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混凝土生產配合比使用中面臨的兩大難題

如何根據試驗室試驗配合比對調整控制混凝土生產配合比一直是困擾混凝土技術人員的一大難題。造成這一難題的原因主要有兩個,一是混凝土原材料發生改變,另一個是混凝土工程複雜多變,對混凝土具體要求的技術指標發生改變。

混凝土企業生產工作量大,很難保證混凝土所使用的原材料與試驗室配合比設計時的原材料一致,新進的原材料也不可能等到混凝土配合比設計(包括校驗)結果出來才進行生產,多數情況是混凝土原材料沒有來得及試拌就生產使用完了。混凝土生產過程中使用的水泥等膠凝材料即便是同一強度等級、同一廠家,不同批次多多少少都會有些波動,水泥強度或礦物摻合料活性指數高於或者低於試驗配合比時的試驗值都是很正常的,尚若採用原來配合比可能造成強度波動現象。如何克服混凝土原材料波動保證混凝土質量,真正達到設計要求的≥95%混凝土強度保證率,是試驗室技術人員面臨、需要解決的問題。

混凝土生產過程中往往遇到新進原材料或有特殊要求的混凝土急於生產,混凝土配合比設計和試驗時間不足。在生產前仍需要對混凝土工作性和短齡期強度進行驗證,對於後期強度如28d或者更長齡期強度、抗滲性、抗凍性、電通量等耐久性指標可以邊生產邊驗證。在生產配合比引數設計時,應保證充足的富餘性以保證足夠的合格率,然後根據生產、試驗資料再進行分析、最佳化。

新材料或有特殊要求的混凝土急於生產時,因缺乏試驗資料支援,混凝土配合比設計需要依賴以往的實踐、試驗經驗進行。使用新材料生產時,混凝土技術人員可以根據已有原材料初步確定新進材料配合比進行生產。有特殊要求的混凝土,混凝土技術人員可依據普通混凝土配合比試驗結果,推定(或依據規範計算)增加特殊效能要求後,混凝土配合比引數的變化趨勢調整已有生產配合比進行生產,並檢測、驗證所生產混凝土的各項技術指標。

混凝土攪拌站供應的工程數量多,工程部位不同,再加上施工工藝、季節變化等因素,常常出現同種強度等級而效能要求不同的混凝土配合比。以C30為例,有路面C30、房建主體C30、水下混凝土C30、大體積C30……,在加上冬季、夏季、春秋季以及一些特殊技術要求,混凝土生產配合比管理、使用成為一項繁重的工作。生產過程中,一些特殊混凝土總是不期而遇的,有時沒有時間試驗或等到具體試驗結果出來就要進行生產,只能根據生產任務的客戶要求,依據配合比設計經驗資料進行生產。每個試驗室都遇到過的問題,這樣的問題棘手而又難以迴避。

針對以上兩種情況,根據不同品種、不同批次原材料特點、混凝土工程具體要求、所處的環境以及氣候特點,進行分類、歸納成系列配合比在生產實踐中是十分必要的。當混凝土配合比設計時間充足時,依據原材料的特點、混凝土坍落度等因素進行系統試驗,做一個系列配合比,形成各類混凝土的備用配合比,歸納出一些列不同強度等級的混凝土。

類比系列配合比,根據原材料特點,可以分為多個類比,每個類別的混凝土效能差別較大,配合比引數、設計理念不同,配合比設計、試驗應分別進行。如:

(1)常規泵送混凝土;

(2)常規非泵送混凝土;

(3)水下樁或坍落度180mm以上的混凝土;

(4)路面混凝土;

(5)細石混凝土;

(6)自密實混凝土……

生產過程中的類比系列配合比是混凝土生產配合比的集合,類比系列配合比以系統試驗資料為依據,生產中不需要類比系統配合比與與試驗配合比一一對應,混凝土配合比引數完全一致。這是因為生產配合比的原材料多變性與具體生產條件的變化造成的,具體問題具體分析得到的配合比,類比系列配合比的可以提高混凝土生產的適應性。類比系列配合比引數的設計,應根據所屬類別混凝土的特點進行。如果試驗類比系列配合比過多,會造成很多配合比沒能用於生產,對於特殊類比系列配合比可在混凝土生產前再進行必要的驗證。

(1)水膠比

水膠比與28d抗壓強度的關係可以透過一元線性迴歸進行分析,根據水膠比與強度資料找到對應關係,確定水膠比。其他齡期強度(7d、60d、90d)強度對應的水膠比應根據相對於齡期強度資料確定,如生產任務緊急,僅有混凝土3d強度就需要生產,就需要根據以往強度增長率為依據確定水膠比來保證混凝土28d強度可控。

根據選擇的混凝土類別及強度等級選擇配製強度和水膠比範圍,然後確定試驗水膠比。如水膠比應具有最小水膠比、最大水膠比的範圍,其試驗數量和配合比引數設計,應滿足系統試驗為生產配合比提供足夠的資料支撐。透過試驗找出滿足混凝土工作性要求的配合比,並根據試塊抗壓強度得出水膠比與強度的關係,確定系列混凝土配合比不同強度等級對應的水膠比,並驗證工作性,確定系列配合比。

(2)用水量

混凝土用水量受骨料的品種、粒徑、級配,以及混凝土工作性等影響,隨著外加劑的使用,其摻量與用水量的協調統一成為配製混凝土的關鍵因素之一。《普通混凝土配合比設計規範》JGJ55-2011對於怎麼確定外加劑摻量和對應的減水率並沒有具體描述,如何根據混凝土拌合物的工作性確定外加劑摻量及對應的減水率需要根據試驗找出。在生產實踐中發現外加劑摻量的選用與混凝土強度等級有一定的關係。在混凝土工作性一定的情況下,低強度等級混凝土水膠比偏大,需要適當的漿體量來保證混凝土工作性,所以外加劑用量不宜過大,否則會造成用水量降低,漿體減少導致混凝土離析。相反混凝土坍落度相同的情況下,高強度等級混凝土水膠比偏小,外加劑用量不宜過小,否則會造成漿體偏多。因此,在配合比設計時外加劑的減水率決不能簡單地按照常見推薦的最大減水率確定,而應透過試驗確定與混凝土強度等級相適應的減水率。系列配合比的用水量不一定相同,但同一類混凝土用水量相差不會太大。

(3)砂率

砂率的選擇受骨料的品種、粒徑、級配,水膠比等因素影響,在選擇砂率時應先確定基準砂率,再根據基準砂率透過增減砂率1%~2%進行試拌試驗調整,在滿足混凝土技術要求的前提下選擇最佳砂率。試驗中發現混凝土拌合物粘聚性差,可以適當增加砂率1%~2%,直至滿足設計要求為止。各強度等級系列混凝土的砂率應根據每個配合比混凝土的和易性要求設定,各混凝土配合比不一定會相同。

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