质量控制措施探讨.docx

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1、高性能混凝土配合比设计优化与质量控制措施探讨目录引言11 .高性能混凝土配合比设计前期准备22 .原材料设计及质量控制措施22.1. 水泥设计及质量控制22.2. 粉煤灰设计及质量控制32.2. 1.粉煤灰参数粉32.2.2. 关注烧失量与需水量42.2.3. 进场质量控制42.3. 矿粉设计及质量控制42.4. 外加剂设计及质量控制52.4. 1.减水剂52.4.2. 引气剂52.4. 3.质量控制52.5. 细骨料设计及质量控制52.5.1.细骨料选用标准52.5.2.河砂62.5.3.机制砂62.5.4.混合砂62. 6.粗骨料设计及质量控制73. 7.拌合用水量设计及质量控制74. 矿

2、物掺和料设计及质量控制措施74.1. 选用及掺量设计74.2. 掺量优化措施83.3.质量评价标准83.4.掺配比例设计84 .高性能混凝土配合比设计优化注意要点95 .结语9引言混凝土配合比设计及质量控制措施影响着混凝土工程施工的质量与效率,而高性能混凝土配合比设计优化，涉及到混凝土预制的原材料，如水泥、粗细骨料、外加剂、粉煤灰等。在设计优化中准确选用原材料的类型，严格控制原材料的质量、技术参数,并根据混凝土工程的类型及对混凝土质量的标准要求，进行高性能混凝土配合比设计优化，对于混凝土预制质量的提升有着积极影响。1 .高性能混凝土配合比设计前期准备混凝土拌合站作为高性能混凝土预制场所，其管理

3、模式、机组技术水平、场地条件等，影响着混凝土预制的质量，也是高性能混凝土配合比设计优化的前提条件。因此，为了确保混凝土生产过程可控，应做好以下三个方面的准备。采用工序管理模式，从原材料阶段开始进行质量管控，预制混凝土的各种原材料、外加剂等之间相互作用影响，需根据混凝土工程施工的要求，严控材料质量及用量，以及计量阶段、搅拌阶段、出场阶段等，针对混凝土预制不同阶段，明确管理的要点，以为对高性能混凝土配合比设计优化提供基础支撑;机组技术标准要求，混凝土拌合站应具备精确计量能力，按照一站双机的标准进行配置，具有自动化称量与偏差调整设备，砂石料秤、水秤、粉料秤、粉料罐、骨料料斗等按需配置齐全；拌合站场地

4、条件，原材料分类堆放场地需充足，满足粉料罐设置需要，空间布局应科学合理，建立拌合站良好的运行秩序。止匕外，良好的施工管理是实现高性能混凝土配合比设计保证率的关键，在高性能混凝土生产、运输、工程施工与养护等过程中，采取标准化、制度化、规范化的管理机制，以保证配合比设计优化的顺利落地，实现配合比设计优化的价值。2 .原材料设计及质量控制措施2.1. 水泥设计及质量控制高性能混凝土选择使用的是烧失量较小、胶砂强度富余系数较高的低碱水泥，如果胶砂系数不够，可适量添加胶材。水泥化学组分主要有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等，其中硅酸三钙是混凝土早期强度的来源，水化较快，早期强度高；硅酸二钙影响

5、着混凝土后期强度，水化反应与硅酸三钙相比较慢，凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度增长较快；铝酸三钙水化速度快，如果在配合比设计阶段没有添加缓凝剂，会使混凝土出现急凝现象，早期强度生成速度快，一般情况下3d就可达到最大强度，后续强度几乎处于稳定状态，有可能出现倒缩问题；铁铝酸四钙，水化速度低于硅酸三钙，但高于硅酸二钙，早期强度发展速度较快，后期还会增长，抗冲击性良好。基于水泥化学组分的以上特性，相同类型的水泥，如果以上化学物质的含量不同，其水化速度、早期强度、后期强度、干缩程度、水化发热量等均存在一定的差异，决定着混凝土的抗裂性、抗冲击能力、耐腐蚀性等。在水泥设计配合比优化阶段，减少铁铝酸四钙

