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        生態(tài)混凝土配合比設計方法淺析

        2021-12-24 10:54:52孔先輝
        四川水泥 2021年11期
        關鍵詞:水膠骨料試件

        孔先輝

        (福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司,福建 福州 350012)

        0 引言

        生態(tài)混凝土一般以20mm~40mm 單粒級骨料作為骨架,再用水泥漿包裹形成的具有生態(tài)功能,并且能滿足生物生存的多孔混凝土。隨著環(huán)保理念的興起,生態(tài)混凝土在工程建設領域有著廣闊的發(fā)展前景[1]。

        現(xiàn)行建設協(xié)會標準CECS361:2013[2]中并沒有明確的配合比設計方法,在一定程度上影響生態(tài)配合比設計工作。本文以透水混凝土路面設計理論為基礎,以某工程生態(tài)混凝土配合比設計為背景,驗證該方法能否用于生態(tài)混凝土配合比設計。

        1 生態(tài)混凝土設計方法

        根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標準CJJ/T135-2009[3]設計理論,以體積填充法為基礎,方法是將1m3混凝土中集料所占的體積作為已知條件,以設計空隙率為基礎,計算出漿體料所占體積,進而計算出水和水泥的用量。本文生態(tài)混凝土配合比計算步驟如下:

        1.1 確定粗集料用量

        由式(1)確定粗集料用量:

        1.2 確定膠結料漿體體積

        由式(2)確定膠結料漿體體積:

        1.3 確定水膠比

        初步水膠比根據(jù)經(jīng)驗確定,取0.30 左右。

        1.4 確定單位體積水泥用量

        由式(3)確定水泥用量:

        1.5 確定單位體積用水量

        由式(4)確定用水量:

        2 生態(tài)混凝土配合比的試配

        2.1 原材料

        (1)骨料:骨料選用20~40mm 碎石,其基本性能見表1。

        表1 骨料性能檢測結果

        (2)水泥:水泥選用P·O42.5 水泥,其基本性能見表2。

        表2 水泥性能檢測結果

        (3)外加劑:本次試驗外加劑采用福建某某生態(tài)科技有限公司生產(chǎn)的生態(tài)混凝土專用鹽堿改良劑,摻量為用水量的1‰。

        2.2 初步配合比

        2.2.1 設計要求

        本次生態(tài)混凝土用于生態(tài)護坡。在工程性能方面要求抗壓強度不應小于5MPa;在生態(tài)性能方面要求孔隙率為25%~30%、生態(tài)孔徑(用穿透生態(tài)混凝土試件的標準砂量表示)不應小于50%。

        2.2.2 計算初步配合比

        依據(jù)現(xiàn)行標準JGJ55-2011[4]的要求,根據(jù)實際情況取配置強度11.6MPa;根據(jù)設計文件,取設計孔隙率26%、水膠比初步確定為0.30。

        基于上述生態(tài)混凝土配合比設計方法并結合原材料檢測結果,得出初步配合比如表3。

        表3 初步配合比

        2.2.3 確定初步配合比

        計算初步混凝土配合比后,對表3 數(shù)據(jù)進行試拌并檢測其工作性。具體方法如下:將工程用粗骨料投入攪拌機中,加入本次配合比所需用水量的一半的水,攪拌均勻后加入水泥,繼續(xù)攪拌并陸續(xù)加入剩下的水,以混凝土表面漿料均勻、無流淌為止。

        攪拌過程中發(fā)現(xiàn)骨料顆粒表面水泥漿過多,拌和物整體偏稀。采用壓制成型法成型一組試件,脫模后發(fā)現(xiàn)試件底部存在水泥漿液造成“封底”現(xiàn)象。

        針對上述現(xiàn)象,推測是混凝土設計孔隙率偏小,導致混凝土拌和物中水泥膠結料漿體體積偏大造成上述現(xiàn)象,將設計孔隙率由26%調(diào)整至28%后再次進行試拌,此次生態(tài)混凝土拌和物未出現(xiàn)上述情況,工作性能滿足要求,調(diào)整成功。

        基于上述實拌實測結果,對初步配合比進行調(diào)整,具體配合比見表4。

        表4 調(diào)整后初步配合比

        2.3 試驗室配合比

        在初步配合比的基礎上,以初步配合比確定的水膠比為中間值,在保持水膠比間距相同的條件下,再提出一組稍高和一組稍低水膠比的另外兩組混凝土,通過檢測三組混凝土的工作性能及物理性能,在滿足設計要求的前提下建立水膠比與強度變化的工作曲線,以此確定出能確保混凝土強度滿足要求的水膠比,并計算出符合要求的配合比。

