轻骨料混凝土的配合比设计.doc

轻骨料混凝土的配合比设计 轻骨料混凝土的配合比设计 用轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）和水泥配制而成的混凝土，其干表观密度不大于1950kg/m3，称为轻骨料混凝土。当粗细骨料均为轻骨料时，称为全轻混凝土；当细骨料为普通砂时，称砂轻混凝土。凡是骨料粒径为5mm以上，堆积密度小于1000kg/m3的轻质骨料，称为轻粗骨料。粒径小于5mm，堆积密度小于1200kg/m3的轻质骨料，称为轻细骨料。选择轻骨料混凝土配合比时，必须根据结构种类（保温的，结构保温的或结构的）及使用条件，使混凝土的配合比满足强度和和易性，耐久性以及经济性等方面的要求。轻骨料混凝土与普通混凝土配合比设计中的不同之处主要有三点，一是用水量为净用水量与附加用水量两者之和；二是砂率为砂的体积占砂石总体积之比值；三是配合比设计对混凝土干表观密度应满足要求。 在设计轻骨料混凝土配合比之前应具备设计上规定的最大干表观密度和设计强度等资料，应了解配筋情况，施工条件及构件混凝土所处的环境条件。 一、 水泥标号和用量 用于拌制轻骨料混凝土水泥标号应随混凝土强度的增高相应提高，用低标号水泥配制高强度混凝土，不仅技术上困难，而且水泥用量多。用高标号水泥配制低强度混凝土也不经济。水泥标号的选用可按照1-1资料确定。 不同强度等级轻骨料混凝土的水泥等级和用量 1-1 序号 轻骨料混凝土强度等级 水泥用量（Kg/m3） 水泥标号 1 LC 5.0 200 32.5 2 LC7.5 200-250 3 LC10 200-320 4 LC15 250-350 5 LC20 280-380 6 LC25 330-400 7 LC30 340-450 8 LC40 420-500 42.5 9 LC50 410-530 10 LC60 430-550 注：1、表中：下限值适用于圆球型（如粉煤灰陶粒、粘土陶粒等）和普通型（如页岩陶粒、膨胀珍珠岩等）的粗骨料。上限适用于碎石型（浮石、膨胀矿渣等）粗骨料和全轻混凝土。 2、轻骨料混凝土的最高水泥用量不宜超过550Kg/m3。 增加水泥用量，可以提高混凝土强度，当水泥用量平均增加20，轻骨料混凝土的强度约增高10,但是随着水泥用量的提高，水泥用量每增加50 Kg/m3，容重增加约30 Kg/m3。水泥用量过高时，不但容重大、水化热高、收缩大，而且在经济上也不适宜。我国对高标号轻骨料混凝土的最大用量规定不宜超过550 Kg/m3。另一方面，为了保证轻骨料混凝土的耐久性最小水泥用量不宜低于200 Kg/m3。 二、 用水量和水灰比 每立方米混凝土的总用水量减去干轻骨料一小时吸水量为净用水量。净用水量根据混凝土施工条件和稠度要求按表1-2选用。再根据表1-3选择附加水量。若缺乏轻砂吸水率的数据时，可增加10Kg左右的水，作为轻砂吸水率的附加水。而在试拌时，可根据工作性的要求再进行适当调整。 每立方米混凝土中净用水量与水泥用量之比为水灰比。水灰比应根据轻骨料混凝土的设计要求和混凝土所处的环境条件所规定的最大水灰比选用，表1-4。 配制全轻混凝土时，可采用总水灰比，但需加以说明。 