秦明昌 晏德鵬 王小剛

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000)

1 概述

隨著水利水電國際市場的不斷開發(fā)，國內(nèi)的水電企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)走出國門。面對新的市場環(huán)境和文化差異，水電企業(yè)有機(jī)遇也有挑戰(zhàn)。其中，規(guī)程規(guī)范方面的差異在實(shí)際工作中所帶來的問題，就是施工技術(shù)人員所必須面對的。本文就中美兩國關(guān)于常態(tài)混凝土配合比設(shè)計方法方面的差異進(jìn)行比較，希望對國外施工技術(shù)人員帶來一定的幫助。

2 配合比設(shè)計的前期工作

混凝土配合比的選擇即是在經(jīng)濟(jì)性和工作性，強(qiáng)度，耐久性，密度和表面質(zhì)量之間尋找平衡。需要的這些性能決定于混凝土澆筑的地點(diǎn)以及澆筑時預(yù)計碰到的情況。

在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)收集相關(guān)工程設(shè)計資料，明確以下設(shè)計要求:

1)混凝土強(qiáng)度及保證率;2)混凝土的抗?jié)B等級、抗凍等級及其他性能指標(biāo);3)混凝土的工作性;4)骨料最大粒徑。

3 配合比選擇步驟中的異同

3.1 中國規(guī)范中配合比設(shè)計的主要步驟

1)根據(jù)設(shè)計要求的強(qiáng)度和耐久性選定水膠比;2)根據(jù)施工要求的工作度和石子最大粒徑等選定用水量和砂率，用用水量除以選定的水膠比計算出膠凝材料用量;3)根據(jù)體積法或質(zhì)量法計算砂、石用量;4)通過試驗(yàn)和必要的調(diào)整，確定每立方米混凝土各項(xiàng)材料用量和配合比。

3.2 美國規(guī)范中配合比設(shè)計的主要步驟

1)根據(jù)混凝土的暴露等級決定其是否需要引氣，再分別針對引氣混凝土和無引氣混凝土，根據(jù)施工要求的工作度和骨料最大粒徑初選用水量和含氣量;2)根據(jù)設(shè)計要求的強(qiáng)度和耐久性選定水膠比;3)用用水量除以選定的水膠比，計算出膠凝材料用量。再結(jié)合最小水泥用量的限制，選擇最大值作為最終的膠凝材料用量;4)根據(jù)骨料最大粒徑、單位體積混凝土中粗骨料在干燥搗實(shí)狀態(tài)下所占的體積，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)，粗骨料的搗實(shí)容重選定粗骨料用量;5)根據(jù)體積法或質(zhì)量法計算細(xì)骨料的用量;6)通過試驗(yàn)和必要的調(diào)整，確定每立方米混凝土各項(xiàng)材料用量和配合比。

3.3 中美規(guī)范的差異

從3.1部分和3.2部分可以看出，中美規(guī)范在配合比選擇的步驟中，最大的差別是中國規(guī)范中引入了砂率的概念，以確定粗細(xì)骨料的用量;而美國規(guī)范則沒有砂率這個概念，在下文的配合比設(shè)計的基本參數(shù)中再進(jìn)行詳細(xì)的比較。

4 配合比設(shè)計的主要參數(shù)

4.1 水膠比的選擇

水膠比不僅由強(qiáng)度決定，還決定于其他因素如耐久性。因?yàn)椴煌墓橇?，水泥和膠凝材料在同樣水膠比的情況下一般獲得不同的強(qiáng)度，所以針對實(shí)際所使用的材料建立強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系是非常必要的。

4.1.1 中國規(guī)范中水膠比的確定

水膠比應(yīng)根據(jù)設(shè)計對混凝土強(qiáng)度的要求，通過試驗(yàn)確定。對于大中型工程，應(yīng)通過試驗(yàn)建立相應(yīng)的關(guān)系曲線，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇滿足設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求的水膠比。同時，水膠比還應(yīng)滿足耐久性要求。

水膠比計算公式:

其中，A，B均為回歸系數(shù)。回歸系數(shù)A和B應(yīng)根據(jù)工程所使用的水泥、骨料和通過試驗(yàn)建立水灰比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系式確定，當(dāng)不具備上述試驗(yàn)資料時，對碎石混凝土A可取0.48，B可取0.52，對卵石混凝土 A 可取0.50，B 可取0.61;fce為水泥的實(shí)際強(qiáng)度，MPa;fcu，0為混凝土施工的配制強(qiáng)度，MPa。

4.1.2 美國規(guī)范中水膠比的確定

當(dāng)無試驗(yàn)資料可用時，對于含有Type 1波特蘭水泥(硅酸鹽水泥)的混凝土，可以在表1中得到近似和相對固定的數(shù)據(jù)。用有代表性的材料，在試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下試驗(yàn)28 d的試塊，表1中的水膠比可以得到與之對應(yīng)的強(qiáng)度。

