轻集料混凝土配合比设计_王立久

2002年第3期

6月混凝土与水泥制品

CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTS

2002No3June

轻集料混凝土配合比设计

王立久

张树忠

赵国藩

116024)

(大连理工大学土木系

摘

要:通过总结国内外学者的研究,结合作者的研究成果,对轻集料砼配合比的设计提出了基于轻集料筒压强度和胶容比

(单位体积砼中胶凝材料质量与砼质量之比)的强度公式;并提出砼填实系数的概念,推导出砂率的理论计算公式;同时考虑砼工作性要求,总结出准固定用水量原则,进而确定了轻集料砼的配合比计算公式,并在此基础上给予了实验验证。

关键词:轻集料;筒压强度;砂率;表观密度中图分类号:TU528.2

文献标识码:A

文章编号:1000-4637(2002)03-17-03

0前言

自1956年以来,我国便开始了轻集料及轻集料砼

[1～2]

集料砼干表观密度和水泥用量对砼强度的影响,我们

作了较为

把水泥用量C和轻集料砼表观密度ρh的比值称为胶容比,并认为它应是轻集料砼最主要的参数。

不同的轻集料对强度的影响比普通集料要大得多。普通砼集料一般是砼强度的1.5～2.0倍,而轻集料的强度则比砼强度要低得多。因此,二者受力破坏形

[1]

的研制。特别是1980年后龚洛书等学者采用查表试配方式,尚需进一步的完善。1

混凝土强度公式

系统的试验研究,然而在配合比设计方面,至今仍然

目前所采用的轻集料砼强度公式有两种形式第一种:R28=b1C/W+b2γk+b3VQ+a

。式明显不同,前者主要发生在集料界面,而后者除集料界面外,还可能发生在集料本身。因此,轻集料的筒压强度对砼强度的贡献极为重要。

综合以上分析,轻集料砼强度公式形式应为:(R28-RT)/RC=a×C/ρh+b式中,ρh—轻集料砼的干表观密度;

a,b为试验参数,其它符号同前。

(3)

(1)

式中,R28—轻集料混凝土28天抗压强度,MPa;

C/W—轻集料混凝土的有效水灰比;γk—轻粗集料的颗粒密度;V

Q

—轻集料的实际用量;

(2)

b1,b2,b3,a为试验参数。

第二种:R28=b1RC+b2C/W+b3RT-a式中,RC—水泥实际强度,MPa;

R

T

经分析得:a=11.645b=-2.107,(图1)。

—轻集料筒压强度,MPa;

其它符号同前。

从(1)(2)式可以看出,这两种表达方式仅能反映通过正交试验所确定的各因素对强度的贡献,而且这两种公式从量纲分析来说是不一致的,应用起来也不方便。

由于轻集料砼和普通砼所用集料的差异,使得二者配合比设计截然不同。轻集料直接影响砼的干表观密度,而普通砼的表观密度几乎是一个定值,因此,轻集料砼的表观密度将明显地影响砼的抗压强度;另外,轻集料吸水率的差异也会显著影响砼的用水量,而普通砼集料吸水率的影响一般可以忽略不计,轻集料砼的净水灰比或有效水灰比很少能准确掌握,因此,用水灰比表征的砼强度公式对于轻集料砼来说使用起来比较困难,而用满足稠度的水泥用量与砼强度之间的关系比水灰比与强度的关系更准确[3]。综合轻

2

图1轻集料混凝土强度公式回归分析

填实系数及砂率公式

由于砂率的变动会使集料的空隙率和集料的总表

面积有着显著改变,因而对砼拌和物的工作性产生影响。文献[1],通过砂率与砼抗压强度关系的正交实验表明:砂率在28%～42%的范围内时对砼强度的影响不明显。因此,可以根据砼强度及工作性的不同要求,用选择砂率来调整粗细轻集料的适宜用量,使砼拌和物既有良好的工作性,又不影响砼的强度。但从节约水泥以及混凝土密实性考虑,存在合理砂率或称为最佳砂率。根据文献[4]中引用的J.DBamal和J.Mson的实