        2.3.1 試驗室配合比計算

        以基準配合比為基礎,以初步配合比確定的水膠比0.30 為中間值上下浮動0.05,形成以B 組為基準組的A、B、C 三組試驗室配合比,見表5。

        表5 試驗室配合比計算

        根據(jù)表5 數(shù)據(jù)拌制三組混凝土拌和物,分別進行工作性能試驗,各組混凝土的工作性能均滿足設計要求。三組混凝土分別成型,在標準條件下養(yǎng)護到試驗齡期后進行相應試驗。

        2.3.2 性能檢測方法

        (1)抗壓強度。本次生態(tài)混凝土抗壓強度按照現(xiàn)行標準GB/T50081-2019[5]執(zhí)行。試塊的承壓面積為150mm×150mm,試驗前1d 用水泥砂漿對混凝土承壓面進行抹平處理,以減少應力集中效應對抗壓強度數(shù)值的影響。

        (2)孔隙率。參照現(xiàn)行標準GB/T2542-2012[6]中的試驗方法對生態(tài)混凝土孔隙率進行測定。具體步驟如下:測量試件的長寬高(L、B、H)。將試件浸入室溫水中,24h 后分別移入水中稱其懸浸質(zhì)量稱量結束后拿出試件,置于懸空的鋼絲網(wǎng)上瀝水一分鐘以上,然后用擰干濕毛巾輕輕擦去內(nèi)表面及外表面的水,立即稱其面干潮濕狀態(tài)質(zhì)量孔隙率按式(5)計算:

        (3)生態(tài)孔徑。生態(tài)孔徑試驗步驟如下:按設計配合比成型試件:試件為圓柱體,直徑185mm,高度100mm;用硬紙將試件封閉并保證結合緊密不透砂,硬紙應高出試件不少于10mm;取一個孔徑大于5mm 的方孔篩將試件固定在篩上。取預先篩選出的2.5~5.0mm 的標準砂100g,置于試件表面上;依次將底盤、標準篩、試樣及盤蓋置于搖篩機上,搖篩5分鐘;搖篩結束后,稱量底盤中的標準砂質(zhì)量并計算通過率。

        2.3.3 檢測結果

        采取上述方法分別對A、B、C 三組試件進行試驗檢測,檢測結果見表6。

        表6 生態(tài)混凝土檢測結果

        表6 試驗結果表明,三組配合比試塊物理力學性能都能符合設計文件的要求,且水膠比對強度影響程度較大?;诒? 水膠比及抗壓強度數(shù)據(jù)建立生態(tài)混凝土抗壓強度-膠水比工作曲線,見圖1。

        圖1 膠水比與強度工作曲線圖

        由圖1 相關性公式y(tǒng)=7.0077x-13.17 可以計算出,達到適配強度11.6MPa 要求時對應的水膠比是3.535,換算成水膠比為0.28。這就是說,當生態(tài)混凝土水膠比為0.28 時,此配合比能夠符合要求。

        2.3.4 最終配合比

        按照基準配合比數(shù)據(jù),以水膠比0.28 調(diào)整依據(jù),確定的試驗室配合比見表7。

        表7 生態(tài)混凝土配合比

        3 跟蹤檢查及性能驗證

        為了驗證該配合比設計思路的可靠性與可行性,配合比完成后在施工過程中對其進行跟蹤,并在施工現(xiàn)場對混凝土工作性能進行檢測和跟蹤觀察,同時對施工現(xiàn)場成型的五組生態(tài)混凝土試件進行性能檢測,檢測結果見表8。

        表8 生態(tài)混凝土性能檢測結果

        上述跟蹤檢查結果均符合設計要求,證明此次配合比設計是成功的,該生態(tài)混凝土配合比設計思路是合理可行的。

        4 結束語

        在本次試驗過程中總結出以下特點:

        (1)水膠比對生態(tài)混凝土抗壓強度影響較大。

        (2)設計空隙率對生態(tài)混凝土拌和物工作性影響顯著。

        (3)當設計孔隙為28%,水膠比0.28 時,生態(tài)混凝土在施工條件下可以達到5MPa。

        本文用透水混凝土相關設計理論作為指導思想,在生態(tài)混凝土配合比設計時進行一系列的計算、調(diào)整、試驗檢測,證明該生態(tài)混凝土配合比設計理論的適用性。

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