混凝土配合比设计:配合比设计的原则

2019年7月17日12:58:38 1 3,023

这是混凝土配合比系列的第二篇文章,这个系列有如下几篇文章组成:

混凝土配合比设计:配合比设计的根本目的

混凝土配合比设计 :配合比设计的原则 (本文) ;

混凝土配合比设计:配合比设计的思路及方法;

混凝土配合比设计: 配合比设计小结 。



在上一篇博文中,我们从混凝土工程的角度阐述了混凝土配合比设计的根本目的,并简要阐述了配合比设计中应该做的事情和存在的问题。正如上一篇博文中提到的一样,由于人们对混凝土用原材料、混凝土性能以及施工工艺的理解不相同,所处的工作岗位也不同,因而带来了不同的见解,基于这种不同的见解对混凝土配合比设计的干预,会导致对混凝土工程及其结构性能产生或正或负的重大影响。基于这样的原因,我们在本篇文章里探讨配合比设计应遵循的原则。

一、配合比设计的原则是什么

混凝土配合比设计的原则应该紧紧围绕混凝土工程的根本目的,这一点是毋庸置疑的。尽管在混凝土技术领域存在着诸多疑问,但既有的混凝土知识和理论依然能为配合比设计提供富有成效的帮助。遵循混凝土的基本规律是配合比设计的一个根本原则,这是无庸置疑的。

混凝土的配合比设计人员通常有两条判断准则:混凝土的强度和耐久性,我们称之为硬化后的结构性能。但是,还必须增加一条重要的的判断准则,就是混凝土在施工条件下具有的可工作性,我们称之为工艺性能。混凝土入模前的性能实现混凝土预期结构性能的前提,不良的工艺性能会导致结构性能劣化。

在此基础上,混凝土配合比设计的原则可归纳为:充分利用混凝土知识和技术,尊重客观数据,做出客观判断,使混凝土的结构性能和工艺性能都能够达到预期目标,有利于实现混凝土配合比设计根本目的实现。

二、在配合比原则指导下应该做到什么?

在明确了混凝土配合比的设计原则之后,在配合比设计过程中,无论存在怎样的客观原因都不应该背离这一原则,为此我们应该做到:

(一)配合比的结构性能和工艺性能决定混凝土配合比参数

混凝土配合比的参数如何选择,要考虑是否有利于配合比目标的实现,而不能教条地和机械地执行各种各样的规定或不切实际的愿望。比如:刻意追求碎石的最佳级配,使用固定掺量的减水剂(比如规定必须使用1%的减水剂掺量),在上一篇文章中我们详细讲述了刻意追求最佳级配或使用固定减水剂掺量设计配合比会给混凝土带来的坏处,刻意追求最佳级配会使混凝土的工作性变差,使用固定掺量的减水剂会使混凝土工作性变差甚至强度耐久性受损,所以这些做法都不是配合比设计应遵循的原则。

事实上,使用间断级配和连续级配均可以生产优质混凝土,《混凝土的性能》一书中明确指出,骨料组合的目的不是寻求任何理想级配,而是发现所用骨料的最佳组合。而最佳组合是以混凝土的工作性为基础的,这一点与我们长期试验积累的经验是一致的。

不切实际地追求配合比某一项参数的最优化,可能导致其它有相互依赖关系的参数变得更畸形,致使混凝土的工艺性能和结构性能劣化。这样的实例比比皆是。

比如,过分追求高的配制强度,混凝土早期强度相对增长较快,其弹性模型增长也较快,所消耗拌合水也快,混凝土收缩更快。而此时混凝土的抗拉强度增长极其有限,所以混凝土早期开裂的的风险极度增长,最终会损害其结构性能。所以,配制强度的选择应该以设计强度等级及施工管理水平为前提,以数理统计基本知识为导向,充分考虑混凝土性能合理地选择。

同样的,混凝土的流动性,比如坍落度则应该以正确的施工工艺为导向,结合混凝土性能而合理选择,既要保证流动性,还得保证混凝土不分散离析,如果一味地追求流动性而忽略不分散性,则可能导致泵送施工堵管等等工艺过程的严重问题,最终损害混凝土结构性能。

因此,混凝土参数选择应该以结构设计为基础,以施工工艺为导向,综合考虑混凝土的基本知识,合理选择,而不是人为地突出某一项参数导致破坏整个混凝土配合比设计基本原则,达不到根本目的。

