利用水膠比與強度的回歸關系

解決混凝土配合比設計問題

1112122吳佳健 林國雄 蘇妙芬 溫偉強 何志中 榮 凱 張 曹

(1. 深圳市寶金華混凝土有限公司，廣東，深圳 518103;2. 深圳市寶安區(qū)建設局，廣東，深圳 518103)

摘 要:本文根據(jù)混凝土強度與水膠比呈線性關系的特點，通過多組不同水膠比與強度

的回歸試驗建立相關函數(shù)關系，探求用此方法快速解決常用的中低級混凝土配合比設計

問題。

關鍵詞:水膠比;試配;強度;線性關系;配合比

前言1 做好試配工作非常重要

近年來,隨 著國民經(jīng)濟的快 速 發(fā) 展,我國建 筑 業(yè)也以1.1 對于預拌混凝土企業(yè)而言,原材料的抽檢和試驗是一項 前所未有的速 度向前 推 進。為實現(xiàn)國家 提出的節(jié)能減排目 繁瑣而重要的工作,也是混凝土質(zhì)量控制和確?；炷凉こ?標,減 少工業(yè)污 染,改善 和 提 高人 民 生活 環(huán) 境,多 種 新材 質(zhì)量安全的重要一環(huán)。

料、新技術、新工藝不斷推陳出新,為滿足城鄉(xiāng)建設要求, ,1,根據(jù)《預拌混凝土》,GB/T 14902-2003,5.1.2條和 預拌 混凝 土 生產(chǎn)企業(yè)也快 速向第二 三線城市發(fā)展。由于受 《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》,GB 50204-20 02, 自然資源及貨源供應的限制,預拌 混凝 土企 業(yè) 所需原材料 第7.2.1條規(guī)定,散裝水泥應以500噸為一驗收批,若以每月品種、規(guī)格、品質(zhì)也因供應商或貨源的限制,材料的品質(zhì)參 生 產(chǎn)3萬立方米,7萬立方米混凝土計算,日消耗水泥用量差不齊,給混凝 土的質(zhì)量控制及 工程 質(zhì)量保證帶來極大隱 約250 噸,40 0噸,如果對每批次進庫水泥做各強度等級混憂。為提高工作效率,規(guī)范及健全混凝土設計方法,滿足設 凝土配 合比設計或驗證,其工作量是很大的。 計和施 工合 理 要求,確?；炷?土工程 質(zhì)量安 全,并 使 混凝 ,2,根據(jù)《規(guī)程》第6.2.6條,2,規(guī)定,當遇水泥、外土 成 本達 到經(jīng)濟合 理,在 滿足最 新版的《普通混 凝 土配合 加 劑或礦物 摻 合 料等材料因品種或 質(zhì)量有顯著變化時,還比設計規(guī)程》,JGJ 55-2011,以下簡稱《規(guī)程》,前提下,筆 應 對常用的混凝 土配合比作重 新設 計或驗 證,如果水泥或者根 據(jù)多年從事混凝 土 生產(chǎn)及相關試 驗,通 過多組不同水 外 加劑因品牌、品種、強度更換時,還應對所有配合比作重膠比的混凝土試驗,建立水膠比與強度的回歸關系公式,可 新 設計或驗證,其工作量一樣很大,包括不同種類及坍落度很好地 解 決混 凝土配合比設 計問題,此方 法 效率高、實用 的 混凝土,。

性強。本文歸納總結了一些做 法和經(jīng)驗,和行業(yè)內(nèi)人士共同 ,3,按《規(guī)程》第6.1.5條,1,規(guī)定,每一配合比設計探討。 應 采用三個不同水膠比的配合比,其中一個應為《規(guī)程》第

6.1.4 條確定的試拌配合比,另外兩個配合比的水膠比宜較

試拌配 合比分別增加和減少0.05,試驗時還要求混凝土拌收稿日期:2012-06-19

合物性能

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應符 合設 計和施 工要求。因混凝土試驗還會受其他因素影所用材料進行技術鑒定。為了確保用于生產(chǎn)的配合比具有良 響,實際試驗次數(shù)一般較設想的要多。在滿足《規(guī)程》前提下 好的重復性及實用性,試配所用的材料應與生產(chǎn)用的原材料 快速掌握不同材料組合的混凝土特性及技術性能就顯得格 一致,確保膠凝材料,尤其是水泥,與外加劑不變。根據(jù)《規(guī) 外重要了。 程》要求并結合歷史經(jīng)驗設計初步配合比,并按上述要求組