mwt =mwn+wama mwt-总用水量 mwn-净用水量 wa -粗骨料一小时吸水率 ma-粗骨料用量 轻骨料混凝土的净用水量 表1-2 轻骨料混凝土用途 稠度 净用水量（Kg/m3） 维勃稠度（s） 塌落度（mm） 预制构件及制品： （1）振动加压成型 （2）振动台成型 （3）振捣棒或平板振动器振实 1020 - 45140 510 010 140180 - 3080 165215 现浇混凝土： （1）机械振捣 （2）人工振捣或钢筋密集 - 50100 180225 - 80 200230 附加用水量的计算 表1-3 项目 附加水量 粗骨料预湿，细骨料为普砂 mwa=0 粗骨料不预湿，细骨料为普砂 mwa=mawa 粗骨料预湿，细骨料为轻砂 mwa= msws 粗骨料不预湿，细骨料为轻砂 mwa= mawa+ msws 注：1、wa、ws分别为粗、细骨料的恍吸水率。 2、当轻骨料含水时，必须在附加水量中扣除自然含水量。 轻骨料混凝土的最大水灰比和最小水泥用量 表1-4 混凝土所处的环境条件 最大水灰比 最小水泥用量（Kg/m3） 配筋混凝土 素混凝土 不受风雪影响混凝土 不作定 270 250 受受风雪影响混凝土；位于水中及水位升降范围内的混凝土和潮湿环境中的混凝土 050 325 300 寒冷地区位于升降范围内的混凝土和受水压或除冰盐作用的混凝土 0.45 375 350 严寒和寒冷地区位于水位升降范围内和受硫酸盐、除冰盐等腐蚀的混凝土 0.40 400 375 注：1、严寒地区指最寒冷月份的月平均温度低于-15，寒冷地区指最寒冷月份的月平均温度处于-5-15。 2、水泥用量不包括掺合料。 3、寒冷和严寒地区用的轻混凝土应掺入引气剂，其含气量宜为58。 三、轻骨料混凝土的砂率 砂率大小对施工和易性影响较大，而且在一定程度上影响混凝土的弹性模量、容重和强度。砂率主要根据粗骨料的粒型和砂的品种来决定。不同用途的轻骨料混凝土砂率也有所不同。砂率按表1-5选用。 轻骨料混凝土的砂率 1-5 轻骨料混凝土用途 细骨料品种 砂率（） 预制构件 轻砂 35-50 普通砂 30-40 现浇混凝土 轻砂 - 普通砂 35-45 注：1、当混合使用普通砂和轻砂作细骨料时，砂率宜取中间值，宜按普通砂和轻砂的混合比例进行插入计算。 2、当采用圆球型轻骨料时，砂率宜取表中值下限；采用碎石型时，宜取上限。 当采用松散体积法设计配合比时，粗细骨料松散状态的总体积可按表1-6选用。 粗细骨料总体积 表1-6 轻粗骨料粒型 细骨料品种 粗细骨料总体积（m3） 圆球型 轻砂 1.251.50 普通砂 1.101.40 普通型 轻砂 1.301.60 普通砂 1.101.50 碎石型 轻砂 1.351.65 普通砂 1.101.60 松散体积法是假定一立方米轻骨料混凝土中所用的粗细骨料的松散体积之和为粗细骨料的总体积。砂率为体积比。 三、 轻骨料混凝土的干表观密度 根据设计算出的材料用量估算混凝土的干表观密度。 按下式计算混凝土的干表观密度，并与设计要求的干表观密度进行对比，如其误差大于 2，则应按下式重新调整和计算配合比。 cd=1.15mc+ma+ms cd:轻骨料混凝土的干表观密度 四、混合料的试配和配合比的调整： 1、根据试配所用试模尺寸大小和试件组数计算出试模总体积。考虑损失，试配用料体积为试模总体乘以1.05。 2、以计算的配合比为基础，再选取与之相差10相邻两个水泥用量，用水量不变，砂率相应调整，分别按三个配合比拌制拌和物，测定塌落度，调整用水量，以达到要求的塌落度为止。 3、按校正后的三个混凝土配合比进行试配，检验混凝土拌和物的塌落度和振实湿表观密度，制作试块，每种配合比制作7天、28天两个龄期的试件。 4、标养28天后，测定混凝土抗压强度和表观密度。 