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2 0 1 3年第 6期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRET E AND CEMENT P R0DUCTS 2 01 3 No 6 J u n e 浆体 比对混凝土性能的影响 陈文超 ， 蓝垂林 ， 林 欢 ， 杜 鹏 ， 王 玲 ， 高春勇 ( 1 中国人民解放军 9 2 3 0 1 部队 ， 北京 1 0 0 1 4 1 ； 2 中国建筑材料科学研究总院， 北京 1 0 0 0 2 4 ) 摘要 ： 合理 浆体 比的确定需要考虑工程的类别及混凝 土各项 性能的设计要求 ， 高速铁路 、 预拌 混凝 土和海工 工程 等所使 用的混凝土都应对浆体比做 出较为明确 的规 定。研 究表 明， 由于海工混凝 土需要严格控制收缩 开裂 ， 应 在满足混凝土其他性能要求的前提 下 ， 尽量选择最小的浆体比。 关键词 ： 配合 比设计 ； 浆体 比； 海工混凝土； 收缩开裂 Ab s t r a c t ：A r e a s o n a b l e r a t i o o f p a s t e v o l u me mu s t me e t t h e n e e d s o f v a ri o u s p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e f o r d i f f e r e n t p r o j e c t s ， t h e r e f o r e ， t h e r a t i o o f p a s t e v o l u m e s h o u l d b e e x p l i c i t l y s t i p u l a t e d r e s p e c t i v e l y for t h e c o n c r e t e o f h i g h - s p e e d r a i l - wa y 。 r e a d y mi x e d c o n c r e t e a n d ma ri n e e n g i n e e ri n g e r e s e a r c h i n d i c a t e s t h a t a s for ma ri n e c o n c r e t e n e e d i n g t h e s t ric t c o n t r o l o f s h rin k a g e c r a c k i n g ， a mi n i mu m r a t i o o f p a s t e v o l u me s h o u l d b e t h e p ref e r e n t i a l c h o i c e wi t h t h e o t h e r p r o p e r t i e s s a t i s fi e d Ke y wo r d s ： Mi x p r o p o r t i o n d e s i g n ； Ra t i o o f p a s t e v o l u me ； Ma rin e c o n c r e t e ； S h ri n k a g e c r a c k i n g 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3) 0 6 2 1 一 O 4 0前 言 配合 比设计是混凝土材料科学 中最基本而又 最重要 的一个 问题。然而 ， 由于混凝土是一种高度 非均质的多相复杂体系 且随着原材料 的变化和性 能要求的不断提高 ，混凝 土配合 比设计越来越复 杂 ， 配合 比设计要素也越来越多 。 浆体 比就是其 中 之 一 。浆 体 比是指 混凝 土 中胶凝 材料 和水 的体积 之 和与混凝土总体积的体积之比， 可由式( 1 ) 计算 ： = 式 中， 为浆体 比； V 、 V 和 分别代表水、水泥 和掺合料的体积 ； 为混凝土的总体积。浆体 比影 响 昆凝土的新拌性 能 、 力学性能 、 收缩性 能和耐久 性能等， 浆体 比过低使得骨料表面包裹的浆体量减 少 ， 影响混凝土的和易性【 ： 而浆体比过高又会增大 混凝土 内部的水化热和不均匀收缩 导致混凝土结 构的稳定性下降 ， 影响混凝土的耐久性和抗裂性圆 。 基于复合材料学理论可知 ， 浆体组分 中的孔 隙 和裂缝 的体积要远高于骨料 的孑 L 隙 因此 。 适量减 小浆体所 占的比例将会有效地获得混凝土 的最小 孑 L 隙率 。使拌制 出的混凝土具有较好的工作性 、 较 高的强度及优异的耐久性和抗裂性 。因此 ， 选择浆 体 比的原则是 ： 在满足混凝土各项性能要求的前提 下 ， 尽可能选择最小的浆体比。