閔永濤

(上海市市政公路工程檢測(cè)有限公司,上海 201108)

普通混凝土由水泥、砂、石、水以及外加劑、摻合料作為基礎(chǔ),按一定的比例配合,經(jīng)攪拌而成[1]?；炷僚浜媳鹊脑恚菏前凑?m3混凝土拌合物由各原材料緊密堆積而成,即1m3混凝土體積等于各原材料絕對(duì)密實(shí)體積之和(不計(jì)各原材料內(nèi)部孔隙)[2]。建設(shè)部現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3],對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)中粗、細(xì)骨料計(jì)算有兩種方法：一種是質(zhì)量法,一種是體積法。質(zhì)量法是假定1m3混凝土拌合物的質(zhì)量為某個(gè)固定值計(jì)算粗、細(xì)骨料用量。體積法是假定1m3混凝土拌合物的體積等于各組成材料與混凝土中空氣的體積之和計(jì)算粗、細(xì)骨料用量。

過(guò)去,混凝土的原材料為水、水泥、砂、石,組成相對(duì)較簡(jiǎn)單,原材料的表觀密度變化不大,所配制出的混凝土表觀密度變化也不大,因此為了簡(jiǎn)化試配,對(duì)水灰比為0.5左右的混凝土假定表觀密度為2400kg/m3,試拌后實(shí)測(cè)差別不大[2]。隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展,當(dāng)下混凝土中除了水、水泥、砂、石材料以外,還需要摻加礦物摻合料和多種化學(xué)外加劑。當(dāng)混凝土中加入礦物摻合料后其表觀密度可能已發(fā)生變化,單單依靠經(jīng)驗(yàn)選取某一固定假定質(zhì)量值用于計(jì)算砂、石材料用量,取值的準(zhǔn)確性難以把握。筆者根據(jù)諸多水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)實(shí)踐認(rèn)為,采用體積法時(shí),混凝土拌合物體積計(jì)算值與實(shí)測(cè)值能夠表現(xiàn)一致,而采用質(zhì)量法時(shí),混凝土拌合物不是出現(xiàn)“虧方”就是“脹方”。(當(dāng)混凝土拌合物表觀密度實(shí)測(cè)值小于假定質(zhì)量時(shí),表現(xiàn)為體積“虧方”；當(dāng)混凝土拌合物表觀密度實(shí)測(cè)值大于假定質(zhì)量時(shí),表現(xiàn)為體積“脹方”)。當(dāng)質(zhì)量法用于現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工或成本控制時(shí),容易出現(xiàn)兩種狀況：①計(jì)算的混凝土計(jì)劃用量遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)場(chǎng)混凝土的實(shí)際用量,造成材料浪費(fèi)；②計(jì)算的混凝土計(jì)劃用量遠(yuǎn)小于現(xiàn)場(chǎng)混凝土的實(shí)際用量,影響施工連續(xù)性。本文以C40水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)為研究對(duì)象,對(duì)質(zhì)量法和體積法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行探討。

1 試驗(yàn)

1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

具體如下：①設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)：C40；②設(shè)計(jì)坍落度：140mm～180mm；③按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2011)執(zhí)行。

1.2 原材料

具體如下：①水泥：P.O42.5,安徽銅陵海螺水泥,密度為3.04g/cm3；②黃砂：中砂,蕪湖中慶實(shí)業(yè)有限公司,表觀密度為2.620g/cm3,細(xì)度模數(shù)為2.68；③碎石：(5～25)mm連續(xù)級(jí)配,湖州新開(kāi)元碎石有限生產(chǎn),表觀密度為2.636g/cm3；④粉煤灰：F類Ⅱ級(jí),上海高熱實(shí)業(yè)有限公司,密度為2.12g/cm3；⑤礦渣粉：S95,上海寶田新型建材有限公司,密度為2.82g/cm3；⑥減水劑：TMS-YJ-3,江蘇西卡特密斯建筑材料有限公司,減水率為：26%；⑦水：飲用水。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)量法

計(jì)算公式[3]：

mf0+mc0+mg0+ms0+mw0=mcp

(1)

βs=ms0/(mg0+ms0)×100%

(2)