5、对选定配合比进行质量校正，其计算方法是轻混凝土的计算湿表观密度与拌和物的实测振实表观密度相比得出校正系数。 6、选定配合比中各项材料用量均乘以校正系数即为最终的配合比设计值 五、计算实例 某工程现浇素混凝土楼面，轻骨料混凝土设计强度等级为LC10，施工要求混凝土塌落度50100mm，施工单位无历史统计资料。原材料情况如下： 水泥：32.5级普通硅酸盐水泥 轻粗骨料：页岩陶粒,其堆积密度为620 Kg/m3，一小时吸水率为4.0。 砂：普通中砂，堆积密度为1450 Kg/m3。 试配强度为LC10，干表观密度1400 Kg/m3的轻骨料混凝土，现场采用机械振捣,使用部位为楼面,不受风雪影响。 步骤如下: 根据轻粗细骨料品种确定混凝土为砂轻混凝土,可以用松散体积法试配. 1. 计算混凝土的试配强度:10+1.6454.0=16.6(Mpa) 2. 根据表1-1、1-4和1-5分别选择水泥用量为250 Kg和砂率为35, 3. 根据表1-6选择粗细骨料总体积为1.20 m3, 4. 计算细骨料用量: Vs=1.2035=0.42 m3 ms=0.421450=609Kg 5. 计算粗骨料用量: Va=1.20-0.42=0.78 m3 Ma=0.78620=484 Kg 6. 根据塌落度要求和混凝土用途选择净用水量为185Kg，再根据粗骨料的预湿处理方法和细骨料的品种选择附加水。 如果砂为轻砂时，缺乏轻砂吸水率的数据时，在选择净用水量时应增加10 Kg水，作为考虑轻砂吸水率的附加水。如果缺乏粗骨料一小时吸水率时,建议轻粗骨料进行预湿处理。 预湿时间可按外界气温和来料的自然含水状态确定，应于施工提前半天或一天对轻粗骨料进行淋水或泡水预湿,然后过滤水分进行投料。 总用水量为185+5080.04=205 Kg 7. 核算混凝土干表观密度： cd=1.15mc+ma+ms=1.15250+484+609=1380 Kg/m1400 Kg/m3。符合设计要求的干密度要求。 8计算试模容积和试配用料量： 试模体积：0.150.150.1523=0.02025 m3 试配用料体积：0.020251.05=0.0213 m3 试配材料重量： 水泥：2500.0213=5.32 Kg 陶粒：4840.0213=10.31 Kg 砂：6090.0213=12.97 Kg 水量：2050.0213=4.37 Kg 试拌用水量符合和易性要求，测得湿表观密度为1578 Kg/m3，一般湿表观密度比干表观密度多150200 Kg/m3，这样干表观密度大约为13781428 Kg/m3，符合要求。 9试配的三组配合比，其中水泥用量为250 Kg/m3的28天抗压强度和干表观密度符合设计要求。水泥用量为225 Kg/m3和275 Kg/m3的抗压强度和干表观密度与设计要求相差较大。 调整配合比： 校正系数为：1578/250+484+609+205=1.02 水泥：2501.02=255 Kg 陶粒：4841.02=494 Kg 砂：6091.02=621 Kg 水量：2051.02=209 Kg 泵送轻骨料混凝土的研究文章摘要：摘要：针对配制轻骨料混凝土难以满足泵送施工要求的问题，采用了台理的混凝土配合比设计，掺用粉煤灰、磷渣、轻骨料混凝土专用外加剂，从而实现了使用大吸水率陶粒配制轻骨料混凝土达到泵送的要求。关键词：轻骨料；陶粒轻骨料混凝土；泵送轻骨料混凝土(LWC)是用多孔轻质骨料配制的一种轻质混凝土，容重低于1950kgm3，比普通混凝土轻20%以上。