孔先輝
(福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司,福建 福州 350012)
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。
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:
由式(1)確定粗集料用量:
由式(2)確定膠結料漿體體積:
初步水膠比根據(jù)經(jīng)驗確定,取0.30 左右。
由式(3)確定水泥用量:
由式(4)確定用水量:
(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‰。
2.2.1 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
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
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。
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。