表1 水灰比或水膠比28 d抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系

平均強(qiáng)度的選擇，應(yīng)該超出規(guī)定強(qiáng)度一定的幅度，以保證以后試驗(yàn)數(shù)據(jù)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

4.2 用水量的選擇

用水量與下列因素有關(guān):骨料最大粒徑，顆粒形狀，骨料級配;混凝土溫度;氣體引入量;外加劑的運(yùn)用等。

4.2.1 中國規(guī)范中用水量的選定

水膠比在0.40～0.70范圍，當(dāng)無試驗(yàn)資料時，其初選用水量可按表2選取。

4.2.2 美國規(guī)范中用水量的選定

表3提供了用不同的骨料最大粒徑，有無引氣情況下混凝土用水量的預(yù)估。根據(jù)骨料的特征和形狀，用水量可能會高于或低于表中數(shù)據(jù)，但對初步預(yù)估這些數(shù)據(jù)已經(jīng)足夠精確。

表2 常態(tài)混凝土初選用水量 kg/m3

表3 坍落度和骨料公稱最大粒徑不同時近似用水量和含氣量

4.3 骨料的選定

對于良好級配的骨料，公稱最大粒徑大一些的骨料要比小粒徑的所含空隙少。因此，對于單位體積的混凝土而言，大粒徑骨料的混凝土需要更少的砂漿。一般的，骨料最大粒徑應(yīng)該在滿足建筑物尺寸要求的同時選擇最大的。

4.3.1 中國規(guī)范中骨料的選定

我國用砂率(砂與粗細(xì)骨料的重量比)這一概念來表征砂石用量之間的關(guān)系。在配合比設(shè)計中，先求出單位體積混凝土中骨料的總重量，再用砂率求出砂、石各自的用量。砂率的取值如表4所示。

表4 常態(tài)混凝土砂率初選(中砂) %

同時，規(guī)范還指出:對于細(xì)砂和粗砂需相應(yīng)減小或增大砂率;對于坍落度不在10mm～60mm之間的混凝土及摻用外加劑和摻合料的混凝土，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。

4.3.2 美國規(guī)范中骨料的選定

ACI的混凝土配比設(shè)計方法中并未提出砂率這一概念。其基本思路是通過規(guī)定單位體積混凝土中粗骨料所占的體積(用搗實(shí)容重表征)確定粗骨料的用量(見表5)，然后用質(zhì)量法或絕對體積法求出砂的用量(其中粗骨料的體積通過表中的搗實(shí)體積和搗實(shí)容重及其密度求得)。

表5 單位體積中混凝土粗骨料的體積

以上體積是以配制出工作性適于一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為依據(jù)的，對于工作性較小的混凝土，如混凝土路面工程所要求的粗骨料體積可增加10%左右，而工作性較大的，例如用泵送法澆筑時，可減少10%。

4.3.3 中美規(guī)范骨料確定方法對比

對于粗骨料，我國規(guī)范考慮了卵石與碎石的區(qū)別，對于粗骨料的級配則認(rèn)為其符合規(guī)范要求，并指出若為單粒級則砂率應(yīng)適當(dāng)增大。這些規(guī)定過于籠統(tǒng)，廣泛。事實(shí)上，砂率取值的大小還與粒形和級配有關(guān)。

粗骨料粒形和級配對砂率的影響最終可歸結(jié)為一個性質(zhì):空隙率。無論是粒形還是級配，都是因?yàn)槠鋵障堵实挠绊懚g接對砂率產(chǎn)生影響。把粗骨料的搗實(shí)容重與其表觀密度相比較我們就可以求得粗骨料的空隙率，從而繞開紛繁復(fù)雜的種種細(xì)節(jié)表征出粗骨料的性質(zhì)對砂率總的影響。

ACI的方法正是以簡單易行的測搗實(shí)容重的試驗(yàn)取代了種種復(fù)雜而又無法囊括一切的表格和規(guī)定，對于粗骨料的各種粒形，好抑或不好的級配均能起到指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

中美規(guī)范中對于混凝土配合比的選擇方法，由于其中參數(shù)選擇的不同，導(dǎo)致在步驟和計算方法上略有差異。試驗(yàn)人員在實(shí)際操作過程當(dāng)中，應(yīng)該對兩種方法進(jìn)行比較，選擇更有效可行的方法，以配制更適應(yīng)施工過程中所需要的配合比。

［1］DL/T 5330-2005，水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程［S］.

［2］Standard Practice for Selecting Proportions for Normal Heavyweight，and Mass Concrete(ACI 211.1-91)Reapproved，1997.

［3］李立權(quán).混凝土配合比設(shè)計手冊［M］.北京:建筑工業(yè)出版社，2008.