式中：mf0—每立方米混凝土的礦物摻合料用量(kg/m3)；mg0—每立方米混凝土的粗骨料用量(kg/m3)；ms0—每立方米混凝土的細(xì)骨料用量(kg/m3)；mw0—每立方米混凝土的用水量(kg/m3)；βs—砂率(%)；mcp—每立方米混凝土拌合物的假定質(zhì)量(kg/m3)。

由公式(1)、(2)可知,質(zhì)量法計(jì)算砂、石材料用量,其關(guān)鍵是假定質(zhì)量的取值問(wèn)題。當(dāng)原材料穩(wěn)定,混凝土拌合物的表觀密度接近于某個(gè)固定值時(shí),采用質(zhì)量法計(jì)算簡(jiǎn)單、方便。當(dāng)混凝土原材料中某個(gè)或幾個(gè)材料的密度發(fā)生變化時(shí),若仍然采用某個(gè)固定值計(jì)算砂、石材料用量,容易導(dǎo)致混凝土拌合物表觀密度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值不相符,混凝土拌合物表現(xiàn)為“虧方”或“脹方”,通過(guò)下列兩種情況進(jìn)行說(shuō)明。

情況一,混凝土配合比中膠凝材料總量均相同,礦物摻合料的摻量均為某一固定值,取3個(gè)不同假定質(zhì)量值,由公式(1)、(2)計(jì)算得到各組配合比的砂、石材料用量,經(jīng)試拌,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同假定質(zhì)量計(jì)算的配合比結(jié)果

由表1可知,當(dāng)假定質(zhì)量為2420kg/m3時(shí),表觀密度實(shí)測(cè)值為2390kg/m3,表觀密度實(shí)測(cè)值小于假定質(zhì)量值,混凝土拌合物表現(xiàn)為“虧方”；當(dāng)假定質(zhì)量為2350kg/m3時(shí),表觀密度實(shí)測(cè)值為2370kg/m3,表觀密度實(shí)測(cè)值大于假定質(zhì)量值,混凝土拌合物表現(xiàn)為“脹方”；當(dāng)假定質(zhì)量為2380kg/m3時(shí),表觀密度實(shí)測(cè)值與假定質(zhì)量相等,表明混凝土拌合物體積計(jì)算值與實(shí)測(cè)值大小一致?？梢?jiàn),采用質(zhì)量法進(jìn)行配合比計(jì)算時(shí),當(dāng)假定質(zhì)量取值較大時(shí),會(huì)引起混凝土拌合物“虧方”；當(dāng)假定質(zhì)量取值較小時(shí),會(huì)引起混凝土拌合物“脹方”。

情況二,混凝土配合比膠凝材料總量均相同,礦物摻合料按3種不同的摻量,拌合物的假定質(zhì)量均為某一固定值,由公式(1)、(2)計(jì)算得到各組配合比砂、石材料用量,經(jīng)試拌,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同礦物摻合料摻量計(jì)算的配合比結(jié)果

由表2可知,隨著礦物摻合料摻量的增加,更多的水泥被礦物摻合料替代。由試驗(yàn)測(cè)得礦物摻合料中粉煤灰的密度為2.12g/cm3,礦渣粉的密度為2.82g/cm3,而水泥的密度為3.04g/cm3,可見(jiàn)摻合料的密度遠(yuǎn)小于水泥的密度,導(dǎo)致每立方米混凝土拌合物的表觀密度變小,且礦物摻合料的摻量越大,表觀密度值越小。文獻(xiàn)[4]表明,當(dāng)采用假定質(zhì)量法計(jì)算砂、石材料用量,計(jì)算的體積都會(huì)大于1,而且礦物摻合料摻量越大,體積大的越多,即“虧方”越明顯[4]。

2.2 體積法

計(jì)算公式[3]：

(3)

(4)

式中：ρc—水泥密度(kg/m3)；ρf—礦物參合料的密度(kg/m3)；ρg—粗骨料密度(kg/m3)；ρs—細(xì)骨料密度(kg/m3)；ρw—水的密度(kg/m3),可取1000kg/m3；α—混凝土的含氣量百分?jǐn)?shù),在不適用引氣型外加劑時(shí),α可取為1。