織試配。 1.2 當混凝土強度不大于C60時,筆者建議采用快速試驗法

推 算水泥28天強度,根據(jù)《規(guī)程》第4.0.2條規(guī)定并結合公2.1 為提高試配的準確性并使今后所用的配合比成本達到經(jīng) 司實 際質(zhì)量管理水平及施工工藝水平選擇合理強度標準差0.1克的電子秤稱量 試配用的水和外濟合理,建議用精度

σ,按 加 劑,用精度5克的電子秤稱量膠凝材料及砂石材料。將稱

好的 水和外加劑混合稀釋并一次性,全部,倒入攪拌機內(nèi)與《規(guī)程》第5.1.1條要求分別計算出C20和C55,建議,兩級

其他 材料一起攪拌約1分鐘。為確保混凝土水膠比的準確,水 膠比值,將C20的水膠比值+0.05,C55的水膠比值0.05-

試配應 將外加劑的含水量扣除。由于拌合物的測試項目較作為 試配兩端點水膠比值,建議取小數(shù)點后三位數(shù),,水膠比

值每 間隔約0.05,或大或小一點均可,做一次試配,用水多,會喪 失部分漿體,,建議每次試配量不少于25升,其中

3量、各礦 物摻合料摻量、外加劑摻量及砂率結合歷史經(jīng)驗并最少成型一 組標準試塊,15cm,并標準養(yǎng)護至28天齡期。 經(jīng)試驗確 定。其基本規(guī)則是水膠比越小,單位用水量越小,2.2 按《規(guī)程》要求,混凝土試配時應保持水膠比不變,即在 砂率也越 小,反之亦然,外加劑摻量隨水膠比變小而增加,即調(diào)整用水量時也應同時調(diào)整各膠凝材料用量,,但在試配過 混凝土強 度越高,外加劑摻量越高。 程中,由于混凝土和易性及工作性的需要,仍需微調(diào)混凝土

的用水量或礦物摻合料,工作量較大,且還有一定的難度,這 1.3 在試配過程中,隨著水膠比的改變,技術人員應根據(jù)原材

需要試配技術人員具有一定的工作經(jīng)驗。 料的特性 并結合已完成的試配結果,靈活調(diào)整混凝 土用水

量、外加劑摻量、礦物摻合料及砂率,務求混凝土拌合物和易 2.3 為提高設計所得配合比的實用性,試配應按同類型混凝

土、相同工作性,如坍落度值接近,組織試配,所得數(shù) 據(jù)仍 性、坍落度、流動度及保塑性等指標滿足設計和施工要求。為

按上述方法分類統(tǒng)計。因兩個相鄰水膠比的混凝土存在一定 提高試配效率,技術人員還可以將歷史上使用較為成熟的配

的關聯(lián),試驗時可先做水膠比值大,低強度,的混凝土,后做 合比引入試配,只要拌合物和易性、工作性滿足設計要求,過

水膠比值小,高強度,的混凝土,并根據(jù)上一次或幾次試驗 程無誤即可列入統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

結果誘導出下一次的試驗?務求試配效果與實用的配合比一 1.4 為了確?；貧w方程具有更高實用性,試配時必須確保兩個

致,這樣得出的配合比更具實用性。 相鄰的水膠比差值,0.100。根據(jù)統(tǒng)計學理論,隨著試配次數(shù)

2.4 在試配過程中,兩個相鄰的水膠比值之差在0.030,0.090 ,n值,的增加,回歸方程的誤差則越小。為了提高回歸方程

之間。待混凝土7天或28天強度結果出來,將每一膠水比的實用性,建議有條件的試驗室可適當增加試配次數(shù),為優(yōu)

,水 膠比之倒數(shù),取小數(shù)點后三位數(shù),值x和對應的強度值化配合比、穩(wěn)定混凝土質(zhì)量創(chuàng)造必要條件。 2 試配的方法及要點 Y分別 輸入電腦,或用最小二乘法,即得回歸方程,

