现代混凝土特点与配合比设计方法.pdf

第 1 3卷 第 6期 2 0 1 0年 1 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI ALS Vol _1 3No 6 De c ， 2 01 0 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 7 0 5 0 6 现代混凝土特点与配合比设计方法 傅 沛兴 ( fi t 京 市建 筑工程研 究 院 ， 北京 1 0 0 0 3 9 ) 摘 要 ：对 于广 泛应 用高效减水 剂与矿 物掺合 料 且要 求 有较 优施 工性 与耐 久性 的现代 混 凝 土 ， 由于 不 同流 变类型混 凝土胶 结材浆体 的流 动性 、 黏 性 以及 粗 集料 级 配 与 用量 差别 很 大 ， 因 而必 须按 不 同流 变类型混凝 土设计 配合 比 提 出了每 种流 变类 型混凝 土胶 结材 浆体 量 范 围与拌 和 用水 量 的选 取 方法 富勒 氏集料连 续级配公 式并不 能适 用于不 同流变类 型混凝 土 ， 因此 建立 了 4个集料连 续级 配计算 式 ， 并通过 这 4个计算式 计算 出各 种流 变类型 混凝土 的适 宜粗 集料 用量 关键词 ：现代 混凝 土 ；配合 比；流 变类型 ；胶 结材 浆体 ；连续级 配 中图分 类号 ： TU5 2 8 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 O 1 0 0 6 0 0 1 Ch a r a c t e r i s t i c s o f M o d e r n Co nc r e t e a n d M i x Pr o p o r t i o n De s i g n M e t h o d FU Pe i xi ng ( Be i j i n g B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e ，B e ij i n g 1 0 0 0 3 9 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n mo de r n c o nc r e t e，hi g h p e r f or ma n c e wa t e r r e d uc i n g a ge nt a nd m i ne r a l a d d i t i v e a r e wi d e l y us e d，a nd t hi s t y pe o f c o nc r e t e i s r e q u i r e d t o ha ve e x c e l l e nt wo r ka b i l i t y a nd du r a b i l i t y To m e e t t he de ma nd o f t h e di f f e r e n t f l u i d i t y，c o he s i o n a bi l i t y o f pa s t e o f c e m e n t i t i ou s ma t e r i a l s o f c on c r e t e wi t h d i f f e r e nt r he o l og y，a nd t he di f f e r e n t gr a d e o f c oa r s e a g gr e g a t e ，t he m i x pr o p o r t i o n o f c o nc r e t e mus t be d e s i gn e d a c c o r d i ng t o i t s t y p e s of r he ol o g y The pr o pe r a mou nt o f p a s t e a n d t he q u a n t i t y o f wa t e r c a n be de d uc e d Be c a u s e t he Ful l e r f o r m u l a o f c o n t i n uo us g r a d i ng a g gr e g a t e c a l c ul a t i n g c a n no t b e a pp l i e d t o c o nc r e t e wi t h d i f f e r