将LWC用于结构，对降低结构荷载具有积极意义；此外，LWC还具有.摘要：针对配制轻骨料混凝土难以满足泵送施工要求的问题，采用了台理的混凝土配合比设计， 掺用粉煤灰、磷渣、轻骨料混凝土专用外加剂，从而实现了使用大吸水率陶粒配制轻骨料混凝土达到泵送的要求。 关键词：轻骨料；陶粒轻骨料混凝土；泵送 轻骨料混凝土(LWC)是用多孔轻质骨料配制的一种轻质混凝土，容重低于1 950 kgm3 ，比普通混凝土轻20% 以上。将LWC用于结构，对降低结构荷载具有积极意义；此外，LWC还具有保温、抗震、耐火性能好、无碱骨料反应等一系列优点，因而有着广阔的应用前景。 泵送混凝土具有技术先进、工效高、节约劳动力等优点，正愈来愈广泛地应用于高层建筑及大体积混凝土工程中。目前，解决高吸水率普通轻骨料的堵泵、施工难度大的问题，已经成为提高我国轻骨料应用技术，扩大轻骨料应用范围的关键。本研究选用吸水率为13.5% 的陶粒配制LWC，达到了泵送施工的要求。 1 原材料及实验方法 1.1 原材料 轻骨料一800级陶粒，具体性能见表1和表2；水泥一42.5普通硅酸盐水泥，R28=56.2 MPa；砂一河砂，细度模数1.3及人工砂，细度模数3.1，二者混合级配；磷渣粉一主要物理性能为：密度2.93 gcm3 ，比表面积3 370 cm3 g，需水比98% ，活性指数7 d=45%、28 d=84% ；外加剂一专用外加剂，减水率16% 。 1.2 试验方法 试验按照轻集料及其试验方法(GBT 1731.1-2一1998)和轻集料混凝土技术规程(JGJ 5190)，混凝土力学性能试验按GBJ 8185进行。 2 LWC试验研究 针对LWC的特性，尤其是针对多数陶粒吸水率过大使泵送的难度更大的特点，我们着重对陶粒进行预吸水处理，并掺用掺合料以改善LWC的流动性，从而研制出了专用的轻骨料混凝土外加剂，提高了LWC的黏性。我们在室内模拟泵送条件，评价LWC的可泵性，分别测试了LWC拌合物出机后90 min的保塑性(坍落度、扩展度、倒置坍落度桶混凝土流出时间)及分层度，在5 MPa压力条件下反复作用3次后，测试混凝土拌合物的流动性。经过了200多次配合比试验后，确定采用如下配合比，见表3。 在轻骨料混凝土拌制过程中，还采取了以下措施以保证达到泵送的要求： 所采用的原材料，除常规组成材料外，还采用粉煤灰、磷渣、LWC专用外加剂等(外加剂采用后加法)； 搅拌前对轻骨料进行预吸水处理。 3 模拟泵送混凝土性能指标测试 LWC出机、模拟泵送前后测得的性能指标见表4。 分层度试验采用白加工的一个圆柱形钢模，直径15 cm，高度45 cm(分上、中、下3段，高度均为15 cm)，拌合物装入后，经振动台振动，分别测试最上层和最下层的混凝土拌合物中的轻骨料含量，其相对差值即是分层度。差值越大，表明轻骨料越容易漂浮；相反，差值越小，混凝土拌合物的均匀性越好。 由表4可见，混凝土的分层度为3.5% 。由于掺用了专用的轻骨料混凝土外加剂及复合加入磷渣和粉煤灰，LWC黏聚性好，抗离析能力强，混凝土拌和物的保水性与均匀性良好。混凝士拌合物初始坍落度25 cm，扩展度达50 cm，倒置坍落度桶混凝土流出时间为5 s，和易性好，拌合物通过窄孔连续、快速，流动性好。且经过90 min的运输后，坍落度为22 cm，扩展度仍有38 cm，拌合物的保塑性仍较好。