(二)选择合适的原材料

混凝土原材料不应该有好与坏的差别,应根据实际情况判断是否合适,如果我们选择的材料不能使混凝土满足入工艺性能和结构的性能,无论材料的品质多好,都不是合适的材料。反之如果选用的材料能够实现配合比的目标,无论材料的性能指标如何,都是合适的。离开混凝土性能谈材料的好与坏都没有实例意义。例如,我们在设计C50配合比的时候,使用42.5的水泥和52.5的水泥都可以达到配合比的设计目标,但42.5的水泥早期水化热要低一些,对控制混凝土裂缝也更有利,我们就认为42.5的水泥更适合,不能因为52.5的水泥强度高就认为比42.5的水泥好。再比如,在设计C35机制砂混凝土的时候,如果使用5%石粉含量的机制砂,骨料之间会没有足够的细粉料润滑,拌出的混凝土就像豆腐渣一样,工艺性极差,这样的混凝土是不能满足施工需要的,而使用15%石粉含量的机制砂可以配制出工艺性与硬化性能都能满足要求的混凝土,我们就认为15%石粉含量的机制砂比5%石粉含量的机制砂更合适,不会因为洗的更干净的砂是好砂。在设计配合比是单独使用水泥作为胶凝材料与使用30%掺量的粉煤灰替代水泥的混凝土相比,单独使用水泥的混凝土早期强度要高一些,我们不会就此认为水泥比粉煤灰好,粉煤灰会使混凝土早期放热量减少,放热峰值降低,后期强度长时间保持持续增长,也会使混凝土更加密实,增加混凝土的抗侵蚀性能。只有合理利用水泥与粉煤灰,才是最好的。单独讨论水泥与粉煤灰那一个好也是毫无意义的。

因此,我们认为,材料选择应在混凝土基本理论知识的前提下,结合试验的结果来判定,只要能使混凝土入模前具有良好的工作性,硬化后性能可以满足设计要求,就是合适的,选择最好的材料或“优中选优”并不是配合比设计的原则。

(三)充分平衡混凝土的工作性能和结构性能

配合比设计为混凝土工程施工服务,既要使混凝土满足工艺性能,也要满足设计需要的结构性能。一味的追求高强度或早期强度的做法,可能导致混凝土的工艺性能劣化,使得在混凝土配制、搅拌、运输、输送、浇筑、密实成型和养护各个环节操作困难,有可能还会导致整个工艺失控,结果结构性能也不能保证。我们曾遇到过有人用0.29的水胶比,140kg/m³的用水量来设计C50的配合比,虽然在试验室可以得到很高的强度,但这样的混凝土太粘,现场根本无法施工,更不用说形成密实的结构了。

(四)试验过程要严谨仔细

试验过程要认真严谨,试验数据客观、准确、真实。试验数据直接到下一阶段的工作思路和决策,试验数据不准确可能会使我们下一步的工作思路偏离或做出错误决策。例如,至今我们有很多试验室的同事认识不到试件养护及养护期试件保护的重要性,不注重试件保温、保湿养护及试件保护。本网站博文 试论混凝土立方抗压试件的养护制度对试件养护的重要性做出了清晰的论述,除了控制好试件养护的温度、湿度和龄期三要素之外,试件制作后是否立即养护、养护开始时机、拆模时间、拆模方式、试件养护过程中、运输、转运环节对试件的保护,都应该保证混凝土试件尽量与规定的养护制度要求一致以减少试验误差。

试问如果因为试件没有养护好或没保护好得出了偏低的数据,我们从哪里来分析原因呢?是原材料的品质不好还是试验参数设置的不对?也许会因此是材料选择和配合比设计决策完全偏离。

所以试验过程严谨仔细是配合比设计的重要原则。

(五)实事求是的对待数据

配合比决策过程中应充分尊重试验结果,做出客观判断,不能没有科学凭据,凭猜测去判定配合比好与不好,应尊重混凝土的基本理论与试验结果。假如我们规规矩矩地试验,设计一个C40的配合比,得出56天强度是52MPa,这时有人告诉你他也这样做过,强度都达不到40MPa,如果有多个人不停地跟你说,你是否怀疑自己设计的配合比有问题呢?古人有“三人成虎”的说法,现在也有一句话叫“谎话说了一千遍就是真理”,这样的事离我们身边很近。有独立思考的精神,充分尊重客观事实,实事求是,也是配合比设计者的重要工作原则。

三、结束语

在前面的讨论中,我们阐述了配合比设计的原则,明确了配合比设计原则是仅仅围绕混凝土工程的目的,为实现配合比的设计目标合理选择配合比设计参数,合理选择原材料,充分做好混凝土工艺性能和硬化性能的平衡,试验过程认真严谨,试验数据客观、准确、真实,决策充分尊重试验结果。一味追求高强度、强调最佳级配、使用固定掺量减水剂等都不是配合比设计应遵循的原则。充分利用混凝土知识和技术,尊重客观数据,做出客观判断,采取能够有利于实现混凝土配合比的设计目标的做法,才是我们应该遵循的原则。

混凝土配合比设计:配合比设计的原则

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朱永清
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    • chenmich chenmich

      这篇文章讨论了配合比设计的原则,是对上一篇配合比设计的根本目的进一步深化,强调了为达目的应该考虑的设计目标。两篇文章联读更有意义。让我们期待这个系列的后两篇精彩文章