绝对体积法在水工混凝土配合比设计中的应用

张正亚，严勇，王志华

（1.郑州工商学院，河南郑州451400；2.河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州450016）

绝对体积法在水工混凝土配合比设计中的应用

张正亚1，严勇2，王志华2

（1.郑州工商学院，河南郑州451400；2.河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州450016）

以某水利工程倒虹吸管身段混凝土的配合比设计为例，探讨了绝对体积法在水工混凝土配合比设计中的应用。通过实例可以看出，采用绝对体积法进行水工混凝土配合比设计过程相对简单，无需含水量测定及换算，易于操作。且经过检测证明，该方法配比出的混凝土各项指标均符合设计要求。

绝对体积法；混凝土；配合比设计；粉煤灰

0 引言

水工混凝土原材料中一般都掺入掺和料。其中，粉煤灰的掺用最为普遍。使用一部分粉煤灰来取代部分水泥，不仅可以改善混凝土拌和物的和易性，降低水化热，减少或避免温度裂缝的产生，还可以减少水泥用量，降低成本。

水工混凝土配合比设计方法与传统混凝土配合比设计方法的最大区别是，骨料的含水状态不同。传统混凝土配合比设计所用骨料为绝对干燥状态，而水工混凝土配合比设计所用骨料为饱和面干状态。采用传统方法对水工混凝土进行配合比设计时，通常需要对施工现场的骨料进行含水量测定及换算，过程比较繁琐［1～2］。笔者以某倒虹吸管身段混凝土为例，探讨了绝对体积法在水工混凝土配合比设计中的应用。

1 原材料

该倒虹吸管身段混凝土设计强度等级为C30，坍落度为70～90mm，施工方式为泵送，施工所用原材料为P·O42.5级水泥，Ⅰ级粉煤灰，聚羧酸高性能减水剂（HT－HPC），二级配碎石，人工中沙。该混凝土抗渗等级为W6，抗冻等级为F150。

1.1 水泥

水泥采用卫辉天瑞P·O42.5级水泥，其性能指标见表1。

1.2 粉煤灰

粉煤灰采用鹤壁万和发电有限责任公司，Ⅱ级粉煤灰，掺量为20%，其性能指标见表2。

表1 水泥性能指标Tab.1 Performance index of cement

表2 粉煤灰性能指标Tab.2 Performance index of fly ash

1.3 细骨料

细骨料采用辉县市沙石料建材厂的人工中沙，其性能指标见表3。

1.4 粗骨料

粗骨料采用卫辉市唐庄镇采石场的碎石，采用5～20mm和20～40mm二级配骨料，其性能指标见表4。

表3 细骨料性能指标Tab.3 Per formance index of fine aggregate

表4 粗骨料性能指标Tab.4 Performance index of coarse aggregate

1.5 外加剂

外加剂采用山西黄腾化工有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂（HT－HPC液态），掺量为0.7%，其性能指标见表5。

表5 外加剂性能指标Tab.5 Performance index of additive

1.6 水

混凝土拌和水为当地饮用水。

2 混凝土配合比设计

2.1 混凝土配制强度

根据《水工混凝土配合比设计规程》（DL／T5330－2005），水工混凝土多以90 d龄期的强度为设计标准，回归系数A和B的确定是以90 d龄期的混凝土强度资料为依据［3］。查表得：采用碎石和普通硅酸盐水泥且粉煤灰掺量为20%时，回归系数分别为A＝0.456，B＝0.543，混凝土强度增长率为131%。另外，水利水电工程结构复杂，不同工程部位有不同的保证率要求，如大体积混凝土一般要求P为80%，体积较大的钢筋混凝土工程要求P为85%～90%，薄壁结构工程要求P为95%等。不同的保证率要求必须采用不同的t值。倒虹吸管身段选取强度保证率为95%，概率度系数为1.645，C30混凝土标准差为4.5。