e nt r he o l og y，f o ur f or mul a s a r e p r o po s e d s e p a r a t e l y Ba s e d o n s u c h f o r m u l a s ， t h e pr o p e r a mou n t o f c o a r s e a g gr e ga t e i n e a c h k i n d o f c o n c r e t e wi t h di f f e r e nt r he o l o gy c a n b e c a l c u l a t e d Ke y wo r d s：mo d e r n c o n c r e t e；mi x p r o po r t i o n；t y p e o f r he o l og y；p a s t e of c e m e nt i t i ou s ma t e r i a l s；c o nt i nu ou s g r a d i n g 1 混凝土配合 比的现状 2 O世纪二三十年代混凝土 的主要成 分为水泥 、 粗 集料 、 细集料与拌 和水 ， 而且水泥用量 多在 2 0 0 k g m3 以下 ， 因此 大量混凝 土科技 工作者认 为 ， 与混凝 土施 工 工作性 ( 稠度 ) 相关 的需 水量 ， 主要 取决 于 集料 的 特 性 ( 粗集 料最大 粒 径 ) 而 不是 水 泥 的特 性 至今 中 国 普通混凝 土配合 比设计 规程 ( J G J 5 5 2 O 0 O ) 仍 然 只依据碎 石和卵 石的最大 粒径与 混凝土拌 和 物稠 度( 坍落度) 给出每 m。混凝 土的用 水量 表 美 国 AC I 2 l 1 1 9 1 标准 1 同样也 只依 据集 料 的最 大粒 径 和坍落度 给 出每 m。混 凝 土 拌 和水 量 表 ， 与 中国 标准 不 同的是它 没 有 区分 卵石 与 碎石 ， 但 是 区分 了 引气 混凝土 与非引气 混凝土 ， 其 中引 气混 凝土 每 m。 用水 量要少 一些 又如美 国 、 日本 、 欧洲各 国在设计 混凝土 配合 比 时早 已不用 砂率 法 ， 因 为砂 量 随胶 结材 浆体 量 的增 多而 相应减 少 ， 砂 率 不 是稳 定 不 变 的参 数 ， 而 我 国 J O J 5 5 2 O 0 0规 程却仍然采 用砂率 法 上述现 象说 明 ， 在 混凝 土科 学 技 术 已经 有 了飞 跃性 发展 的情 况 下 ， 一 些 国家相 关标 准 还远 落 后 于 现实 的混凝 土生产技 术 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 9 0 1 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 0 5 0 5 第一作者 ： 傅沛兴 ( 1 9 2 4 一) ， 男 ， 福建南平人 ， 原北京市建筑工程研究院教授级高级工程师E ma i l ： f u p x 2 4 v i p s i n a c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 6 建筑材料学报 第 1 3 卷 为此笔者经过多年研究 ， 针对现代混凝土科学 技术 的特 点 ， 探 索 出符 合现 代 混凝 土 技 术现 实 的配 合 比设计 方法 2 现 代 混凝 土 的特 点 与 配 合 比设 计 思 路 自 2 0世纪 7 O年代初 日本与 德 国分别 发 明萘 系 与三聚氰胺 系高 效 减水 剂 以来 ， 混凝 土 科学 技 术 飞 跃发展 由于高效 减 水 剂使 水 泥及 水 化 物颗 粒 形成 互 相排斥 的 电位 ， 解 决 了水 泥在 拌 和水 中的 絮凝 问题 ， 从 而减少 了用 水量 ， 提高 了混凝土拌 和物 的流 动性与密 实性 伴 随 着水 灰 比 的 降低 ， 8 0年代 高强 混凝 土得 到较快发 展 基 于高效减 水剂 的减水 性能 ， 具 备 了大量 掺用矿 物掺合 料 的可 能性 ， 至 9 O年 代初 出现 了施 工性与 耐 久性 均 优 异 的高性 能 混 凝 土 ， 并 进 一步发展 出大 大降低能 耗与噪 音污染 的 自密 实混 凝 土 在高效 减水 剂广 泛 应用 后 ， 随 着人 们 较 易 获得 具 备较好 流动性 与 黏 聚性 的 混凝 土 拌 和物 ， 混 凝 土 的施工方法发生 了革命性变化， 泵送施工迅速成为 普遍 的施工 方法 ， 最高泵 程 已超过 4 0 0 m 干硬 性 与 低 塑性混凝 土也 已广泛掺 用高效 减水剂 与矿 物掺合 料 低塑性 道路混凝 土施 工 中普遍 使用摊 铺机 混凝 土从 原材料 配制 到 施 工技 术 均发 生 了革 命 性 变化 ， 形 成 了现代 混凝 土的特点 混凝土配合 比应按胶结材浆体( 水泥+矿物掺 合料 +水 +外加剂 ) 、 空气 、 砂 、 石 这 4部 分体 积 比进 行设计 设计现代混凝土配合 比重点在于胶结材浆 体 性能和数 量 、 集 料级配 与用量 现代 混凝 土 要 求 具 有 优 异 的耐 久 性 与 工作 性 ( 易成型性 ) ， 而 不 同流 变类 型 混 凝 土胶 结 材浆 体性 能 、 数 量与 集料 级 配 、 用 量 差别 较 大 ， 因而 应按 不 同 流变类 型混凝 土设计配 合 比 3 不 同流变类型混凝土胶结材浆体 量 与拌 和 用水 量 混 凝 土 拌 和 物 分 为 干 硬 性 混 凝 土 ( 坍 落 度 1 8 0 m m) 这 5 种 流变类 型 5 种流 变类 型混 凝 土 胶 结 材 浆 体 的 流 动性 、 黏 性 ( 抗 离析性 ) 和用量差别 很 大 干硬性混凝 土胶结材浆体 的塑性 ( 流 动性 ) 很小 ， 胶结材浆体量一般约为每 m 3 混凝土 1 8 0 2 5 0 L 由 于胶结材浆体少， 集料多 ， 混凝土结构很少开裂， 混 凝 土耐久 性与抗 磨 蚀 性得 到 提 高 ， 至今 世 界各 国的 机 场跑道 多用干硬 性混凝 土 低塑性 混凝 土胶结材 浆体量 较 干硬性混 凝土 稍 多 些 ， 其坍 落度 为 1 0 5 0 mm 由于低塑性 混凝 土抗 裂 性和耐 磨性较 好 ， 国 内外 多用 作 耐久 性 预制 构 件 及道路混凝土， 浆体量一般约为每 m。 混凝土 2 1 0 2 8 0 L 塑性混凝土胶结材浆体量又多一些 在 2 o世纪 六 七十年 代高效 减 水 剂还 未 广 泛应 用 以前 ， 为便 于 施 工 ， 一般 建筑工 程多采 用塑性 混凝 土 ， 其浆 体量 约 为 每 m。 混凝 土 2 5 0 3 0 0 L 为 降低 混 凝 土拌 和 物 内剪切应 力 ， 配制 时适 当添加 塑化剂 或普通 减水剂 流动性 混凝 土是在 高效减水 剂广 泛应用 以后 出 现 的 ， 多用 于泵送 施工 流动性 混凝 土要求胶 结材 浆 体有 较好 的流动 性 和一 定 的 黏性 ( 抗 离 析 性 ) ， 因而 配 制这种 浆体 时不 但 要 添加 高 效减 水 剂 ， 而且 必 须 要有相当数量的粉体( 水泥和矿物掺合料) ， 胶结材 浆 体量约 为每 m。 混凝 土 2 8 0 3 5 0 L 2 0世纪 9 0年 代出现的高耐久性 、 高施工性 的高性能混凝土就是 一 种流动 性混凝 土 大流动性混凝土胶结 材浆 体量更多 大流动性混 凝 土除用 于泵送 施工外 ， 还可用 于 自流平 与免振捣施 工 2 O世纪末 出现 的 自密 实 混凝 土 也是 一种 大 流动 性混凝 土 ， 专用 于免振捣施工 由于抗离析性 的要求 ， 进一步明确规定了粉体材料的最低限量 大流动性混 凝土胶结材浆体量一般为每 混凝土 3 0 0 3 6 0 L， 自密实混 凝土胶结材浆体量则可达 4 0 0 L 上述 5种 流变类 型混凝 土不但 胶结材 浆体 量不 同 ， 胶结材 浆体 的塑 性 ( 流动 性 ) 和黏 性也 有 较 大差 别 ， 即使 流变类 型 相 同 的混凝 土 ， 当其 强度 等 级 ( 水 胶 比) 不 同时 ， 其胶 结 材 浆体 量 也 有差 别 例 如 配制 同样流 动性泵 送 混凝 土 ， C 2 0混凝 土胶 结 材 浆体 量 约为每 m。 