6、、铝酸三钙、三氧化硫的含量，将碱含量控制在0.6%以下，铝酸三钙配合比控制在5%5.5%,三氧化硫不可超过2.0%o如果混凝土等级在C40以上，且存在碱-硅反应，碱含量不可0.5%。2.2.粉煤灰设计及质量控制2.2.1.粉煤灰参数粉煤灰水化放热量小，具有减水作用，替代黏土用于生产水泥熟料，不但可改善混凝土混合料的和易性、流动性与保水性，还可减少水泥的水化热反应，提高混凝土的密实度与抗渗性。但也存在应用的负面作用，如早期强度低、强度发展缓慢，掺入量越多，混凝土的早期强度就越低。在混凝土配合比设计优化过程中，需根据混凝土工程的不同进行粉煤灰各项参数的控制。如普通的钢筋混凝土结构，在一般环境下，选

7、择使用级低钙粉煤灰，烧失量4.0%,需水量比V100%,最好控制在95%以下；在冻融施工条件下，粉煤灰的细度14.0%,烧失量3.0%,7d活性指数75%,28d超过85%。如果是预应力钢筋混凝土结构，在一般环境下，选择使用I级低钙粉煤灰,烧失量20%30%,需水量比90%；在冻融施工条件下，粉煤灰的细度8.0%,烧失量3.0%,7d活性指数80%,28d在90%以上。2.2.2.关注烧失量与需水量烧失量和需水量是粉煤灰在高性能混凝土配合比设计优化中较为关键的两项参数，在两项参数符合配合比设计要求的情况下，细度参数可以适当放宽要求。粉煤灰的烧失量与含碳量、需水量成正比，烧失量越大减水效应就越好

8、。所以在选择使用粉煤灰时应重点关注这两个参数。混凝土预制使用的粉煤灰主要来源于火电厂，其制粉技术、燃烧技术水平,影响着粉煤灰的细度与含碳量，在选择粉煤灰时应将其生产源头纳入配合比设计优化的考虑范围。2.2.3.进场质量控制为了保证粉煤灰的质量，在粉煤灰进场阶段，针对每一批进场的粉煤灰，进行烧失量、需水量、细度检测，从源头杜绝不合格粉煤灰进入混凝土拌合站。按照3d、7d、28d、35d、60d的频次，检测粉煤灰的活性指数，摸清强度增长规律，当28d检测活性指数60%,且随着粉煤灰龄期的增长，活性指数逐渐下降，当烧失量0,密度3.0gcm3时，判定粉煤灰质量不合格。2.3.矿粉设计及质量控制在高性

9、能混凝土配合比设计中通常选择使用的是S95等级以上、低钙、低需水量的优质矿粉。矿粉的细度与活性指数成正比，在掺入量适宜的情况下，混凝土可达到最佳强度，如果掺入量过高，则易引发混凝土收缩裂缝。为了保证矿粉的质量及混凝土的高性能，矿粉需是大型立磨生产，烧失量1.0%,氯离子含量0.02%,流动度比96%,矿粉表面积410430m2kg,活性指数7d80%,28d96%o在矿粉进场阶段，与粉煤灰采取相同的质量控制措施，针对每批进场的矿粉，进行矿粉以上关键参数的检测，从源头严把矿粉质量关。2.4.外加剂设计及质量控制2.4.1.减水剂减水剂选用聚孩酸系高性能减水剂，在配合比设计优化中，根据现行的GB/

10、T8077-2012混凝土外加剂匀质性试验方法的标准要求，进行减水剂与混凝土混合料的相容性试验，测定减水率、砂浆流动度，以精确计算出掺入量。其中减水率需35%,流动度损失值控制在15mm以下，如果流动度超出该值，评估相容性后进行掺入量的调整，然后再次进行试验，直至达到相容性要求为止，最后确定减水剂的设计掺入量。2.4.2.引气剂如果混凝土配合比设计是用于建筑主体结构施工，还需在混凝土中添加引气剂，按照引气剂：水为1：99的比例进行稀释，掺入量需根据现场施工条件进行确定，通常是胶材总量的。01%0.02%。2.4.3.质量控制在减水剂各项参数符合配合比设计要求的基础上，还需在减水剂进场之前,进行