出厂前，测试了模拟泵送压力条件下混凝土拌合物性能变化，在5 MPa压力下反复3次后测得混凝土的坍落度为15 cm，扩展度为32 cm，仍有较好的和易性。在压力条件下轻骨料有从拌合物中吸取自由水的情况，这导致混凝土拌合物流动性降低。但泵送的情况比模拟条件下更好些，LWC在12 MPa泵送压力下泵送30 m垂直高度后，测得混凝土坍落度为21.5 cm，扩展度为35 cm，流动性降低很少，这是因为模拟条件的加压和卸压速度和混凝土泵的实际速度不一致造成的差异。出泵后测得的混凝土湿容重为1 940 kgm3，比入泵送前增加了3.2% 。这是由于在泵送压力下，空气被压入了混凝土中的轻骨料内，使混凝土的含气量降低，混凝土的密实度提高了，相应地混凝土28 d抗压强度也较入泵前增加了14% 。实际抽样测得无论混凝土出机、入泵前和泵出后，28 d混凝土抗压强度均大于30 MPa。 4 结 论 针对陶粒吸水率过大的特性，搅拌前需要对轻骨料进行适当的预吸水处理，采用合理的混凝土配合比设计，掺用粉煤灰、磷渣，并掺加LWC专用外加剂及采用后加法搅拌，可以提高LWC拌合物的和易性、保塑性和抗离析能力。这是LWC具有可泵送性的重要技术措施。 LWC经泵送后，密度会稍增加，28 d抗压强度也会适当提高。富裕浆体量混凝土配合比设计方法 张汉君 （北京易成拉法基混凝土有限公司，北京 100176） 摘要 笔者认为水灰比、砂浆填充石子空隙后富裕体积、净浆填充砂子空隙后富裕体积是代表混凝土配合比性能的三个基本参数，本文讨论了利用这三个参数进行混凝土配合比设计的方法。 关键词 混凝土；配合比 0 前言 在配合比设计中水灰比代表了混凝土的强度，砂浆填充石子空隙后富裕体积和净浆填充砂子空隙后富裕体积代表了混凝土工作性。混凝土耐久性和这三个参数以及所用原材料品种有关，我们利用这三个参数设计混凝土配合比，结合所选原材料品种，就能作到在配合比计算完成后就知道混凝土的性能。 1 混凝土体积模型 依据传统混凝土配合比设计理论，我们认为混凝土是由各种材料相互填充空隙的密实体，各种材料的实体积和（包括混凝土含气量）为1。其中砂浆填充了石子的空隙（如果是轻骨料混凝土就是细集料浆填充了粗骨料空隙，为叙述方便用砂石混凝土说明），我们假定砂浆填充石子空隙体积后富裕体积为A。砂子的空隙由水泥浆来填充，水泥浆填充砂子空隙后富裕体积为B，由此，我们可以确立如下体积模型： 混凝土体积：G/g+S/s+C/c+F/f+K/k+W/w+Va=1 (1) 砂浆体积：S/s+C/c+F/f+K/k+W/w+Va=GG空/g/（1- G空）+A （2） 净浆体积：C/c+F/f+K/k+W/w+Va=SS空/s/（1- S空）+B （3） 胶材用量：C+F/F超+K/K超=W/W/C （4） F、K为活性掺和料，F取代率为h，超代系数F超，K取代率为j，超代系数K超。 F=ChF超/(1-h-j) （5） K=CjK超/(1-h-j) （6） 注：G粗骨料用量，S细骨料用量，C水泥用量，F活性掺和料用量，K其它活性掺和料用量，W用水量，Va混凝土含气量，g -粗骨料比重，s -细骨料比重，c -水泥比重，f -F掺和料比重，k -K掺和料比重，w -水的比重，A-砂浆富裕体积，B-净浆富裕体积，G空-粗骨料空隙率，S空-细骨料空隙率，h-F掺和料取代率，j-K掺和料取代率，F超-F掺和料超代系数，K超-K掺和料超代系数，W/C水灰比。 