混凝 土 2 8 0 L， 而 C 6 0 混 凝土胶 结材 浆体 量则 约为 3 5 0 L 显然在大量掺用矿物掺合料与广泛使用高效减水 剂的情况下 ， 混 凝土拌 和用水量 早 已不仅 仅取决 于集 料的最大粒径， 而是与水胶比、 矿物掺合料品种及数 量、 高效减水剂性能、 胶结材浆体量等密切相关 一般 干硬性混凝土与低塑性混凝土拌和用水量多为 1 0 0 1 5 0 k g m3 ， 塑性混凝土多为 1 2 0 1 7 0 k g m 3 ， 流 动性 混凝土与大流动性混凝土则多 为 1 4 0 1 9 0 k g m 3 鉴 于混凝 土为 工 程结 构 材 料 ， 混凝 土配 合 比除 考虑施 工工作性 外 ， 更 重要 的是要 根据 结构物 强度 、 耐久性要求进行设计 为此首先应按结构强度要求 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 傅 沛兴 ： 现代 混 凝 土 特 点 与 配合 比设 计 方 法 7 0 7 选定 适宜 的水 泥品种并 根据水 泥实际 强度设 定水灰 比， 在充分利用优质高效减水剂减水性能的条件下 ， 按强 度与耐 久性要 求 ， 可 适量 多 掺用 一 些矿 物 掺合 料 ， 以降低水 泥用量 与水 胶 比 ； 再 在该种 流变性 类 型 混凝 土的胶结 材浆 体 量 范 围内 ， 依据 水胶 比设 计适 宜 的拌 和用水量 ， 以配制 出符合要 求 的胶结 材 浆体 配制 经验表 明 ： 只要 胶 结 材 中水 泥 不 少 于 5 O ( 质 量分数 ) ， 骨 料 数 量 与 级 配 适合 该 种 混 凝 土流 变 类 型 ， 施 工振 捣 密实 ， 养护 及 时充 分 ， 不 仅 混凝 土强 度 可 以满 足 设 计 要 求 ， 当水 胶 比小 于 0 3 8 ( 质 量 比 ) 时 ， 混 凝 土的抗 渗 、 抗碳 化性 能都 很 高 ， 且 抗 氯离 子 渗透也 可达到 2 0 0 0 C甚 至 1 0 0 0 C以下 4 按连续级配设计砂 、 石用量 4 1 富勒氏集料 连续级配 公式 现代混 凝土经 近 二 三十 年 的发 展 ， 使 人 们 认 识 到 ， 要配制 优质流变性 ( 易成 型性) 混凝 土拌 和物 ， 集 料 的级配 与优 良粒形 是 必要 的条件 因而 集料 的连 续 级配受到 广泛 的重 视 目前国际上较为普遍应用的集料连续级配计算 式为富勒氏集料连续级配公式_ 2 ： W。一 l O O v D ( 1 ) 式 中： 为粗集料通过 某筛 孔的质 量分 数 ( ) ； d为 筛孔 的孑 L 径( m m) ； D为粗集料最大粒径( ram) 以石子 最 大粒 径 为 2 5 mm 为 例 ， 用 式 ( 1 ) 计 算 集料级 配数据 ， 结 果见表 1 表 1 富勒氏集料连续级配公式算例 T a b le 1 Ca l c u l a t i o n o f Fu l l e r S f o r mu l a f o r c o n t i n u o u s g r a d i n g a g g r e g a t e 从 表 1 可 以看 出， 粒 级每细一 挡 ， 其数 量就 多一 些 很 明显 ， 这样 的石子连 续级配 有利于混 凝土拌 和 物 的流变 性能 鉴于砂 、 石来源与材质的不 同， 在 配制混凝 土时 ， 很难用 与石子 统一的连续级 配要求砂 子 ， 一 般是将原 产地砂 子的粒 度情 况综合起 来考虑 适用 于配制混凝 土的砂子粒 度宜 为偏粗 中砂 ， 比粒 度 为4 5 ， 或细 1 ) J AS S 5 ， 铁筋 3、夕I J 一 工事 ， 2 0 0 3 度模数 为 2 7 3 0 由于混凝土在工程建设 中的广泛 应用 ， 国内外优 质天 然砂 源 日渐 枯竭 ， 宜用 人工砂 与 天然砂调配成适宜 的粒度配制混凝土 4 2砂率 虽然 J G J 5 5 2 O O 0规 程 至今 仍 采用 砂 率 作 为 混凝 土配合 比设计 的主 要参 数 ， 但 稍有 经验 的混凝 土专业技术人员都知道， 在配制混凝土时， 随着水胶 比降 低 、 胶结 材浆 体量 增 加 ， 砂 率 相应 减少 砂 率并 不是 设 计 混 凝 土 配合 比 的必 要 因 素 如 美 国 AC I 2 l 1 1 9 1标准 与 日本 建 筑 学 会标 准 钢 筋 混凝 土 工程 ” 均推 荐采 用 以粗 集 料 用量 而 不 以砂 率 为混 凝土配 合 比的设 计参数 5 混凝土集料连续级配计算式 的探 索 研 究 5 1 不 同流变 类型混凝 土集料 连续级 配计算式 笔者 在参编 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 ( 自密 实 混凝 土 应 用 技术规程 时 ， 曾作过 1年多有关 自密实混 凝 土配 合 比的探 索试验 为 改 善 自密 实混 凝 土拌 和 物 的流 变 性 ， 笔者 曾多 次用 富 勒 氏集料 连 续级 配 公 式计 算 的集料级配配制 自密实混凝土 ， 但在坍落扩展度测 试 中却 出现 少量石 子堆积现 象 在此情 况下 ， 经反 复 试验研 究 ， 笔 者将富 勒 氏连续 级配公 式调 整 为 W。 