CN112341089A - 一种承重结构清水混凝土配合比设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于包括以下步骤：a、配置清水混凝土所用材料，所述材料包括水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料及修补涂料；b、清水混凝土的配合比要按照《普通混凝土配合比设计规范》的规定进行；c、清水混凝土的制备和运输中搅拌清水混凝土时应采取强制搅拌设备，制备成的清水混凝土拌合物工作性能应稳定，且无泌水离析现象，清水混凝土浇筑前应急速搅拌罐车1min以上，禁止中途加水，控制清水混凝土拌合物入泵时的塌落度。本发明的承重结构清水混凝土配合比设计方法具有对承重结构清水混凝土配合比设计的普遍指导意义，基于实际操作，注重实用价值和创导承重结构清水混凝土配合比设计方案新路径的优点。

Description

一种承重结构清水混凝土配合比设计方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土配合比设计方法，具体地说，是一种承重结构清水混凝土配合比设计方法。
背景技术
中国专利CN111056791A于2020年4月24日公开了一种钢壳沉管自密实混凝土配合比设计方法，其中配合比设计方法包括：配置混凝土所用材料；采用固定砂石体积含量计算法，计算出初步配合比；根据正交试验设计方法原理，对初步配合比进行影响因素分析，得出优选配合比；对优选配合比进行试验验证，得出最优配合比；对最优配合比进行工艺试验，确定最优配合比满足生产要求。但该混凝土配合比设计方法对清水混凝土配合比设计方法相去甚远，毕竟钢壳沉管自密实混凝土与用于饰面装饰效果的清水混凝土属于两种不同应用范畴。
中国专利CN110105020A于2019年8月9日公开了一种清水混凝土，其中包括重量份的各原料制成：表面改性纳米硼纤维5-10份、高岭土5-10份、伊利石粉10-15份、碎石20-30份、蛭石砂5-10份、细沙20-30份、硅酸盐水泥40-50份、复合添加剂1-5份、水20-30份。该技术方案采用一些表面活性剂制取清水混凝土，且公开了清水混凝土试样的抗压强度、抗渗性和早期抗开裂性能、泌水率、含气量性能，但并不涉及承重的清水混凝土，更没有对至关重要配合比、胶凝材料、外加剂、混凝土的和易性作出限定。
中国专利CN111559890A于2020年8月21日公开了一种清水混凝土，其中包括含碱性电解水的清水混凝土，通过变化水胶比、掺和料掺量及龄期等因素对混凝土强度、抗裂性及耐久性能的影响，优化清水混凝土的配合比设计，降低了水泥用量。然而该技术方案没有限定清水混凝土配合比设计要求，没有明确限定水泥用量、胶凝材料用量及其等级、坍落度等技术参数。因此其对承重结构清水混凝土配合比设计方法不具普遍指导意义。
由此，无论是普通混凝土，还是清水混凝土，能起到饰面装饰效果，而真正用于承重构件的则少之又少，而配合比又是清水混凝土的核心所在。因此，针对承重的清水混凝土构件，其配合比的设计至关重要。普通混凝土的配合比往往根据搅拌站的经验值即可完成，而清水混凝土的配合比，对材料的要求更高，特别是针对胶凝材料的组成，外加剂的掺量，每种材料的变化都会对清水混凝土的和易性产生影响。在清水混凝土领域如何提供一种承重结构清水混凝土配合比设计方法成为工程上亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种安全可靠的承重结构清水混凝土配合比设计方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于包括以下步骤：
a、配置清水混凝土所用材料，所述材料包括水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料及修补涂料；
b、清水混凝土的配合比要按照《普通混凝土配合比设计规范》的规定进行；
c、清水混凝土的制备和运输中搅拌清水混凝土时应采取强制搅拌设备，制备成的清水混凝土拌合物工作性能应稳定，且无泌水离析现象，清水混凝土浇筑前应急速搅拌罐车1min以上，禁止中途加水，控制清水混凝土拌合物入泵时的塌落度。
本发明的承重结构清水混凝土配合比设计方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的方法，其中所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且强度不低于42.5级。
前述的方法，其中所述矿物掺合料选用优质的粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、天然沸石粉，粉煤灰要采用矿渣粉煤灰，并且品质要求最少达到II级标准。
前述的方法，其中所述细骨料中砂的实际颗粒级配除4.75mm和600μm筛档外，允许超出，但各级配给筛余超出值总和应不大于5%。
前述的方法，其中所述粗骨料应选用连续级配，颜色均匀、洁净，含泥量小于1.0%，泥块含量小于0.5%，针片状颗粒含量不大于15%。
前述的方法，其中所述修补涂料应选用混凝土表面具有保护作用的透明涂料。
前述的方法，其中所述清水混凝土的配合比中砂率宜在35%-42%的范围内。