由上述等式可以知道，砂浆体积是由石子空隙和砂浆富裕体积A来决定，净浆体积是由砂子空隙和净浆富裕体积B来决定，净浆中水和水泥（取代前的水泥量）的比为水灰比，而各材料的体积和混凝土含气量的体积和为1。其中A、B值越大，混凝土工作性越好，如果A、B值为0则为紧密填充的干硬性混凝土，A、B值小于0则为多孔性混凝土，A值为1则为同标号砂浆配合比。 2 原材料的基本公式 由以上（1）、（2）、（3）、（4）四元一次方程求解，就可以得到符合上述四个约束条件的G、S、C、W值。 G=g（1- G空）(1- A) (7) S=s（1- S空）（G空- G空A+A-B） (8) C=( S空（G空- G空A+A-B)+B- Va ）(1-h-j)cfkw/(1-h-j)fkw+hckwF超+W/Ccfk+ jcfwK超) (9) W=W/C( S空（G空- G空A+A-B)+B- Va ）cfkw/(1-h-j)fkw+hckwF超+W/Ccfk+ jcfwK超) (10) C求出后由（5）、（6）式可得出F、K。 3 混凝土配合比设计的具体步骤 首先，要测定各种原材料的比重，和砂、石材料的空隙率，如果是抗冻融等含气混凝土要确定混凝土含气量，普通混凝土含气量可定为1.5%。 3.1配制强度 fcu,o= fcu,k+1.645 3.2水灰比 W/C=fce/(fcu,o +abfce)，可根据经验及混凝土性能要求取值。 3.3根据混凝土设计性能要求确定A、B值，以及F、K掺和料的取代率和超代系数。 3.4 将A、B值和水灰比以及其它数据带入（7）、（8）、（9）、（10）式后就可得出G、S、C、W、F、K（C求出后由（5）、（6）式可得出F、K）。实际上把公式输入电脑后，在设计配合比时就是确定水灰比、A、B以及F、K掺和料的取代率和超代系数几个值。 3.5说明：混凝土性能和水灰比、A、B、所用原材料和掺和料品种性能、以及掺和料取代率等有关，设计配合比时要充分考虑来决定取值。另外A、B值越小混凝土体积稳定性越好，但是太小则无法满足工作性的要求。根据笔者的经验，普通泵送混凝土坍落度220mm时，A值一般取0.335左右， B值一般取0.165，由于外加剂减水率决定了混凝土最少用水量，所以当计算出的用水量太低，外加剂的减水率达不到时，可以适当增加B值使水用量符合外加剂减水率。希望大家能够对不同混凝土的A、B值在实践中进行总结研究，则使用本方法时就更加方便。 由于砂子中可能含有石子，这部分石子不能填充石子空隙，而我们在设计时假定砂子可以完全填充石子空隙，所以当砂子含石时，要适当扣除砂含石。 由于砂石的空隙率越小，在取同样的A、B值，即混凝土工作性相同时，所需的砂浆和净浆就越少。所以配制混凝土时，我们可以通过不同粒径砂石材料配制低空隙率的砂石来降低混凝土胶材使用量，使混凝土体积稳定性更好，且降低配合比成本。 A、B值相同的配合比，大致可以说混凝土工作性基本相同，所以原则上我们可以把不同水灰比的配合比取相同A、B值，可以控制混凝土从低标号到高标号工作性基本相同。 这种配合比设计方法在配合比比较方面很有优势，我们可以设计同样水灰比、A、B值，不同h、j的配合比，来比较不同的配比结果，对控制配比成本很有效。 4 结语 由于我们在设计混凝土配合比时充分考虑混凝土性能要求后，选取配合比的各参数，所以在混凝土计算完成后，就可以对配合比性能心中有数。 由于本方法是根据混凝土基本原理来设计，所以可以用于设计普通混凝土到高性能混凝土，轻骨料混凝土等各种混凝土，砂浆配合比是混凝土粗骨料为零时的特殊情况，只要A值为1，就是砂浆配合比。