一 x o o V -d 7 ， 然后试行 自密实混凝土集料级配计算， 结 果如 表 2所示 表 2 用调整后的级配公式试行集料级配计算 T a b l e 2 Ag g r e g a t e g r a d i n g c a l c u l a t e d b y a d j u s t e d g r a d i n g f o r mu l a 将 表 2中的数据 与表 1 对 比， 可 以看 出 ： 表 l 中 2 O ， 1 5 ， l O ， 5 mm孔径筛余为 1 9 2 ： 2 1 7 ： 2 5 7 ： 3 3 5 ， 而 表 2中则相应为 1 7 4 ： 2 0 5 ： 2 5 4 ： 3 6 7 ， 显然 表 2列 出 的集料 级配 中小颗 粒 相对 更 多 ， 有利 于 混凝 土拌 和 物 的流动性 ， 也 就更适合 于拌 制可免 于振 捣 、 仅 通过 自重 流动达 到密实 成 型 的 自密 实混 凝土 通 过 多次 拌和试 验 ， 果然 效果 良好 在此 基础上 设想泵送 流动性 商 品混凝 土拌 和物 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 8 建筑材料学报 第 1 3 卷 的流变 性 处 于 自密 实 混 凝 土 与 普 通 塑 性 混 凝 土 之 间 ， 若将 富勒 氏集 料 连 续 级 配 公 式 调 改 为 z o 。 一 1 0 0 “ D或许可行 通过多次试拌 ， 证明效果 良好 经反复 试验研 究 后笔 者 逐 渐认 识 到 ， 富 勒 氏集 料 连续级配 公式 并 不适 用 于各 种 流 变类 型 混凝 土 ， 只适用于其 中的塑 性混凝 土 宜按 干硬性混 凝 土 、 低 塑性混凝 土 、 塑性混 凝土 、 流动性混 凝土 和大 流动性 混凝土这 5种流变 类型混凝 土分别 建立适 用 的集料 连续级配计 算式 ： ( 1 ) 大流动性 混凝 土 伽 一1 0 o - D 。 ( 2 ) 流动性 混凝 土 一 1 0 0 2 痂 ( 3 ) 塑性 混凝土 一 l O 0 , g D。 ( 4 ) 低塑 性混凝 土与干硬 性混凝 土 Z U 。一 1 0 0 d - D 5 2干硬性 混凝 土 对于干 硬性 混 凝 土 是 否 具 有 塑性 ( 流 动 性 ) 问 题 ， 笔者 曾有 一个认 识过 程 笔 者 曾以 L U 。 一l O O d D 作 为干硬性 混凝 土 集料 连 续 级配 计 算式 ， 但 按 此 式 计算 配制 的混凝 土 拌 和物 完 全失 去 塑性 ， 虽 经 加 压 强 力振动也 很难 成型 通 过试 验 明确认 识到 ， 人们 习 称的“ 于硬性混凝 土” 也具 有一定 的塑性 ， 只不 过其塑 性很小 ， 用坍落度法检测 时其坍 落度 为 O 1 O mm， 需 要用 维勃仪 检测其 塑性 ， 以 s ( 秒 ) 表 示 因此在 试验 的基础上认识 到干 硬性 混凝 土 的塑性 与低 塑性 混凝 土 的塑性较 为接近 ， 其集料连续级 配计算 式宜与低 塑 性混凝 土相 同 应 用时 由于干硬性 混凝土胶 结材浆体 量少 于低 塑性混凝 土 ， 故粗集料数量相应增 多 5 3不 同流 变类型 混凝土 合理粗 集料级 配与用 量 在 表 1 列 出 的数 据 中 ， 通 过 0 1 6 mm 筛 的粉状 颗 粒较少 ， 但配 制 已广泛 应 用 高效 减 水 剂与 矿 物掺 合料的现代混凝土 ， 水泥等胶结材的数量 已较 2 O世 纪前半 期增加 了很 多 ， 如 配制 C 1 5 ， C 2 0商 品混 凝 土 时 ， 胶 结材用 量 已达 每 m。 