流态混凝土的配合比全计算法设计
流态混凝土的配合比全计算法设计陈建奎高性能混凝土(HPC)配合比全计算设计法的基础是根据HPC的体积模型，通过数学推导得出的用水量和砂率计算公式，并将此二式与水灰比(水胶比)定则相结合就能实现混凝土配合比全计算设计。全计算法不仅适用于HPC，而且还能用于流态混凝土(FLC)、泵送混凝土的配合比设计。一 . 两个公式的物理意义 1.用水量计算公式
此式表示：(1) 砂率随着用水量增加而增加; (2) 当Ve减小时，砂率增大; (3) 石子最大粒径增大时、Ves减小，因此砂率则减小。二. 流态混凝土的配合比设计全计算法用于普通流态混凝土(C40以下)的配合比设计时，根据具体情况设计参数应作相改变。为了降低FLC的水泥用量，Ve应在315L～345L范围选择。干砂浆体积是根据石子最大粒径确定的。 1. FLC配合比设计步骤 (1) 配制强度(fcu.p)： fcu.p ≥fcu.o + 1.645σ式中：fcu.p －混凝土配制强度(Mpa) fcu.o －混凝土设计标号(Mpa) σ－富余系数(见表6)
式中：Ve =305～335ll/m3; Va非引气FLC 为15l/m3，引气混凝土为30～50l/m3(含气量3%～5%)。， , (4) 胶凝材料用量 C+FA = W/(W/B) = Q FA= αQ C = Q( 1- α) 式中：α－ FA 的掺量(%) C －水泥用量 ( kg/m3) FA－矿物细掺料(如粉煤灰)用量(kg/m3) (5) 砂率及集料用量：
(7) 混凝土试配及配合比的调整任何方法设计的配合比必须经过试配并根据试配结果对配合比进行适当调整。 2, FLC配合比计算(实例) 用普硅425水泥配制C30的FLC，FA 20%，中砂(M x=2.80)，碎石(1cm ～3cm)，初始坍落度18cm ～ 20cm，1小时后大于15cm。其配合比计算如下。 (1) fcu.p： fcu.p = 30 + 1.645×5= 38 (Mpa) (2) W/B:： : W/B =1/(38/23.05＋0.52) = 0.46 (3) W： : Ve =330L/m3， Va =15L/m3 (引气量 1.5%) W =(330－15)/(1＋0.335/0.46)= 182 (kg/m3) (4) 胶凝材料用量： C + FA =182/0.46 =396 (kg/m3) FA =396×0.20 = 79 (kg/m3) C =396 - 79 =317 (kg/m3) (5) 砂率及集料用量： SP=[(90＋W)/650]×100%=[(90×182)/650]×100%=41% S = (2380 － 396 －182)×0.41 =739 (kg/m3) G =1802 －739= 1063 (kg/m3) (6) CSP 掺量：W0 =205 Kg/m3，Δη=0.06 μ=[(205－182)/205＋0.06]×9,17% =1.58% (CSP浓度为40%) (7) 配合比计算结果 W C FA S G W/B SP(%) CSP掺量(%) 182 317 79 739 1063 0.46 41 1.58 现将用普硅425水泥，Ⅱ级FA(掺20%)，中砂(MX=2.80)，碎石(1～3cm) 配制各种强度的FLC计算配合比列入表9中。
3. 固定用水量法设计FLC 的配合比配制C35 以下的FLC 时用水量较大，为了提高拌合物的粘聚性和抗离析性，节约水泥，便于外加剂的使用，提高混凝土的耐久性，在一些搅拌站经常采用固定用水量法计算配合比。用水量在170～185Kg/m3范围内选择。用固定用水量法设计FLC的配合比时，由于用水量较小，而Ves保持不变，因此必须提高砂率才能保证拌合物的工作性。同时通过改变CSP掺量调整拌合物的流动性和坍落度。其配合比设计步骤如下。 (1) fcu.p： fcu.p = fcu.o +1.645σ (2) 水胶比： W/B =1/(fcu.p/Afce＋B) (3) 用水量：在170～185 Kg/m3范围选择。 (4) 胶凝材料用量：C +FA =W/(WB) =Q FA= αQ C = Q( 1 - α) (5) Ve计算： Ve = Vw+Vc+Vf+Va =W/
ρw＋C/ρc＋FA/ρf＋Va 式中：ρw ,ρc ,ρf , －分别表示水，水泥和粉煤灰的密度( 1.0，3.15和2.50) (6) 砂率及集料用量： SP =(Ves－Ve＋W)/(1000－Ve)×100%
S = ( D－W－C－FA)×SP G =( D－W－C－FA)×(1－SP) (7) CSP掺量(同前述) (8)混凝土试配: 现将用普硅525水泥，Ⅱ级FA，中砂( Mx=2.60～2.80)，碎石(1～3cm) ，用水量 185Kg/m3 配制C25～C35 FLC 配合比计算结果列入表10。