目前 ， 我国铁路行业 基金项 目： 国家科技攻关计 划项 目( 2 0 1 1 B A E 2 7 B 0 3 ) 。 标准 T B T 3 2 7 5 2 O 1 1 铁路混凝 土 、 普 通混凝土 标准 G B T 5 0 7 4 6 -2 0 0 8 混凝土结构耐久性规范 和道路用混凝土阁 都分别提出了对浆体 比的要求。 1 浆体 比对 混凝 土性 能 的影 响 1 1 浆体 比对混凝土新拌性能的影响 混凝土 的新拌性能又称工作性能 ， 主要是指混 凝 土 的 和易 性 ， 影 响 因 素包 括 用水 量 、 胶 凝 材 料 和 骨料等 ， 因此 ， 浆体 比的大小对混凝土 的新拌性能 影响很大。王林等【 研 究发现在新拌混凝土中， 浆体 主要起润滑作用 ， 赋予混凝土较好的和易性 。如果 浆体 比过小 。 混凝土 中浆体含量较少 ， 砂石表面包 裹 的浆量就少 ， 此时混凝土的流动性较差。许朝阳 3 】 认为浆体 比过小时 ， 骨料 比重较大 ， 不仅使混凝 土 流动性降低 ， 而且易发生泌水 、 离析现象 ， 随浆体 比 增 加 ， 和易 性会逐 渐 变好 。 以上学者的研究表明 ， 浆体比过小影 响混凝土 的和易性 ， 为使混凝 土具有较好 的新拌性能 ， 不应 将浆体 比定的过小 。 1 2 浆体 比对 混凝 土力 学性 能的影 响 通 常所 说 的混 凝 土 力 学 性 能 主要 是 指 混 凝 土 的抗压 、抗折和抗拉等各项强度指标和耐磨性等。 郭洪娟等i4 1 研究了等级为 C 3 0的混凝土在不 同浆体 比条件下 3 d 、 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d的抗压强度 ，结果表 明， 浆体 比较小的混凝土早期强度较高 ， 但浆体 比较大 的混 凝土 后期 强度 发展 迅速 。这是 因为混 凝 土早期 水 泥 没 有 充 分 水 化 。影 响 昆 凝 土强 度 的 主要 是 骨 一 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 6期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 6期 料 。 浆体 比小 的混凝土 中骨料含量相对较高 ， 因此 早期强度较高 ；随着混凝土 中水泥 的逐渐水化 ， 浆 体 比大 的混凝土强度的增长速度一般高于浆体 比 小 的 混凝 土 的增 长 速度 ； 同时还 应 考 虑水 灰 比的作 用 不 同水灰 比条件下 ， 浆体 比对混凝土强度的作 用规律也是不同的， 因为水灰 比的不 同影响了浆体 与骨 料 的粘结 界面 。 吴继兰等翻 通过研究高强混凝土 2 8 d抗压强度 与浆体 比的关系发现 ， 浆体 比对高强混凝土抗压强 度 的影 响有 一个 明显 的 区问 ， 在这 一 区 问 内强度 会 随浆 体 比 的增 大 而 明 显 提 高 ， 超 过 该 区 间 ， 二 者 的 关系开始钝化。这说明混凝土浆体比存在一个最佳 值 ， 即在满足强度要求的同时 ， 又可以节约水泥。美 国学者 Me h t a 、 A i t c i n教授对高性能混凝土进行了大 量的研究 ， 认为要使混凝土同时达到最佳 的施工和 易性和强度性能 ， 混凝土的浆体比应在 0 3 5左右嘲 。 郑 秀华等川 研究 了浆体 比对轻骨料混凝土 2 8 d 抗压强度和耐磨性的影响规律 。研究表 明， 在一定 范 围 内 ， 随 着 浆 体 比的 增 大 ， 混 凝 土 2 8 d抗 压 强度 增大 ， 耐磨性提高。 刘广 同等嘲 研究发现在一定范围内 ， 混凝土各 龄期抗压强度均随浆体 比的增大 出现先升高后降 低 的趋 势 ， 如 图 1所 示 各 龄 期抗 压 强 度达 到 最 大 值时的浆体 比为 0 3 5 。但通过研究浆体比对混凝土 C l - 扩散系数的影响 ， 最终将最佳浆体 比定为 0 3 2 5 。 皇 骥 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 O 龄期 d 图 1 浆 体 比对 混 凝 土 各 龄 期 抗 压 强 度 的 影 响 以上学者的研究表 明，无论是普通混凝土 、 高 强混凝土 、 高性能混凝土还是轻骨料混凝 土 在一 定 的范 围 内增 大浆 体 比对 提 高 混 凝 土 的强 度 和 耐 磨性有利 ， 但是浆体比的最佳值不一定是使混凝土 强度达到最高的值 ， 应根据实际工程对混凝土的强 度 要求结 合其 他性 能要 求来 确定 此最 佳值 。 1 3 浆体 比对混 凝 土收缩 性 能的影 响 混 凝 土 的收缩 性 能也 会 受 到用 水 量 、 胶 凝 材料 用量和骨料用量等的影响。