混 凝 土约 3 0 0 k g ， 配 制 过 去水 泥用量很 少 的干硬性 混凝 土现在也 都掺 用高 效 减水 剂与相 当数量 的矿 物掺合 料 为此在设 计混 凝 土 配合 比时 ， 除 去 该种 流 变 类 型混 凝土 由最低胶 结材量 配成 的胶结 材浆体 量 与含 气量 ， 便是集料体积 再应用该种流变类型混凝土集 料连 续级 配计算 式计算 出 的砂 率 ( 体 积分 数 ， 下 同 ) ， 便 可以求得 该种 流变类 型混凝 土处 于最低 胶结 材量 时的粗集 料用量 表 3为用 上述方法 计算 得到 的 5 种 流变类 型 混 凝 土粗 集料 的合 理用 量 ， 其 中空气 含 量 暂按 通 过 搅 拌 自然产生的约 1 ( 体积分数) 计算 表 3 不同流 变类型混凝土粗集料的合理用 Ta b l e 3 Re a s o n a b l e q u a n t i t y o f c o a r s e a g g r e g a t e i n d i f f e r e n t t y p e s o f r h e o l o g y c o n c r e t e P o o r s h a p e 2 5 3 4 2 3 4 6 5 8 3 1 9 6 8 1 2 3 0 5 1 O c h a r a c t e r 2 0 3 9 7 4 0 6 0 3 3 7 2 6 2 8 2 3 0 4 7 O 2 5 5 2 5 1 3 3 4 7 5 4 5 2 5 4 8 2 8 0 3 9 0 Fl u i d | t Y 2 O 4 9 8 2 8 0 3 555 7 4 1 4 5 4 2 6 5 0 2 4 9 8 3 55 2 O 2 5 Se I f 2 0 c o mpa c t 1 5 1 O 5 8 5 6 3 0 6 9 3 7 9 4 1 8 6 2 0 0 2 2 0 2 5 2 41 5 3 7 0 3 O 7 2 O 6 5 1 0 4 6 3 3 9 4 2 7 5 3 1 O 3 1 O 3 1 0 3 1 0 3 5 0 3 2 0 2 8 0 1 9 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 傅沛兴 ： 现代混凝 土特点与配合 比设计 方法 7 0 9 表 3明确表 明： 每种流变类型的混凝 土都有其最 适宜的粗集料 用量 如果要求 所设 计 的混凝 土 的工作 性软一些( 坍 落度或 流动性 大一些) ， 就将表 中石子用 量适当减少一些 ， 反 之则 适 当增 加 一些 表 中的砂率 是该种流变类 型混凝 土胶结 材量最少 时的砂率 ， 随着 胶结材浆体量的增加， 砂率相应 降低 不论哪种流变 类型的混凝土 ， 都符 合这 个规 律 ， 砂率 都 不可能 是 一 成不变的 中国混凝 土配合 比设 计如 由砂率 法改为 推 荐的粗集料用量法 ， 表 3的数据 即可参用 另外 ， 通过多次拌和试验发现 ， 砂浆 量相 同时 ， 胶 结材浆体多 、 砂子少的砂浆较胶结材浆体少 、 砂子多的 砂浆有利于包裹 、 分割较 多石子 ， 因此 ， 在设 计混凝 土 配合 比时 ， 当胶结 材用量大于 4 0 0 k g m 3 时 ， 石 子用 量 可较表 3的数据增加 5 1 O L m 3 ； 当胶结材用量 大于 5 0 0 k g m 时， 石子用量则可增加 1 0 2 0 L m 3 5 4 对 比美国 A C I 2 1 1 1 9 l标准及生产 实践 实例 对 于石子用 量 的规 定 ， 美 国 AC I 2 1 1 1 9 1标 准可资借鉴 表 4为 A C I 2 1 1 1 9 1标准关于粗集 料 的用 量表 表 4 ACI 21 1 1 9 1标 准 规定 的 粗 囊料 用量 T a b l e 4 Co a r s e a g g r e g a t e q u a n t i t y ” r u l e d b y ACI 21 1 1 9 l s t a n d a r d m。 m。 Bi g ge s t p e b b l e d i a me t e r mm 0 5 O 0 6 6 0 71 0 7 6 0 7 8 0 8 2 0 8 7 0 4 8 0 6 4 0 6 9 074 0 7 6 0 8 O 0 8 5 046 0 6 2 0 6 7 072 074 0 7 8 0 8 3 1) Dr y v ib r a t i n g p e b b l e v o l u me p e r m c o n c r e t e b y d i f f e r e n t s a n d f i n e n e s s mo d u l u s 由表 4可见 ， 用细度 模数 为 2 8的偏 粗 中砂 ， 当 石子最 大粒径 为 2 5 mm 时 ， 每 m。 混 凝 土 中于捣 实 石子体 积 为 0 6 7 m。 ， 而 当石 子最 大 粒径 为 2 0 mm 时， 每 m。 混凝土中干捣实石子体积为 0 6 2 m。 