高性能混凝土用水量

高性能混凝土用水量

1　高性能混凝土用水量的取值原則
1.1　保證高性能混凝土工作性需要
　　混凝土工作性特性是流動性，主要取決于混凝土單位用水量。我國現(xiàn)行混凝土設(shè)計規(guī)范中混凝土用水量的取值是依據(jù)混凝土坍落度和石子最大粒徑確定的。設(shè)計高性能混凝土配合比時，用水量仍以滿足其工作性為條件，按規(guī)范所列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用。
1.2　根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級設(shè)定最大用水量
　　高性能混凝土的早期開裂問題已引起國際混凝土界的關(guān)注。由于高性能混凝土水膠比低，混凝土水化引起的早期自收縮有時達(dá)到混凝土總收縮的50%，因而對于早期(甚至在初凝后)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)母咝阅芑炷?，常出現(xiàn)早期開裂。解決問題的主要途徑是：采取多種手段，加強(qiáng)早期濕養(yǎng)護(hù)；降低膠凝材料用量，減小混凝土總收縮值。對于后者，最有效的辦法是降低單位用水量，常通過摻用高效減水劑來實(shí)現(xiàn)。在這方面，美國學(xué)者，設(shè)定高性能混凝土中水泥漿與集料的體積比為35∶65，對不同強(qiáng)度等級的混凝土設(shè)定用水量。日本學(xué)者則設(shè)定：C50～C60混凝土，單位用水量為165～175kg/m3；C75以上混凝土，單位用水量為150kg/m3，對C75混 凝土，強(qiáng)度每增加15MPa，每立方米混凝土用水量減少10kg。
2　高性能混凝土用水量的計算
2.1　計算公式
　　對于密實(shí)的混凝土，膠凝材料漿的體積應(yīng)略多于集料的空隙率。根據(jù)吳中偉先生的研究結(jié)果，砂石配合適當(dāng)時，集料最小空隙率為：
　　　　α=(視密度-體積密度)/視密度　　　　　　　　　　　　　(1)
α通常在20～22%之間。在進(jìn)行混凝土配合比計算時，根據(jù)原材料與工作性的要求，決定膠凝材料漿量的富余值(β)。對于大流動性混凝土，富余值為9～10%［1］。
　　1立方米高性能混凝土中膠凝材料的重量J(kg)由式(2)計算：

式中　Pi——膠凝材料各組分占膠凝材料總量的百分?jǐn)?shù)；
　　　γi——膠凝材料各組分的密度，g/cm3。
則高性能混凝土用水量W(kg/m3)的計算公式為：
　　　　W=J×水膠比　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)
2.2　計算外加劑減水率
　　對于不摻減水類外加劑的混凝土，其用水量可參照J(rèn)GJ55中的規(guī)定取值。借助于數(shù)值分析方法可知：混凝土單位用水量對粗集料最大粒徑的偏導(dǎo)數(shù)與粗集料最大粒徑的乘積是該偏導(dǎo)數(shù)與粗集料最大粒徑的線性組合；單位用水量與坍落度成線性關(guān)系。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得到使用碎石和卵石的混凝土用水量W1和W2計算公式如下：

式中，D為粗集料最大粒徑(mm)；Z為坍落度表征值，當(dāng)坍落度為10～30、30～50、50～70、70～90mm，Z分別為1.3、3.5、5.7、7.9；［Z/7］為取整函數(shù)。
　　當(dāng)混凝土坍落度小于等于70～90mm時，外加劑減水率u(%)計算公式如下：

      必須注意，市售某些品牌的萘系減水劑，引氣、泌水偏大，減水率滿足高性能混凝土要求，但水泥用量大，混凝土性能差，不宜選用。SM系減水劑，因合成條件不同，對混凝土坍落度經(jīng)時變化的影響也不同，選用時應(yīng)予重視。
3.2　摻用活性磨細(xì)材料
　　活性磨細(xì)材料又稱礦物外加劑，用于高性能混凝土具有顯著的優(yōu)越性，和高效減水劑共同使用，既可減少混凝土用水量(礦物外加劑具有一定的減水分散作用)，又可節(jié)省水泥，降低混凝土成本，提高混凝土性能。
3.3　嚴(yán)格選材
　　與普通混凝土相比，高性能混凝土的石子最大粒徑通常小于25mm(C50混凝土石子最大粒徑可放寬到31.5mm)；砂的細(xì)度模數(shù)宜為2.6～3.0［1］；磨細(xì)礦渣細(xì)度應(yīng)在4000cm2/g以上，或選用Ⅰ，Ⅱ級粉煤灰。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)將重點(diǎn)放在砂石原材料的選用上，因?yàn)橥┕挝徊荒鼙ＷC石子具有連續(xù)級配，砂的細(xì)度模數(shù)有時達(dá)不到2.6。對于前者，可用兩種或兩種以上石子配合使用來加以解決，而對于后者，應(yīng)盡量滿足要求，以使砂石最小混合空隙率在20～22%之間。
　　作者曾做過這樣一個試驗(yàn)：用ISO法測定的P.Ⅱ42.5級硅酸鹽水泥，5～16mm及16～31.5mm 碎石，F(xiàn)M等于2.8砂，Ⅰ級粉煤灰，SM高效減水劑(摻量為膠凝材料的0.6%)，配制C50混凝土。當(dāng)單獨(dú)使用16～31.5mm石子時，混凝土配合比為：C+FA480kg/m3，砂kg/m3，石子1150kg/m3，水167kg/m3。當(dāng)用兩種石子混合使用時，混凝土配合比為：C+FA400kg/m3，砂756kg/m3，5～16mm石子397kg/m3，16～31.5mm石子737kg/m3，水160kg/m3。試驗(yàn)結(jié)果表明，砂石及其配合，對混凝土配合比影響較大。
4　結(jié)束語
　　高性能混凝土的應(yīng)用已較普及，但應(yīng)用技術(shù)尚待完善。本文提出高性能混凝土用水量的問題，旨在與混凝土工程技術(shù)人員共同探討高性能混凝土的配合比及材性，交流應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以利推廣。