由公式(3)、(4)可知,與質(zhì)量法相比較,體積法的計(jì)算較復(fù)雜,且需測(cè)定原材料的密度,技術(shù)要求比較高。但體積法能根據(jù)材料密度的變化,對(duì)各材料的用量進(jìn)行調(diào)整,得到的混凝土拌合物體積計(jì)算值和實(shí)測(cè)值大小能夠表現(xiàn)一致,通過(guò)表3來(lái)說(shuō)明。

采用體積法時(shí),混凝土配合比的膠凝材料總量均相同,礦物摻合料按3種不同的摻量。由公式(3)、(4)計(jì)算得到各組配合比的砂、石材料用量,經(jīng)試拌,結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知,隨著礦物摻合料的增加,更多的水泥被礦物摻合料替代,因同質(zhì)量的水泥體積小于礦物摻合料的體積,所以混凝土中膠凝材料的體積增大。由公式(3)可知,組成混凝土拌合物的各材料體積之和等于1,當(dāng)膠凝材料體積變大時(shí),砂、石材料的體積將變小,用量也變小,混凝土拌合物的表觀密度實(shí)測(cè)值也將變小。而配合比的表觀密度計(jì)算值是根據(jù)1m3混凝土的材料用量之和計(jì)算而來(lái),當(dāng)材料用量變化,表觀密度計(jì)算值也會(huì)發(fā)生變化。對(duì)比表3中表觀密度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值可知,采用體積法計(jì)算時(shí),表觀密度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值較接近,且隨著材料的變化,其結(jié)果能夠表現(xiàn)一致。

表3 體積法計(jì)算的配合比結(jié)果

綜上分析可知,兩種計(jì)算方法的區(qū)別在于：質(zhì)量法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取某一固定值為假定質(zhì)量,反算每立方米混凝土中材料的用量,這一方法的運(yùn)用未考慮材料密度變化對(duì)混凝土表觀密度的影響。當(dāng)材料密度發(fā)生變化,混凝土的表觀密度已不再與憑經(jīng)驗(yàn)取得的假定質(zhì)量相接近,導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不相符。而體積法表觀密度計(jì)算值是根據(jù)材料密度的變化情況計(jì)算各材料用量,然后求和得來(lái)。當(dāng)材料密度變化后,體積法能對(duì)各材料的用量進(jìn)行調(diào)整,所以混凝土拌合物體積計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果表現(xiàn)一致。由此可見(jiàn),質(zhì)量法的計(jì)算結(jié)果較為粗略,而體積法的計(jì)算結(jié)果較為精確。

3 結(jié)語(yǔ)

質(zhì)量法是體積法的一種簡(jiǎn)化,當(dāng)原材料比較穩(wěn)定,變化較小時(shí),計(jì)算比較簡(jiǎn)單,方便。但隨著越來(lái)越多的礦物摻合料、外加劑的加入,當(dāng)下普通混凝土中材料組成變化較大,因此質(zhì)量法對(duì)當(dāng)前混凝土的配置已不再具有普適性[2]。而體積法,雖然操作技術(shù)要求比較高,計(jì)算比較復(fù)雜,但計(jì)算結(jié)果較精確。當(dāng)然,采用體積法時(shí),原材料的密度測(cè)定是重點(diǎn),在密度測(cè)定或取值時(shí)需注意一些問(wèn)題,才能確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確。如文獻(xiàn)[5],研究了為什么體積法計(jì)算混凝土配合比所有骨料密度要用飽和面干狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),以及如何界定骨料的飽和面干狀態(tài)等問(wèn)題[5]。

[1]謝俊鵬.普通混凝土配合比設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究[J].江西建材,2014(5)：1-1,2．

[2]廉慧珍,李玉琳.當(dāng)前混凝土配合比“設(shè)計(jì)”存在的問(wèn)題—關(guān)于混凝土配合比選擇方法的討論之一[J].混凝土,2009(3)：1-5．

[3]JGJ55-2011,普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

[4]廉慧珍.混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則[J].商品混凝土,2010(12)：21-23,30．

[5]廉慧珍,李玉琳.關(guān)于體積法計(jì)算混凝土配合比中原材料密度問(wèn)題[J].混凝土,2010(9)：1-3,16．