减水剂在混凝土配合比设计中的应用

杨志芳

1 概述

普通混凝土是指以普通水泥为胶凝材料,加砂子、石子、水以及外加剂(有时还要加掺合料),按一定比例配制,经过搅拌、捣实成型、养护硬化而成的一种人造石材。由于它具有原材料资源丰富、生产工艺简单、性能良好、价格低廉的特点,并且具有较高强度和耐久性,便于浇筑成各种形状的构件或整体结构,能与钢筋结合成坚固、抗震的钢筋混凝土结构,所以一直是建筑工程中广泛应用的建筑材料。由于混凝土是一种由多种成分组成的非匀质性材料,其生产工艺又包括配制、搅拌、振捣和养护等过程,加上水泥是一种活性材料,因此,原材料的质量因素和生产工艺中的某些环节都对其性能和质量有很大的、不可忽视的影响。混凝土配合比设计的目的就是要考虑到上述种种因素,提出施工中应用的最佳混凝土配合比。

2 外加剂的作用及其分类

在混凝土、砂浆和净浆的制备过程中,掺入少量的(不超水泥用量的5%)能对混凝土、砂浆或净浆改变性能的一种产品,称为混凝土外加剂。在混凝土中加入适量的外加剂,能提高混凝土质量,改善混凝土性能,减少混凝土用水量,节约水泥,降低成本,加快施工进度。随着技术的进步,外加剂已成为除水泥、粗细骨料、掺合料和水以外的第5种必备材料,掺外加剂是混凝土配合比设计和提高混凝土耐久性的一项重要措施。

2.1 混凝土外加剂的分类

按GB 8075-87分类,混凝土外加剂按其主要功能可分为四类:1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂,包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。2)调节混凝土凝结时间,硬化性能的外加剂,包括缓凝剂、早强剂、速凝剂等。3)改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。4)改善混凝土其他性能的外加剂,包括引气剂、膨胀剂、防冻剂、作色剂、防水剂和泵送剂等。

2.2 减水剂的作用

减水剂是种能减少混凝土中必要的单位用水量,并能满足规定的稠度要求,提高混凝土和易性的外加剂。其又被称为塑化剂或分散剂。拌和混凝土时加入适量的减水剂,可使水泥颗粒分散均匀,同时将水泥颗粒包裹的水分释放出来,从而能明显减少混凝土用水量。

减水剂的主要作用有以下几个方面:增加水化效率,减少单位用水量,增加强度,节省水泥用量;改善尚未凝固的混凝土的和易性,防止混凝土成分的离析;提高抗渗性,减小透水性,避免混凝土建筑结构漏水,增加耐久性,增加耐化学腐蚀性能;减少混凝土凝固的收缩率,防止混凝土构件产生裂纹;提高抗冻性,有利于冬季施工。

3 掺减水剂混凝土配合比设计

3.1 配合比设计应满足的基本要求

1)混凝土结构设计要求的强度等级。2)施工方面要求的混凝土拌合物和易性。3)与使用环境相适应的耐久性要求(如抗冻等级、抗渗等级和抗侵蚀性等)。4)在满足以上三项技术性质的前提下,尽量做到节约水泥和降低混凝土成本,符合经济原则。

3.2 掺减水剂混凝土配合比设计步骤

1)按混凝土配合比设计规程计算出普通混凝土的配合比。2)在普通混凝土的配合比用水量和水泥用量的基础上,进行减水和减水泥,算出减水和减水泥后的每立方米混凝土的实际用水量和水泥用量。3)重新计算砂、石用量。计算每立方米混凝土中的减水剂用量。4)试配和调整。

3.3 配合比设计的实例

某室内现浇混凝土梁,要求混凝土强度等级为C35,施工采用机械搅拌和机械振捣,要求混凝土坍落度为30 mm～50 mm,施工单位无近期混凝土强度统计资料,所用原材料情况如下:

水泥:42.5级普通硅酸盐水泥,水泥密度为ρc=3.10 g/cm3,水泥强度等级标准值的富余系数为1.08;

砂:中砂,级配合格,砂子表观密度 ρos=2.60 g/cm3;

石:碎石,级配合格,最大粒径为40 mm,石子表观密度 ρog=2.65 g/cm3;

减水剂:HSP高效减水剂,减水率:20%。

配合比设计如下:

1)确定混凝土配制强度(fcu,0)。

2)确定水灰比(W/C)。

干燥环境容许最大水灰比为0.65,故可确定水灰比为0.47。

3)确定用水量(mw0)。查表可知对于最大粒径为40 mm的碎石混凝土,当所需坍落度为30 mm～50 mm时,1 m3混凝土的用水量可选用175 kg。HSP减水率为20%。

用水量:mw0=175×(1-20%)=140 kg。

4)计算水泥用量(mc0)。

查表得最小水泥用量为260 kg,故可取 mc0=297.9 kg/m3。

5)确定砂率(βs)。由 W/C=0.47,碎石最大粒径为40 mm,查表取合理砂率βs=32%。

6)计算砂、石用量(ms0,mg0)。用体积法计算,将 mc0=297.9 kg;mw0=140 kg代入方程组:

解得:ms0=647 kg;mg0=1 376 kg。

7)减水剂HSP:J=297.9×1.5%=4.47 kg。

8)混凝土计算配比为:C:298 kg,S:647 kg,G:1 376 kg,W:140 kg,J:4.47 kg。

C∶S∶G∶W∶J=1∶2.17∶4.62∶0.47∶0.015,W/C=0.47。

4 结语

1)在保持拌合物流动性不变的情况下,掺入减水剂后可减少用水量15%左右。2)在用水量及水灰比不变的条件下,掺入减水剂后,可提高混凝土拌合物的流动性,且不影响混凝土强度。3)在保持流动性和强度不变的情况下,可减少拌合水量,相应减少水泥用量,可节约水泥用量13%左右。

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