前述的方法，其中所述清水混凝土的配合比中水泥用量不应低于300kg/m3。
前述的方法，其中所述清水混凝土的配合比中粗骨料用量不宜低于1000kg/m3；细骨料用量不宜低于620kg/m3。
前述的方法，其中所述清水混凝土拌合物入泵时的塌落度应控制在200±20mm，扩展度应控制在450±50mm。
采用上述技术方案后，本发明的承重结构清水混凝土配合比设计方法具有以下优点：
1、混凝土配合比设计方法科学合理，提出完整的体系化设计方案，可操作性强；
2、对承重结构清水混凝土配合比设计方法具普遍指导意义；
3、基于实际操作，注重实用价值，创导承重结构清水混凝土配合比设计方案新路径。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作更进一步说明。
实施例1
本发明的承重结构清水混凝土配合比设计方法，包括以下步骤：
a、配置清水混凝土所用材料，所述材料包括水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料及修补涂料；本实施例中清水混凝土的原材料要求：水泥：宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且强度不低于42.5级，针对异形大截面构件的水泥采用低水化热的矿渣水泥较好；矿物掺合料：应选用优质的粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、天然沸石粉，粉煤灰要采用矿渣粉煤灰，并且品质要求最少达到II级标准；细骨料：根据《建筑用砂》GB14684-2011中6.1对砂子级配的要求，砂的颗粒级配应符合表1的规定；砂的级配类别应符合表2的规定。对于砂浆用砂，4.75mm筛孔的累计筛余量应为0。砂的实际颗粒级配除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但各级配给筛余超出值总和应不大于5%。原材料的含泥量要求：根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》 JGJ52中2.1.6对含泥量的规定：砂中公称粒径小于80μm颗粒的含量称之为含泥量，砂中公称粒径大于1.25mm，经水洗、手捏后变成小于630μm颗粒的含量称之为泥块含量。根据表3.1.3对天然砂中含泥量的规定，当混凝土强度≥C60时，天然砂的含泥量要≤2.0%，当混凝土强度在C30≈C55之间时，天然砂的含泥量要≤3.0%。根据表3.1.4对砂中含泥块量的规定，当混凝土强度≥C60时，砂的含泥块量要≤0.5%，当混凝土强度在C30至C55之间时，砂的含泥块量要≤1.0%。
根据《清水混凝土应用技术规程》JGJ169-2009中的表5.2.3-2的规定，大于等于C50强度的混凝土含泥量应≤2.0%，泥块含量应≤0.5%。此外，还包括其他指标要求：根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52中表3.1.6对砂坚固性的要求，砂子经硫酸钠溶液检验，试样经5次循环后，重量损失要≤10.0%。根据表3.1.8中对砂中有害物质限值要求，砂中云母含量（按重量计）要≤2.0%；轻物质含量（按重量计）要≤1.0%；硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3按重量计）要≤1.0%。
根据上述技术规程的3.1.10规定，对于钢筋混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.06%（以干砂的质量百分率计）；对于预应力混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.02%（以干砂的质量率计）。根据《建筑用砂》GB14684-2011中6.5对砂子表观密度、堆积密度、空隙率的规定，砂的表观密度应不小于2500kg/m3；松散堆积密度应不小于1400kg/m3；空隙率应不小于44%。粗骨料：应选用连续级配，颜色均匀、洁净，含泥量小于1.0%，泥块含量小于0.5%，针片状颗粒含量不大于15%，而在我国露出地表岩石中，以花岗岩、石灰岩居多，玄武岩次之，安山岩和灰绿岩、凝灰岩再次之。混凝土工程多就地取材，清水混凝土粗骨料因强度要求和价格问题往往选择当地最优石材进行搅拌；对于修补涂料的要求：应选用混凝土表面具有保护作用的透明涂料。涂料应有防污染、憎水性、防水性。
b、清水混凝土的配合比要按照《普通混凝土配合比设计规范》的规定进行，其中清水混凝土配合比设计要求：砂率宜在35%-42%的范围内。所述清水混凝土的配合比中水泥用量不应低于300kg/m3。在满足技术要求的前提下，宜采用低胶凝材料用量；清水混凝土的配合比中粗骨料用量不宜低于1000kg/m3；细骨料用量不宜低于620kg/m3。同时，为满足体积稳定性的要求，各等级混凝土的最大水胶比不宜超过0.45。
c、清水混凝土的制备和运输中搅拌清水混凝土时应采取强制搅拌设备，每次搅拌时间宜比普通混凝土延迟20-30秒；制备成的清水混凝土拌合物工作性能应稳定，且无泌水离析现象，90min后塌落度损失不宜小于30mm。清水混凝土浇筑前，应急速搅拌罐车1min以上，禁止中途加水，宁可退车也不允许加水。清水混凝土拌合物入泵时的塌落度应控制在200±20mm，扩展度应控制在450±50mm。