17

2002年第3期混凝土与水泥制品总第125期

验观测:最大粒径自然充填配位数为5～6;振动充填的配位数为6～7,而且配位数为6的自然充填的孔隙率观测值为0.395,实验值为0.400。其值应等于砂和水泥浆充填体积,即砂的体积为:

Vs=0.400-(C/ρc+W/ρw)

式中,C为水泥用量,ρc为水泥密度,W为水用量,ρw为水的密度。进一步整理为:

Vs=0.400-C(1/C)ρc+W/的一般表达公式:

SP=A0-B0×n式中,n为集灰比

从(5)式推导可以看出,第一项系数A0是配位数影响系数,第二项则说明砂率对W/C的依赖性,同时反映水泥砂浆对粗集料空隙的填充程度,也反映了水泥用量相对集料的比值,即集灰比以及不同品种水泥和细集料种类对砂率的影响。

由于轻集料砼中W/C的不确定性,若将W/C改为C/5)可变为:ρh,则式(

-1

SP=A0-B0×n(1/ρc+C/ρh)

(6)

-1

(4)

P

将上式除以粗细集料总用量,就可以得到砂率S

(1/C)ρc+W/

(5)

图3轻骨料混凝土在干燥条件下导热系数λ与ρh关系

[1]中白玉珍给出了相应的实验结果,可查图表得到,如图3所示。

由图3可得出:λ干=0.0725e3.1.2

0.00128[ρh]

(7)

式中,λ干为轻集料砼导热系数,W/(m·℃)

水泥用量的确定

先由设计强度R计求得试配强度R,然后再根据轻集料砼的强度公式确定C/ρh,进而求得C。

R=R率度。

由式(3)得:C/[(R28-RT)/RC-b]/aρh=C=[ρh]×(C/ρh)

3.1.3轻粗细集料用量的确定

如果已知粗细集料总体积VSG,则粗集料G和细集料S可由式(9),(10)计算

S=VSG×SP×ρs

G=VSG×(1-SP)×ρG

(9)(10)

3

计

我们把式中C/ρh称为胶容比,其中ρh为轻集料

砼的干表观密度,C为水泥用量。

对于轻集料砼,集灰比n大约维持在3～4之间。根据实验数据(表2),集灰比n取平均值为n=3.45。

-1

=(1+es/ρs),B0=[5]

A0×es。其中es称砼填实系数,为图2所示曲线的

+1.645σ(8)

式中,σ为强度标准差,1.645是保证率为95%时的概

根据王立久的研究,A

斜率;ρs为砂表观密度。经分析得填实系数es=

3.641。

式中,ρs、ρG分别为轻粗细集料的堆积密度,kg/m

3.1.4单位用水量的确定

如果要使轻集料砼的工作性满足泵送要求,坍落度一般应为16cm～18cm,则此时单位用水量基本保持

图2轻集料混凝土填实系数es曲线图

一定值,实验表明此值约为160kg/m。3.1.5

轻集料砼干表观密度的校核

由求得的轻粗细集料和水泥用量,校核轻集料砼的干表观密度

15C+S+G(11)ρh=1.

如果ρh的计算结果相对于[ρh]的误差大于5%时,则[ρh]改用ρh重复以前的计算。3.23.2.1

实验验证实验用原材料

大连小野田水泥厂生产的32.5级普通硅

水泥

3

33.1

配合比计算与实验验证配合比计算

轻集料砼的配合比计算宜采用松散体积法。即以

每立方米砼粗细集料的松散体积为基础进行配合比计算,然后按设计要求的砼干表观密度为依据进行校核,并试配调整。3.1.1

轻集料砼表观密度确定

轻集料砼多用于节能建筑的砼制品,因此,其表观密度[ρh]应按要求的热阻或导热系数求得。文献

酸盐水泥;

