楊保旭（中鐵十九局集團有限公司，北京 100176）

0 引言

由于混凝土組成及結構的復雜性和影響其性能的因素的多樣性，對其性能（如工作性和耐久性）的設計一直未能很好實現(xiàn)?；炷潦怯啥喾N材料組成的多相復合材料，混凝土的性能首先決定于各組成材料的性能及其比例關系。 因此，要對混凝土的性能進行設計，首先就要對混凝土配合比進行設計。 沒有合理的配合比是不可能獲得預期性能的。經(jīng)過近兩百年的發(fā)展，各國都有了各自的配合比設計方法，但它們大都需要查閱大量的經(jīng)驗圖表，并進行繁重的混凝土試配試驗，這對于現(xiàn)代社會來說似乎不太合適。 另外，化學和礦物外加劑在混凝土中的應用已有幾十年的時間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)摻入外加劑尤其是塑化劑之后，混凝土的配合比已經(jīng)較不摻的有了很大變化（用水量減少、水泥用量減少、砂漿量增加等等），其性能也相應地發(fā)生了很大變化（工作性和耐久性等大幅度的改善）。 然而并沒有提出更加科學合理的配合比設計方法以適應這種變化。人們只不過是在無外加劑混凝土配合比的基礎上另外考慮外加劑摻入所產(chǎn)生的變化。 這意味著，要獲得一個滿意的摻減水劑混凝土的配合比，事實上要試配得出兩個配合比：首先試配得到預期工作性的基準混凝土配合比；然后再向基準混凝土中加入外加劑并檢測其工作性，若有一方面性能達不到要求就要做相應的調整或重配，直到各方面性能均達到要求。 這樣，可能就需要很多次的試驗才能得到滿意的目標混凝土配合比。雖然有經(jīng)驗的人員可能不需要這樣操作，但大量的試配也是必須的。

作者在詳細研讀了彭杰的碩士學位論文《混凝土耐久性和工作性設計在相關方面的研究》 后發(fā)現(xiàn)，他們在成功研制出砂漿流變性測試裝置的基礎上提出的通過砂漿流變性設計混凝土工作性的思路很新穎，如果能夠實現(xiàn)將會是非常有意義的。 所以，本文結合新建伊敏至伊爾施鐵路的工程實際對該方法進行了試驗分析和驗證。

1 試驗原材料

水泥：內蒙古自治區(qū)海拉爾水泥廠的蒙西32.5 復合水泥，密度3.18kg/L；長春亞泰水泥廠的52.5 普通硅酸鹽水泥，密度3.22kg/L。

粉煤灰：內蒙古自治區(qū)伊敏電廠I 級灰，密2.65kg/L。

細集料：內蒙古自治區(qū)罕達蓋地區(qū)河砂，篩除5mm 以上顆粒后細度模數(shù)2.6，視密度2.64kg/L。

粗集料：5～31.5 連 續(xù) 級 配 碎 石，視 密 度2.72kg/L，振實容重1.76kg/L，振實空隙率35.3%；5～25 連續(xù)級配碎石，視密度2.77kg/L，振實容重1.76kg/L，振實空隙率36.5%。

外加劑：北京宏業(yè)九州科技發(fā)展有限公司的粉體低濃萘系減水劑，摻量1.0%～1.5%，推薦摻量1.2%。

2 試驗儀器

砂漿流變性測試裝置1 套[1]，其它相關儀器均為ISO 標準儀器或國標儀器。

3 試驗方法

原材料相關參數(shù)的測定和新拌及硬化混凝土性能試驗均按國標方法進行，粗集料振實空隙率和砂漿流變性的測定參見文獻[1]。

4 結果分析

新建伊敏至伊爾施鐵路工程位于內蒙古自治區(qū)東北部，氣候嚴寒，冬季最低氣溫可達零下四五十度。 考慮到混凝土的耐久性，工程監(jiān)理單位要求除墩柱外，其它所有部位的混凝土均不得摻加粉煤灰和磨細礦渣。所以，在選擇混凝土配合比時，僅在墩柱混凝土中摻加了粉煤灰，其它部位的混凝土均為純水泥混凝土。根據(jù)我國現(xiàn)行的混凝土配合比設計方法設計了混凝土配合比，從中選擇了幾個列于表1，并在表1 中給出了有關基于砂漿流變性設計混凝土工作性的一些參數(shù)，同時還給出了驗證試驗的相關結果。