混凝土的試配過程就是對原材料品質(zhì)的鑒定過程。為了 Y=a+bx

提高混凝土試配效率,快速掌握混凝土基本特性,在混凝土 根據(jù)《規(guī)程》第4.0.1條和4.0.2條要求,并結合質(zhì)量管試配前應按《預拌混凝土》,GB/T1 4902-2003,第5項要求理 水平,在充分考慮施工實際情況后初定試配強度值,Y,并對 代

表 1 試配所用材料

水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 水 天山P.O42.5 廣西柳礦S95 深圳媽灣? 深圳五山12%聚羧酸 西江中砂 中山明耀5mm~25mm 飲用自來水

表 2 不同水膠比對應的礦物摻和料取代率(%)及用水量

水膠比 0.650 0.623 0.598 0.575 0.550 0.525 0.490 0.455 0.415 0.380 粉煤灰(%) 30 30 30 30 30 30 28 25 23 21 礦粉(%) 15 15 15 15 15 15 17 17 17 17

用水量 180 178 177 176 175 175 175 173 170 168

總372012.07 混凝土世界 77 期

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表 3 混凝土試配記錄(假定容重法)

序號 內(nèi)容 計算公式及引用標準 說明 計算結果

確定每立 方 m—每立方米混凝土拌合物假 定質(zhì)量，容重， 33cp 1 按JGJ 55-2011第5.5.1條 m ,取2325kg/m～2380kg/m 米混 凝 土假 3 3 cp 可取2350kg/m ～2450kg/m 定容重 試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg 編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 176.709 153 41 83 3.740 839 1025 2522 0.650 45% - 6.386 8.109 2.173 4.399 0.198 47.446 54.325 抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28 2322 2330 195/450 良 7?35 8?50 17.8 28.3 試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg 編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 174.476 157 43 86 4.004 831 1030 253-1 0.623 44.7% 6.296 8.321 2.279 4.558 0.213 46.994 54.590 抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28 2326 2330 190/475 良 7?30 8?30 19.3 29.5 試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg 試 驗 配 合 比,53L 試編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 驗日期: 173.353 162 45 89 4.144 823 1035 2012 年4月 253-2 0.598 44.3% 11日 6.266 8.586 2.385 4.717 0.220 46.542 54.855 2 溫度:27? 濕度:80% 抗壓強度，MPa， 砂含水率: ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t 6.7% R7 R28 ，已扣 除 外 加劑含水， 2333 2340 200/400 良 7?15 8?20 20.1 31.2

試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg

編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石

172.095 168 46 92 4.437 823 1040 254-1 0.575 44.2% 6.199 8.904 2.438 4.876 0.236 46.541 55.120

抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28

2346 2340 200/460 良 7?00 8?20 21.8 34.2

試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg

編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石

170.942 175 48 95 4.611 807 1045 254-2 0.550 43.6% 6.194 9.275 2.544 5.035 0.245 45.637 55.385

抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28

2346 2360 190/465 良 6?50 8?00 23.3 35.0

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試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg

編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 170.605 183 50 100 4.995 796 1050 255-1 0.525 43.1% 6.318 9.699 2.650 5.300 0.265 44.909 55.650 抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28 2355 2360 195/470 良 6?40 7?55 25.0 39.7 試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg 編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 170.288 200 57 100 5.355 772 1055 255-2 0.490 42.3% 6.386 10.600 3.021 5.300 0.284 43.555 55.915 抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28 2360 2380 185/500 良 6?35 7?50 28.9 40.1 試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg 試驗配合 比,53L 試編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 驗日期: 168.32 220 65 95 5.32 751 1060 2012 年4月 2561 0.455 41.5% -11日 6.353 11.660 3.445 5.035 0.282 42.370 56.180 溫度:27? 濕度:80% 抗壓強度，MPa， 砂含水率: ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t 6.45% R7 R28 ，已扣 除 外 加劑含水， 2365 2370 210/480 良 6?40 7?40 31.1 42.8

試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg

編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石

164.95 245 70 95 5.74 729 1065 256-2 0.415 40.6% 6.25 12.985 3.710 5.035 0.304 41.129 56.445

抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28

2375 2370 200/480 良 6?20 7?00 35.0 48.1

試驗的配合比及試配53升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg

編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石

162.55 274 75 93 6.188 700 1070 257-1 0.380 39.5% 6.225 14.522 3.975 4.929 0.328 39.490 56.710