实施例2
本发明的承重结构清水混凝土配合比设计方法，包括以下操作步骤：
步骤一：先根据清水混凝土的设计强度确认水胶比，C50的水胶比介于0.35-0.4之间，C60的水胶比介于0.32-0.38之间，水胶比的确认对于混凝土的配合比很重要，代表着强度等级的差异。
步骤二:根据《清水混凝土应用技术规程》JGJ169-2009中的规定，配制清水混凝土时，应采用矿物掺合料，而矿物掺合料不仅可以提高混凝土和易性，还可以调节混凝土的颜色已到达设计要求，更能降低水化热，防止大型构件清水混凝土开裂的情况。
步骤三：确认石子的含量，高强度混凝土往往对石子强度要求很高，并且石子的含量控制在950-1050之间为宜，而且，石子的大小应根据钢筋的密集程度普遍会选择5-25或者5-20的规格，种类要选择当地高档材料，含泥量要小于1.0%，泥块含量小于0.5%。
步骤四：外加剂的选择尤为重要，高标号的清水混凝土对外加剂很敏感，清水混凝土的外加剂主要会以引气剂（在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡且能保留在硬化混凝土中的外加剂）、高效减水剂（在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌和用水量的外加剂）、缓凝高效减水剂（兼有缓凝功能和高效减水功能的外加剂）。整体外加剂的掺量在2%-3%，具体配比要按照试搅拌的混凝土状态而定。
步骤五：混凝土在试配过程中，要确保和易性满足钢筋设计要求下的浇筑效果，配筋率在5%以下，坍落度要在180±20，坍损保持在10%以下；配筋率在5%-7.5%时，坍落度要控制在200±20，坍损保持在12%以下。
本发明具有实质性特点和显著的技术进步，本发明的承重结构清水混凝土配合比设计方法不仅可以满足清水混你凝土的强度要求，而且还能满足日常施工需要。特别是和易性的问题，异形清水混凝土构件往往钢筋排布较密，需要很好的流动性才能满足效果。因此，按照清水混凝土配合比的设计思路可弥补施工单位对于清水混凝土控制配合比的空白，为清水混凝土的源头控制和浇筑效果保驾护航。
本发明的承重结构清水混凝土配合比设计方法在浙江衢州市体育中心场馆PPP项目工程中运用，效果显著，受到各方充分肯定，成为优秀设计思路与成功实践的完美结合典范。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于包括以下步骤：
a、配置清水混凝土所用材料，所述材料包括水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料及修补涂料；
b、清水混凝土的配合比要按照《普通混凝土配合比设计规范》的规定进行；
c、清水混凝土的制备和运输中搅拌清水混凝土时应采取强制搅拌设备，制备成的清水混凝土拌合物工作性能应稳定，且无泌水离析现象，清水混凝土浇筑前应急速搅拌罐车1min以上，禁止中途加水，控制清水混凝土拌合物入泵时的塌落度。
2.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且强度不低于42.5级。
3.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述矿物掺合料选用优质的粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、天然沸石粉，粉煤灰要采用矿渣粉煤灰，并且品质要求最少达到II级标准。
4.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述细骨料中砂的实际颗粒级配除4.75mm和600μm筛档外，允许超出，但各级配给筛余超出值总和应不大于5%。
5.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述粗骨料应选用连续级配，颜色均匀、洁净，含泥量小于1.0%，泥块含量小于0.5%，针片状颗粒含量不大于15%。
6.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述修补涂料应选用混凝土表面具有保护作用的透明涂料。
7.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述清水混凝土的配合比中砂率宜在35%-42%的范围内。
8.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述清水混凝土的配合比中水泥用量不应低于300kg/m3。
9.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述清水混凝土的配合比中粗骨料用量不宜低于1000kg/m3；细骨料用量不宜低于620kg/m3。
10.如权利要求1所述的承重结构清水混凝土配合比设计方法，其特征在于，所述清水混凝土拌合物入泵时的塌落度应控制在200±20mm，扩展度应控制在450±50mm。
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