因此 ， 研究学者对浆体 一 2 2一 比与混凝土收缩性能的关系做了大量研究 。郭洪娟 等同 研究了 C 3 0混凝土在不 同浆体 比条件下各龄期 的收缩性 ， 结果表 明， 在一定 的范围内， 混凝土的各 龄期收缩值都会随浆体比的增大而增大 ， 浆体 比较 小的混凝土随龄期 的增大收缩发展趋势也较缓。廉 慧珍等嘲 也认为水胶 比一定时， 浆体 比小 的， 抗收缩 性强 、 体积稳定性好 、 开裂风险低 ， 反之则相反。 熊剑平I - 0 认 为浆体与骨料相 比， 其属于道路混 凝土中薄弱的多孔部分 ， 加上浆体是水化收缩作用 的根源 。 所 以也是耐久性和抗裂性设计控制 的因素 之 一 。 因此 ， 针 对属 于 薄壁 大平 面 板 结 构 的道 路 混 凝土而言 仍需要通过限制其浆体 比达到控制施工 抗裂性和早期抗裂性的 目的。通过研究可 以发现 ， 当浆体 比按一定 比例增大时 ， 混凝 土的早期收缩变 形值几乎增大相同的比例 ， 这说 明了浆体 比与道路 混凝土的早期收缩有显著关联。这是因为浆体是混 凝土内部水化热和毛细管可蒸发水量 的主要来源 ， 增大浆体 比， 混凝 土内部 的水化热增大 ， 可蒸发毛 细管中水量的增加导致 了毛细管拉力 的增大 ， 再加 上增大浆 体 比会相应降低起 限制收缩开裂作用 的 骨料含量 ， 这三者的综合作用导致 了混凝土早期抵 抗收缩变形能力 的降低。 F M L e a t “ 】 不加掺合料 制作 了不配筋的素混 凝土试件 测试其 6个月 的标准收缩 ， 然后将水灰 比为0 5 、特征强度为 5 O MP a条件下测得的骨灰 比 对混凝土试件标准干缩值的影 响单独作 图， 结果如 图 2所示。实验结果表明 ， 水灰 比一定( 特征强度基 本相 同) 时 ， 骨灰比越高 ， 标准收缩越小 。这是因为 骨灰 比越 大 ， 水 泥用 量 就 越少 ， 即浆 体 比越 小 ， 引发 收缩 的浆体含量越少 ； 而骨料含量越多 ， 限制浆 体 收缩 的约束越强。 以上 学 者 的研 究 表 明 ， 在 一 定 范 围 内 浆 体 比 越 小 混 凝土 的抗 收缩 开裂 性能 越好 。 1 4 浆体 比对混凝土耐久性能的影响 郭洪娟等 还研究了等级为 C 3 0的混凝土在不 同浆体 比条件下各龄期的抗氯离子渗透性 ， 结果见 图 3 。结果 表 明 ， 在 一定 范 围 内 ， 混 凝 土各 龄期 的抗 氯离子渗透性均随浆体比的增大而变弱 ， 即浆体 比 小 的混凝 土抗 氯离子渗透性更强 ，最佳浆 体 比为 0 3 2 5 。刘广同等嘲 也研究了浆体比对混凝土氯离子 扩散系数的影响 ， 选择 的浆体 比范 围更 宽 ， 在此 范 围内， 混凝土 的氯离子扩散系数 随浆体 比的增大呈 现 先 减小 后 增大 的趋 势 根 据 最小 氯离 子 扩 散 系数 选择的最佳浆体比为 0 3 2 5 。与郭洪娟等研究得 出 的最佳浆体 比一致。 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈文超 ， 蓝垂林 ， 林欢 ， 等 浆体 比对混凝土性能的影响 1 O 0 0 8 0 0 皇 6 0 0 嫖4 0 0 j苎2 o o O 35 4 2 8 5 9 4 6 4 4 7 1 9 1 8 骨灰 比 图 2 水灰 比为 0 5时骨灰比对 混凝 土试 件收缩性 能的影响 樊晓红【 2 1 研究了无砂透水混凝土的抗冻性与浆 体 比的关系。研究表明， 水胶 比相 同时， 在一定范围 内， 混凝土的抗冻性随着浆体比的增大而增强。 以上学者的研究表明 ， 浆体 比对不同的耐久性 能影响趋势不 同， 因此 ， 合理 的浆体 比要根据实际 工程 的需 要进 行确 定 。 2合理 浆体 比 的确定 2 1 高速铁路用混凝土的浆体 比 在 我 国铁 路 行 业 标 准 T B rI 1 3 2 7 5 2 0 1 1中 对 混凝土 的浆体比提出了如表 1所述 的要求。 表 1 不 同强 度 等 级铁 路 用 混凝 土最 大浆 体 比 强度等级 浆体 比 C 3 0一C 5 0 ( 不含 C 5 0 ) C 5 0一C 6 0 ( 含 C 6 0 ) C 6 0以上 ( 不含 C 6 0 ) 0_ 3 2 0- 3 5 0 3 8 高速铁路工程所使用 的混凝土构件很多 。如 ： 桥梁承 台和墩 台身 、 涵洞的侧墙 和盖板 、 各种混凝 土梁 、 无砟轨道及基座 、 电杆和路基支挡等 。 这些构 件所使用的混凝土按规定必须是高性能混凝土 。 比 普通铁路所使用的混凝土使用年限要求更久 ， 即无 论是强度 、 耐磨性还是工作性 、 耐久性 的要求都更 高 ， 强度的选择一般至少为 C 5 0等级以上。 