抗壓強度，MPa， ρρ坍落度/擴散度 工作性 初凝 終凝 C,C C,t R7 R28

2385 2390 220/410 良 6?20 7?00 42.5 55.0

總372012.07 混凝土世界 79 期

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水膠比 R28 膠水比 編號 W/B ，X， ，Y， 2522 0.650 1.538 28.3 - 分別將: 2531 0.623 1.605 29.5 -X=1.538 y=28.3; 11 X=1.605 y=29.5;2532 0.598 1.672 31.2 22 - X=1.672 y=31.2;33 2541 0.575 1.739 34.2 -X=1.739 y=34.2;44 建立混 凝土 X=1.818 y=35.0;55 膠水比與 推 按JGJ 552011第6.2.11條,可用最-- 2542 0.550 1.818 35.0 -X=1.905 y=39.7;66 算28天強小 二乘法建立膠水比與推算的28天強3 X =2.041 y =40.1; 7 7 度 或28天度或 實測的28天強度的回歸公式: 2551 0.525 1.905 397 -.X=2.198 y=42.8;88 實測 強度回Y=a+bx X=2.410 y=48.1;99 歸 公 式 2552 0.490 2.041 40.1 -X=2.632 y=55.0;1010 輸入電腦,得回歸公式 256-1 0.455 2.198 42.8 Y=a+bx =7403+23414X -..256-2 0.415 2.410 48.1 ，相關系數(shù)r=99.15%， 257-1 0.380 2.632 55.0

X—膠水比，水膠比之倒數(shù)， Y—推算或實測的混凝土28天強度 Y=33.2 X=1.7341 ?水膠比W/B=0.577 W=175kg 3總膠凝材=175/0.577 C25混凝土,定容重2340kg/m =303kg 定σ=5.0MPa 粉煤灰F=30 % 礦粉 Y= f=33.2MPa cu,o 按JGJ 552011第6.2.1-=91kg 根據(jù)Y=,+,X計算出膠水比X Sg=15% 水泥 確定實際用水量W=171.3kg，扣外加劑水3.7kg， 條 回歸公式: =45kg =30%β fC=3039145 --Y=-7.403+23.414X β=15%sg =167kg 例:試配制 A=1.4% 外加劑A=1.4% C25坍落度 =445%β. s=4.242kg 4 160mm~ S+G=1861kg 180mm 砂S=1861×44.5% 配合比 =828kg 碎石G=1033kg

得C25級/坍落度160mm~180mm配合比 單位:Kg

水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石

0.577 44.5% 171.3 167 45 91 4.242 828 1033

ρ坍落度/擴散度 工作性 C,C 備注: 已扣除外加劑水。 2340 195/400 要求良好

復核配合比,試驗方量25升，L，拌合物各材料用量 單位:Kg 復核 校 正, 編號 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 25L 試驗日期: 2742 0.577 44.5% 3.248 4.175 1.125 2.275 0.106 21.735 25.825 -2012.5.11 5 溫度:28? ρ ρ 坍落度/擴散度 工作性 C,C C,t 備注: 已扣除外加濕度:82% 劑水。 砂含水: 2340 2330 195/395 良好 5.0% 按JGJ 552011第6.2.3條,計算混凝土配合比校正系數(shù)=/=99.6%,98%符合要求。 -δρρ C,t C,C

配合比代碼 fρ坍落度 水膠比 砂率 水 水泥 礦粉 粉煤灰 外加劑 砂 碎石 cu,K C,C 配合比輸出 6 3，kg/m， T25Y8 C25 160180 0.577 44.5% 171.3 167 45 91 4.3 828 1033 2340 -

? 將各材料相加2340kg,已滿足JGJ 55-2011第5.5.1條要求; ? 漿體 水171. 3 /1000 +水泥16 7/ 310 0 + 礦 粉4 5 / 2 8 0 0 +粉 煤 灰 91/ 2100 +外加 劑 4 . 3 /1100 +骨 體砂 828 / 2 6 0 0 + 碎 石 37 驗算配合比 1033/2650+ 氣體0.01進行體積驗算,得1.011m,滿足要求; 33? C+Sg+F=303kg/m，?300kg/m，,滿足泵送要求; ? 漿體=288L,300L,稍少,需密切留意混凝土和易性。

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