美 国的集料均为规模化大生产 ， 其粒形与级配均较好 ， 石子空隙率一般均较小 按空隙率为 3 6 ( 体积分 数) 计 ， 干捣实石 子体积 0 6 7 m。 相 当于 石子 实体积 0 4 2 9 m。 ( O 6 7 ( 1 一o 3 6 )m。 ) ； 干捣 实石 子体 积 0 6 2 m。 相 当于石子 实体积 0 3 9 7 m ， 这基 本与表 3 中塑性 混凝土 的石 子 用量 相 当 若 以此 石子 量 配制 流动性 或大流 动性 混 凝 土则 石 子用 量 太多 ， 若 以此 石子量 配制路 面 用低 塑性 混 凝 土则 石 子量 又 太少 上述说明 AC I 2 1 1 1 9 1 标准推荐的石子用量主要 适用 于塑性混 凝 土 ， 不 能适 用 于 不 同流 变类 型 的混 凝土 事 实上 2 O世 纪 6 0年代 以前 施工 的混 凝 土 多 为塑性 混凝土 ， 由此 可 以看 出 AC I 2 1 1 1 9 1 标 准 所保 留的历史 痕迹 日本建筑学 会标准 钢筋混 凝土工程 也有 类似 推荐石 子用量 的数据 ， 此处不一 一赘叙 从 生产实践 的实例 看 ， 北 京商 品 混凝 土 的石 子 最大粒 径多为 2 5 mm， 多 数混 凝 土搅 拌 站生 产 的坍 落度 为 1 6 0 1 8 0 mm 的流动 性 混凝 土拌 和 物 的石 子用量多为每 m 。混凝 土 3 9 0 4 1 0 L， 生产的坍落 度 1 8 0 mm 的大流 动性 混凝 土 拌和 物 的石 子用 量 多为 3 6 0 3 8 0 L， 这些 经验数据 与表 3的数据 相 当 北 京首都机 场 第三 航 站楼 道 面混 凝 土 ( 北 京 中 航混凝 土公 司提 供) 的设 计 抗折 强度 5 MP a ， 抗 冻 性能 F 2 0 0 ， 这 就要 求混凝 土含气 量 3 5 ( 体 积 分数) 设 计配合 比时考 虑 由含 气量 所 需 的砂 率 ( 砂 率由 2 3 提高到 3 0 ) 经多次试验， 最后确定混凝 土配合 比见表 5 ， 其 中 Z H一 3为高效减水 剂牌号 表 5 跑道混凝土配合比 Ta b l e 5 M i x p r o p o r t io n o f c o n c r e t e f o r r u n wa y 由表 5可 见 ， 石子 用量 在 调 整砂 率 前 亦与 表 3 的数 据相 当 上述表明， 在设计混凝土配合比时， 应按不 同流 变类型混凝土， 分别依据 4个不同集料连续级配计 算式计 算合 理的粗集 料级配并 按该种 流变类 型 的最 低 胶结材 量时 的砂 率计 算 出适 宜 的石 子量 ， 而不 采 取 以砂率 为设计 配 合 比主 要参 数 的方 法 ， 这样 才 符 合混凝土配合技术的科学内在规律性 G B T 1 4 9 0 2 -2 0 0 3 预 拌 混凝 土 规 定 ： 预 拌 混 凝土通用品坍落度不大于 1 8 0 mm J G J T 1 O 一9 5 混 他 0 O O O O O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 1 O 建筑材料学报 第 1 3卷 凝土泵送施工技术规程 规定 ： 泵送 高度 3 0 m 以下 时 混凝土坍落度为 1 0 0 1 4 0 r n I n ； 泵送高度 3 0 6 0 m时 混凝土坍落度为 1 4 0 1 6 0 mm； 泵送高度 6 0 1 0 0 m 时混凝土坍落度为 1 6 o 1 8 0 mm 但多数商品混凝土 用户及混凝土搅拌 站并没有严 格地执行 这个规 定 ， 而 是大多迁就施工方 的需要 ， 过分地 提高 了混 凝土坍 落 度 一般均要求泵送流动性混凝土的坍落度为1 8 0 一 ， 似乎只有这个坍落度才是泵送混凝土 故表 3中流动 性混凝土的坍落度均以 1 6 0 1 8 0 i x l r n为准 如要求泵 送流动性混凝土 的坍落度 为 1 4 0 1 6 0 mm， 则石子 量 宜增加 1 0 L m3 ， 如要求 泵送 流动性混凝 土 的坍落 度 为 1 O 0 1 4 0 Y n l T I ， 则石子量宜增加 2 0 L r d 自密 实混凝 土也 是一 种 大 流动 性 混 凝 土 ， 由 于 其 粉体 量 较 大 ， 故 表 3中 最低 浆体 量 按 3 1 0 L m。 