然而 ， 根据 以上 学者的研究 ， 减小浆体 比对混 表 2 北京某混凝土搅拌站的混凝土浆体 比 一 2 3 7 6 5 4 3 2 l 一 z g 0 _【 ) 、 衽 韫 一 I 一 I I 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 6期 混凝 土 与水泥 制 品 总第 2 0 6期 土 的浆体 比。然而 。 降低混凝土的浆体 比存在着施 工工作性差的问题 不利于施工。为解决这一问题 ， 海 工工 程 通 常 在 施 工 现 场 设 立 搅 拌 站来 缩 短 运 输 距离和运输时间。结合海工工程实际情况和相关标 准 ， 建议浆体 比满足表 5所述的要求 。 表 5 不 同强 度等 级 海 工 混 凝 土 最 大 浆 体 比 强度等级 浆体 比 C3 0 C5 0 ( 不 含 C 5 0 ) C 5 0 C 6 0 C 6 0以 上 ( 不 含 C 6 0 ) 0 - 3 0 O 3 3 0 - 3 6 3结 论 ( 1 ) 在一定范 围内 ， 浆体 比的减小对混凝土各 性能的影响不同 ： 使混凝土流动性降低 ， 造成施工 和易性变差 ：使混凝土抗压强度和耐磨性降低 ； 使 混凝土抗收缩能力增强 有效控制开裂 ； 使混凝 土 抗氯离子渗透性增强 ， 但会降低混凝土的抗冻性。 ( 2 ) 由于 以上矛盾的存 在 ， 使 得各项工程所使 用的混凝土浆体 比各有不同 ， 合理的浆体 比需要根 据不 同工程所处的环境条件和设计要求来确定 ， 这 对保证工程的质量和使用年限十分重要 。 ( 3 ) 由于海工混凝土相对于其他工程使用的混 凝 土 有 着 更 加 特 殊 的 要 求 因此 ， 在 满 足 其 他性 能 要求的前提下， 应选择最小的浆体 比。 参 考 文 献 ： I 】 王林， 王栋 民 关于 当代混凝 土配合 比设 计方 法 的探讨 一 24一 J 新型建筑材料， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 7 3 7 6 【 2 申爱琴， 梁军林， 熊建平 道路水 泥混凝 土的结 构 、 性能 与 组 成设 计 M】 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 1 I 【 3 】 许朝阳 导管法水下粉煤灰砼配 比试 验研 究【 J 】 粉煤灰综 合利用 2 0 0 4 ( 5 ) ： 1 7 1 9 4 郭 洪娟， 马智法， 宋琦 调 整浆骨 比优化混凝 土配合 比试 验研究 J 东北水利水 电， 2 0 0 7 ， 2 5 ( 7 ) ： 6 8 7 0 5 】 吴继兰， 张利 民， 高明， 等 高强混凝土数学模 型 J 】 山东 科技大学学报：自然科学版， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 3 ) ： l 1 0 一 l 1 7 【 6 】 冯乃谦 高性能混凝土啡 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 6 7 】 郑秀华， 葛勇， 李 惠 轻骨料混 凝土耐磨 性影响 因素的研 究J 】 低温建筑技术， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 8 2 0 【 8 】 刘 广同， 张宝 生， 袁杰 基 于最佳浆 骨 比的混凝 土配合 比 设计方法研究【 J 】 _ 混凝土， 2 0 0 3 ( 7 ) ： 3 2 3 4 【 9 】 廉慧珍， 李玉琳 关 于混凝 土配合 比选 择方 法 的讨 论 J 混凝土。 2 0 0 9 ( 5 ) ： 1 - 4 l O 熊剑平 基于系统论 的道路混凝 土多指标组成设计 方法 f D 1 长安： 长安 大学， 2 0 o 8 【 1 1 】 F M L e a T h e c h e mi s t r y o f c e m e n t a n d c o n c r e t e【 M】 L o n d o n ： Ch e mi c a l P u b l i s h i n g Co mp a n y ，1 9 7 0 【 1 2 】 樊 晓红 无砂 透水混凝土抗冻性能研 究 J 】 低温建筑技 术 2 0 1 0 ( 1 2 ) ： 1 8 1 9 收 稿 日期 ： 2 01 3 0 4 2 8 作者简介 ： 陈文超 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 高级 工程师。 通讯地址 ： 北京丰 台小屯路 l l 号 联 系 电 话 ： 0 1 0 6 6 9 7 8 5 9 8 E ma i I ： l a n c h u i l i ns i n a c om 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m