固定用水量法用于计算FLC实例采用普硅425水泥(宝山)，中细砂(Mx=2C.50)，碎石(5～31.5mm)，掺CL-2缓凝减水剂配制C20,C25和C30 FLC，初始坍落度15～18cm 。20 FLC 配合比计算如下： (1) fcu.p = 20+1.645×4=27 (2) W/C： W/C =1/(27/23.05＋0.52) = 0.59 (取0.58) (3) 用水量：W = 185 kg/m3 (4) C = 185/0.58 =319 kg/m3 ; Ve = 186 + 319/3.15 +15 = 301 (5) 砂率及集料用量： SP=(420－301＋185)/(1000－301)× 100% =43% 由于砂子偏细应减小砂率(SP= 40%) S=(2400－185－319)×0.40=758
G=1896－758=1138 (6) CL-2掺量：μ= [(205－185)/205＋0.04]×8.34% = 1.15% C25, C30 FLC配合比计算步骤相同，现将混凝土试配结果列入表11。
三. FLC配合比设计工程应用实例 1. C40 流态混凝土条件：银羊525硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰(珠电)，中细砂(Mx=2,50)，碎石(1～3cm), 掺CSP-2配制C40的流态混凝土和防渗抗裂混凝土。初始坍落度18～20cm，现场搅拌、泵送，初凝时间大于12小时。配合比计算如下： (1) 配制强度： fcu.p = 40+10=50 (Mpa) (2) 水胶比： W/B
=1/(50/28.5＋0.52)= 0.44 (3) 用水量： W=(330－15)/(1＋0.335/0.44 =179 (kg/m3) ( 取180kg/m3) (4) 胶凝材料用量： C+FA =180/0.44= 409 (kg/m3) FA =409×0.18 = 74 (kg/m3) C = 409－74 =335 (kg/m3) Ve =180+335/3.15+74/2.50+15=331(L/m3) 掺UEA时： FA=96 (kg/m3) C= 409－96 =313 (kg/m3) UEA=409×0.113 = 46 (kg/m3) Ve =180+313/3.15+96/2.50+46/2.7+15=350(L/m3) W/B=180/(409+46) = 0.40 (5) 砂率及集料用量：掺UEA时：SP=(420－350＋180)/(1000－350)×100% =38% S= (2400－180－40946)×0.38=671 (kg/m3) G=1765－671=1094 (kg/m3) 普通FLC： SP= (420－331
＋180)/(1000－331)×100% =40% S= (2400－180－409)×0.40 = 724 (kg/m3) G=1811－724=1087 (kg/m3) (6) CSP-2掺量：μ= [(205－180)/205＋0.06]×9.17%=1.67% (7) 混凝土试配结果(见表12)：
表-12中的数据说明用全计算法设计的FLC配合比与试配结果完全一致。 2. C25流态混凝土条件：普硅425水泥，Ⅱ级FA(掺20%)，中砂(Mx=2.8)，碎石(1～3cm)，坍落度16～ 18cm，抗渗标号 P8，掺CSP-4 复合防水剂。配合比设计步骤： (1) 配制强度：fcup = 25+10 =35 (Mpa) (2) 水胶比： W/B =1/(35/23.05＋0.52)= 0.49 (3) 用水量： W =(330－15)/(1＋0.335/0.49) =186 (kg/m3) 取185kg/m3 (4) 胶凝材料用量：C+FA = 185/0.49 = 378 (kg/m3) FA = 378 ×0.20 = 75 (kg/m3) C = 378 － 75 = 303 (kg/m3) Ve = 185+303/3.15 +75/2.5 +15 =326 (L/m3) (5) 砂率及集料用量： SP= (420－326＋185)/(1000－326)×100%=41% 取SP=39% S = (2380－185－378)×0.39=709 (kg/m3) G =1817 －709 =1108 (kg/m3) 混凝土试配结果见表13。
3. C20～C30泵送混凝土普硅425水泥，中砂(Mx=2.8)，碎石(1～3cm)，掺CL-2缓凝减水剂配制C20～C35泵送混凝土，坍落度为12～16cm。配合比设计步骤： (1) 配制强度： fcu.p=fco.k+10 (2) 水灰比： W/C=1/(fcu.p/Afce＋B) (3) 用水量： W = (Ve －Va)/(1＋0.317/W/C) 式中： "0.317"=1/ρc=1/3.15=0.317 Ves=420L/m3 ; Va = 15 L/m3 (4) 砂率及集料用量： SP = (Ves－Ve＋W)/(1000－Ve)×100% 试配结果如下(见表14)。