计 ， 石 子 量 相 应 减 少 中 国 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6规 范 、 自密实 混凝 土 欧 洲指 南 ”和 日本 建 筑 学 会 自密 实混凝 土施 工指南 均 明确规定 每 m。 混 凝 土石 子 用量为 2 8 0 3 5 0 L， 但 均未 规定在 2 8 0 3 5 0 L的范 围 内如何科 学合 理 地选 择 适 宜 的粗 集料 用 量 从 表 3 可 以看 出 自密实 混 凝 土 的合 理 粗 集 料 用量 ， 很 重 要的依据还在于 由钢筋疏密程度而选用的粗集料的 最大粒径 如选 用粗集料 最大粒 径为 1 5 mm， 则粗 集 料用量 宜为 2 8 0 L左右 在设 计 自 密 实 混 凝 土 配 合 比 时 ， 中 国 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 规 范 、 自密实混 凝 土欧 洲指 南 和 日本 建 筑学会 自密实 混凝土施 工指南 均 明确规定 胶结 材 ( 含惰性 掺 合 料 ) 的 粉 体 量 为每 m。混 凝 土 不 少 于 1 6 0 L， 以确保 胶 结材 浆 体 的 黏性 ， 但 上 述 标 准均 未 规定砂 率指标 因而 自密实 混凝 土 配合 比设 计也 同 样是 ： 先根据结 构物 强度 、 耐 久性 和 自密实 施工 工艺 要求 ， 选择适 宜的水 泥品种 、 水灰 比 、 用水 量 、 掺 合料 ( 含惰 性掺合 料) 品 种 与数 量 ， 以及 相 应 的高 效 减水 剂 品种 、 用量 ， 配 制 出符合 要求性 能 与数量 的胶 结材 浆体 ， 再 根 据钢 筋 间距 和模 板 形状 、 尺 寸 ， 选 定石 子 最大粒径及用量， 则 除去胶结材浆体 体积、 空气体 积 、 石 子体 积 ， 即为砂子体 积 6 结 语 1 针对 现代 混凝土广 泛应 用高效 减水 剂与 矿物 掺合 料且要 求有 较 优 施工 性 与 耐久 性 的特 点 ， 必 须 按不 同流 变类 型混 凝 土设 计 配 合 比， 并 按 不 同 流变 类型混凝土确定胶结材浆体量范围与拌和用水量 2 不 同流变 类型混凝 土各 有其适 用 的集料 连续 级 配计算 式 3 不 同流变 类型混凝 土各 有其 适用 的粗集 料用 量 ， 并可 用计算 的方法 求 出 4 在 混凝土 中 ， 除了胶结 材浆体 体积 、 空气 体积 与粗集料体积便是砂体积， 砂体积随胶结材浆体体 积增减而 变化 ， 因而砂 率 不 宜作 为混 凝 土 配合 比的 设 计参数 参考 文献 ： 1 A CI 2 1 1 1 9 1 S t a n d a r d p r a c t i c e f o r s e l e c t i n g p r o p o r t i o n s f o r n o r ma l ， h e a v y we i g h t ，a nd ma s s c o n c r e t e( Re a p p r o v e d 2 0 0 2) I s 3 E z 刘崇熙 ， 文梓芸 混凝土骨料性能 和制造工艺 M 广州 ： 华南 理工大学出版社 ， 1 9 9 9 ： 6 5 LI U Ch o ng x i ， W EN Zi y u n Th e p e r f o r ma n c e a n d ma n u f a c t u r e t e c h n o l o g y o f t h e c o n c r e t e a g g r e g a t e M Gu a n g z h o u ： P r e s s o f So u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Te c hn o l o gy ， 1 9 9 9： 6 5 ( i n Ch i n e s e ) 3 傅沛兴 比粒度一一种表示砂石粒度 的新概念E J 建筑材料学 报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 1 ) ： 1 - 5 FU Pe i x i n g S p e c i f i c g r a n u l a r i t y： A ne w p r i n c i p l e t o e x pr e s s t h e a g g r e g a t e p a r t i c l e s