11、减水剂与施工胶材、细骨料的相容性检测，并严格控制混凝土的含气量，以存在均匀微观气泡为质量合格标准，检测含气量值需在3.0%以下。混凝土坍落度及含气量在0.5h以内，坍落度变化量8mm,含气量变化0.3%,Ih则是V20mm和0.6%。在实际的施工中，根据施工现场与环境的实际状况进行外加剂的质量管理,如专门在现场设置搅拌设备，使混凝土原材料与减水剂充分均匀混合，在存储过程中冬季保暖、夏季防晒，防止减水剂理化性能发生改变。2.5.细骨料设计及质量控制2.5.1.细骨料选用标准细骨料可选择使用的有天然河砂、机制砂、混合砂等，质地与粒径大小均匀、洁净、有害杂质少，含泥量3.0%,云母含量2.0%,轻物

12、质含量10%,硫化物含量10%。粗砂细度模数3.73.1,中砂3.02.3,细砂2.216。砂的颗粒级配与粗细程度是配合比设计优化中需要重点关注的内容，如果粗粒径砂含量过高，为了减少空隙率，可适量添加中粒径砂与细粒径砂。如果自然河砂的级配较差，可人为调整粗砂与细砂比例，或是过筛去除自然砂中过粗或过细的砂，以确保细骨料级配达标。2. 5.2.河砂河砂的细度模数需根据混凝土的等级进行选用，混凝土等级小于C25,细度模数为2.52.6；C30C45为2.72.8；大于C50为2.93.0。当河砂不符合以上标准时，人工进行调整。累计筛余控制也是保证配合比设计质量的关键，筛孔尺寸IOmm时，累计筛余0%

13、,5mm是10%0%,0.6mm为68%70%,0.3mm为85%90%,0.15mm95%o采用以上累计筛余标准，砂的总表面积较小，在减少水泥用量的同时，提高混凝土的密实度与强度。3. 5.3.机制砂机制砂由工厂标准化生产，粒径一致性良好，但在选用机制砂时，同样是根据混凝土的等级进行机制砂细度模数的控制，具体标准如下，C45以下等级,细度模数2.82.9,石粉含量为5%7%,C50至C55等级，分别是3.03.1和3%5%。累计筛余控制4.75mm6%,0.6mm为65%70%,0.3mm为85%93%,0.15mm是95%96%。在实际施工中，施工与设计的机制砂细度模数偏差需控制在0.1。

14、在高性能混凝土配合比设计优化中，应最大限度地减少粉细料的含量，必要情况下进行水洗，机制砂最好使用中粗砂，并且其不适用于预应力混凝土施Xo2.5.4.混合砂将河砂与机制砂按照一定的比例混合后形成混合砂，两种砂的掺入比例应根据“S”形级配曲线进行确定，确保混合砂具备最大紧密容重，质量控制标准参照机制砂。如果累计筛余不合格，同样进行人工调整。混合砂中的有害物质，如石粉、泥土、泥块等，会吸附一定量的减水剂，影响到混凝土预制的质量，应在原有水胶比的基础上，增加混凝土预制时的（水+水泥用量）与（砂子+石子用量）的比例。2. 6.粗骨料设计及质量控制粗骨料选用洁净碎石，吸水率10%且膨胀系数要小，级配为连续

15、粒级，技术要求为I类或类，注意不可选用砂岩碎石。如果混凝土工程处于腐蚀条件下，不可选用花岗岩。粗骨料掺配比例根据筛分试验结果，结合最大紧密容重与“S”形级配曲线进行计算。粗骨料质量控制标准如下，C50等级以下的混凝土针片状含量5%,以上则要3%。基于粗骨料最大粒径越小混凝土抗渗性越好的特点，在保证耐久性的基础上，选择使用锥式破碎机加工的粗骨料，C50等级以下选用525mm合成级配,反之是520mm合成级配的粗骨料最佳。粗骨料质量控制措施与混合砂相同。2. 7.拌合用水量设计及质量控制拌合用水量决定着混凝土的浆体比，即（水+水泥用量）：（砂子+石子用量）。需要通过用水量优化设计，降低该比值，增加砂子、石子的用量，可提升混凝土的密实度、强度、耐久性及耐腐蚀性。并且用水量的减少，可充分发挥减水剂的作用，提高混凝土预制的和易性与流动性。一般情况下混凝土的用水量不可高于150kg,最好是低于140kg,采用机制砂的不同强度等级的混凝土，用水量不可高于160kg。3.矿物掺和料设计及质量控制措施3.1. 选用及掺量设计矿物掺和料采用双掺方案，一方