彭杰等人提出的基于砂漿流變性設計混凝土工作性的主要觀點是：(1) 新拌混凝土的流動性主要決定于它的屈服應力，而該參數(shù)受粗集料的性質、其中砂漿的屈服應力及其填充系數(shù)支配；(2)新拌混凝土的穩(wěn)定性和流動速率主要決定于它的塑性粘度，而該參數(shù)受粗集料的性質、其中砂漿的塑性粘度及其填充系數(shù)支配。

從表1 中數(shù)據(jù)可見，隨著混凝土強度等級的提高，砂漿填充系數(shù)也逐步增大，這與傳統(tǒng)經(jīng)驗是一致的：混凝土強度等級越高，砂率越低。在同一個強度等級時，隨著混凝土坍落度的提高，砂漿填充系數(shù)也逐步增大。這與通過砂漿流變性設計混凝土工作性方法的理論觀點也是一致的。

從表1 中的數(shù)據(jù)還可以看到，1、2、5 和6 號配合比混凝土的坍落度接近，它們的砂漿的相對屈服應力也是相近的；而3 號和4 號配合比混凝土的坍落度較大，它們的相對屈服應力則相應較小。

分析3 號和4 號配合比可見，實際上兩個混凝土的砂漿配比是完全相同的，混凝土的區(qū)別僅在于砂漿填充系數(shù)的不同，坍落度的提高要求砂漿填充系數(shù)必須增大。這恰恰說明了通過砂漿流變性設計混凝土工作性方法的正確性。

表1 兩伊鐵路工程配合比分析

由表1 可見，6個配合比的混凝土的穩(wěn)定性（和易性）都是可以的，只有3 號混凝土有輕度粗集料堆積。這是因為其它5個混凝土中砂漿的相對塑性粘度都較大，砂漿填充系數(shù)也都較為合適；而3號混凝土中，雖然砂漿相對塑性粘度也較大，但其填充系數(shù)偏低導致了粗集料輕度堆積。

彭杰等人提出的混凝土配合比設計方法是對我國現(xiàn)行的設計方法的補充和完善。 因為，它首先也要依據(jù)水灰比定則計算水灰比，最后也要根據(jù)耐久性要求復核單方用水量和水泥用量。不同之處在于通過對水泥砂漿的流變性的設計結合砂漿填充系數(shù)實現(xiàn)對混凝土工作性的設計。而原材料和水灰比確定后，就只能通過外加劑、膠結材料組合和砂灰比的變化來調整砂漿的流變性能。砂漿流變性能確定后，通過試驗就可以確定砂漿配合比了，再根據(jù)混凝土的工作性和耐久性要求確定砂漿填充系數(shù)即可得出混凝土配合比。選擇表1 中的3 號和4號大流動性C30 混凝土為目標混凝土，按基于砂漿流變性設計混凝土工作性的配合比設計方法進行了設計和試驗，結果見表2。

表2 C30 混凝土設計和試驗結果

表2 中的1 號和2 號混凝土與表1 中的3 號和4 號混凝土是對應相同的，按兩個配合比設計方法得出的混凝土配合比結果也是相同的。說明通過砂漿流變性設計混凝土工作性的配合比設計方法是準確的和可行的。新配合比設計方法的關鍵在于砂漿流變性的設計和砂漿填充系數(shù)的確定。 文獻1中尚未明確給出砂漿流變性和砂漿填充系數(shù)與混凝土流動性之間的對應關系，這一點尚需大量的試驗后才能確定。

5 結論

基于砂漿流變性設計混凝土工作性的方法是可行的，也是準確的，使混凝土工作性設計具有了科學依據(jù)；但是仍需進行大量的試驗研究才能完善該方法，并將其應用于工程。

[1]彭杰.混凝土耐久性和工作性設計有關方面的研究[D].北京：中國建材研究院。 2002.