王立久张树忠赵国藩

轻集料混凝土配合比设计

表1陶粒的物理力学性能

颗粒级配/%

(16～20)(10～16)(5～10)(2.5～5)

16.5

46.8

30.6

0.1

粉煤灰50%;

轻集料3.2.2

铁岭电厂产,掺量粉煤灰陶粒,吉林

堆积密度表观密度1h吸水率筒压强度/(kg/m)/(kg/m)415

830

3

3

产,其物理力学性能见表1。

配合比

试验配合比见表2。

/%8

/MPa0.8

表2不同配合比设计

编号1

23456789

C[***********]175185200

F[***********]245259280

每立方米砼材料用量/kgS[***********]914935979

G[***********]361355342

WW[***********]0150185160

1h吸水[***********]

外加剂17.518.520.017.518.520.017.518.520.0

集灰比n3.78

3.573.233.553.363.113.643.493.30

砂率SP0.45

0.450.430.400.400.400.420.430.45

胶容比C/ρh0.203

0.2120.2290.2130.2220.2330.2090.2180.225

水灰比W/C0.45

0.440.500.500.400.450.430.500.40

坍落度/cm18

18>20>20131816>2016

注:①F为粉煤灰;②W0为净加水量。

3.2.3见图4。

实验结论分析4.3轻集料砼单位用水量应采用准固定用水量,此

3

实验结论分析见表3,实验结论与设计值的比较

表3实验结论统计

编号

强度设计值R计/MPa试配强度R/MPa实验值R

28

用水量大致维持在160kg/m左右,此值完全可以满足砼坍落度为16cm～18cm的要求;体积砂率SP主要取决于胶容比C/h,集灰比n,同时也与水泥品种和砂的ρ

11014.913.5

21519.915.6

31014.918.3

41519.917.9

51014.911.6

61519.919.5

种类有关;集灰比n根据实验数据可取3.45。4.4

从密实填充理论出发,可推导出砂率SP的计算公式,由此引出的填实系数es,在胶容比C/ρh和集灰比n一定的条件下,是表征砂率SP的主要指标,es主要影响参数是粗集料的最大粒径。

参考文献

123

中国建筑科学研究院建筑结构研究所编.轻骨料混凝土的研究龚洛书主编.混凝土应用手册(第二版).中国建筑工业出版社,SANDORPOPOVIC著.新拌混凝土.中国建筑工业出版社,1990刘崇熙等编著.混凝土骨料性能和制造工艺.华南理工大学出王立久,曹明莉,艾红梅.混凝土填实系数.2001年12月BernhardSchulz.BETON,1997年第2期

H.Weigle,S.Karl.LightweightaggregateConcreteCEB/FIPManualWesche,K,"PhysicalprinciplesforthedesignoflightweightconcreteP.Beckman,M.E.R.Little.LightweightaggregateConcrete.CEB/和应用文集.中国建筑工业出版社,1981年4月1995年5月年10月

/MPa

图4实验值与设计值比较

456789

44.1

结论

轻集料砼配合比计算宜采用松散体积法,其基

版社,1999年8月

本参数为砂率SP,胶容比C/固定用ρh和单位用水量(水量)W。水灰比定则尽管也适用于轻集料砼,但测定集料饱和面干表观密度极为困难,净水灰比不仅与集料含水率有关,也与拌和时的吸水速率有关,因此,配合比计算用水灰比颇为困难,建议用胶容比C/ρh替代灰水比C/W。4.2

考虑筒压强度RT的影响,轻集料混凝土的相对强度(R28-RT)/RC与胶容比C/ρh成正比,由此得其强度计算公式[公式(3)]。

ofDesignandTechnologyP.23～47

structures",Beton,Stahlbetonbau62,1957,No11,P.256-260FIPManualofDesignandTechnologyP.101-114

收稿日期:2002-03-06通讯地址:大连理工大学土木系联系电话:4707171

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