混凝土配制强度按式（1）计算。

式中：fcu，k为混凝土设计龄期的立方体抗压强度标准值，MPa；fcu，0为混凝土配制强度，MPa；t为概率度系数；σ为混凝土立方体抗压强度标度差，MPa。

经计算，fcu，k，90d=30×131%=39.3 MPa，fcu，0，90d= 39.3+1.645×4.5=46.70MPa。

2.2 确定水胶比

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55－ 2011）中鲍罗米公式计算水胶比［4］。

倒虹吸管身段属于水流冲刷部位，水胶比应≤0.5。因此，初选水胶比为0.43。

2.3 用水量确定

根据《水工混凝土配合比设计规程》（DL／T5330－2005），初选用水量为200 kg／m3，掺聚羧酸高性能减水剂减水率为28%，则用水量为W＝200×（1－28%）＝144 kg／m3。

2.4 胶凝材料用量

根据《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》（DL／T5055－2007）中相关规定，粉煤灰掺量为20%，则经计算得水泥用量C＝268 kg／m3，粉煤灰用量F＝67 kg／m3。

2.5 确定沙率

根据《水工混凝土配合比设计规程》（DL／T5330－2005），当粗骨料采用碎石，且最大粒径为40 mm，水胶比为0.43时，初选沙率为32%。

2.6 确定骨料用量［5］

粗骨料采用二级配碎石，其中小石（5～20mm）与中石（20～40mm）的质量比为40∶60。此时，空隙率最小，振实后密度最大。下面用绝对体积法（引入沙石混合密度）计算各种材料用量。

（1）二级配粗骨料的加权饱和面干表观密度ρ1。

粗细骨料总的加权饱和面干表观密度为ρ2。

（2）单方混凝土中水泥、粉煤灰和水所占体积。

（3）单方混凝土中骨料所占体积。

（4）粗细骨料的总质量。

（5）单方混凝土中粗细骨料用量分配。

其中，小石（5～20mm）用量为：1329.6×40%= 531.8 kg

2.7 确定聚羧酸高性能减水剂用量

聚羧酸高性能减水剂用量为：

（C+F）×0.7%=335×0.7%=2.345 kg

3 混凝土的试配调整

将以上计算所得配比进行试验室试配，检验是否满足和易性要求。经检验并调整后得到基准配合比如表6所示。

表6 基准配合比Tab.6 Standard m ixture ratio

3.1 混凝土强度试验

在胶凝材料一定的条件下，混凝土强度与胶水比呈线性关系。因此，在进行混凝土强度试验时，采用3个不同的配合比。1个为基准配合比，另外2个配合比的水胶比分别为0.35和0.45，沙率分别为30%和34%，用水量与基准配合比相同。三组混凝土配比及试验结果如表7所示。

表7 强度校核配比表Tab.7 Strength check ratio

根据试验结果，可得到混凝土抗压强度与胶水比的关系，如图1所示。

图1 胶水比与90d强度关系Fig.1 Relation of glue ratio and 90d strength

用作图法求出与混凝土配制强度对应的水胶比为0.41。经过调整后，符合设计要求的混凝土推荐配合比见表8。

3.2 抗冻及抗渗性测定

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB／T50082－2009）中关于抗渗性和抗冻性的试验规定，测得推荐配合比的混凝土满足抗渗等级W6、抗冻等级F150的要求。

4 结语

通过施工现场抽取试件检测，绝对体积法配制的混凝土强度均满足设计要求。可见，应用绝对体积法设计的配合比正确可行。但是，在采用绝对体积法配制水工混凝土时，对各种材料表观密度的测定一定要准确，对骨料加权密度计算方法概念要清晰，否则就容易出错。

表8 C30混凝土推荐配合比Tab.8 Recommend m ixture ratio of C30 concrete

［1］廉慧珍，李玉琳.当前混凝土配合比“设计”存在的问题［J］.混凝土，2009（3）：1－5.

［2］傅沛兴.论混凝土配合比的合理设计方法［J］.建筑技术，2008（1）：50－55.

［3］DL／T 5330－2005，水工混凝土配合比设计规程［S］.

［4］JGJ55－2011，普通混凝土配合比设计规程［S］.

［5］李道西，韩俊.基于简化的绝对体积法自密实混凝土配合比设计研究［J］.中国农村水利水电，2014（5）：105－107.

[责任编辑 杨明庆]

TU528.06

B

10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2016.04.011

2016-06-06

张正亚（1979-），女，河南平顶山人，讲师，硕士，主要从事混凝土材料的教学与研究工作。