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在合理確定配制強度的基礎(chǔ)上確定最佳水灰比、單位用水量以及適當(dāng)砂率是混凝土配合比設(shè)計的核心所在。盡管《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55—2000)提供了許多理論依據(jù)，但對于標(biāo)準(zhǔn)差σ、砂率β 、單位用水量mw0 這些重要參數(shù)，卻只是一個原則性的概數(shù)，而非準(zhǔn)則性的指標(biāo)。
我們將根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55—2000)進(jìn)行的試配試驗結(jié)果進(jìn)行了對比，有以下幾點經(jīng)驗可供配合比設(shè)計時參考使用。
1配制強度公式fcu.o≥fcu.k+1.645σ的對比公式fc28=(C／W-B)
為了保證配制強度的可靠性，我們一般在fcu.o與fc28二者中取較大值作為擬定的配制強度，以達(dá)到相應(yīng)的強度保證率。一般來說，σ值在沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)之前，我們參照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204—2002)的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行選用。根據(jù)歷年來強度統(tǒng)計評定資料結(jié)果，從試件強度統(tǒng)計出來的標(biāo)準(zhǔn)差σ的實際值較配制時按GB50204-2002相關(guān)規(guī)定選用的σ值均有不同程度的減??；而在公式fcu.o≥fcu.k+1.645σ中fcu.o 是個定值，σ減小，但fcu.o并未減小，相反還得到了一定程度的增大。因為我們的設(shè)計公式是基于混凝土強度保證率為95％之上的，故t值取1.645，這種結(jié)果反而表明我們的施工質(zhì)量水平有了提高，也就是t值出現(xiàn)了變化所致。保證率P與概率t的關(guān)系，我們可通過標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線方程得出。σ應(yīng)由25組以上試壓結(jié)果通過計算得出。配制工作通常在σ無可靠資料的情況下按表1經(jīng)驗數(shù)值選取。
表1的經(jīng)驗數(shù)值是根據(jù)GB50204—2002初選值配制出的混凝土強度統(tǒng)計評定資料得到的，并結(jié)合《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55—2000)有關(guān)σ的選用規(guī)定進(jìn)行確定的。它既防止了σ值偏低以致降低混凝土強度的實際可靠度，又防止了σ值偏高造成配制強度過高。
2 水灰比的合理選擇
根據(jù)水灰比定律，即在材料品種相同的條件下，混凝土強度隨水灰比的增大而降低，其變化規(guī)律呈曲線關(guān)系，而混凝土強度與灰水比的變化規(guī)律呈直線關(guān)系，見圖1，2。
在關(guān)系曲線未建立之前，我們可采用JGJ55—2000提供的計算公式：
式中 αaαb——回歸系數(shù)
fce——水泥28 d抗壓強度實測值(MPa)。
回歸系數(shù)αa和αb隨所用材料的品種及質(zhì)量不同而異，因此在試驗條件許可下，應(yīng)結(jié)合工程實際使用材料通過試驗求出。當(dāng)缺乏試驗條件時，可參照規(guī)程有關(guān)數(shù)據(jù)：碎石混凝土，αa取0．46，αb取0．48；卵石混凝土，αa取0．07，αb取0．33。對fce的選取，規(guī)范中指的是水泥28d抗壓強度實測值，但通常情況下施工單位難以做到提前28d送檢，因此為不耽誤工期，大多以3d強度或快測強度推定28d強度。從實際應(yīng)用情況來看，這種作法極為普遍而又客觀合理，因此在新規(guī)程5.0.3第2條中予以確認(rèn)。
根據(jù)實測水泥28d強度的結(jié)果來看，不同水泥廠水泥富余系數(shù)均不盡相同，同一水泥廠相同品種水泥在不同時期也存在一定程度的差異，并存在較大的偏高標(biāo)準(zhǔn)值的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)個別實測強度超過相應(yīng)強度等級的情況。同時大部分施工企業(yè)為節(jié)省試驗費用和避免工作繁瑣，不能嚴(yán)格按施工檢驗程序送檢，一般一個單項工程僅在開工前進(jìn)行一次原料檢驗。若僅以這一次送檢結(jié)果作為整個工程的材料質(zhì)量指標(biāo)，特別是較大偏高標(biāo)準(zhǔn)值以至超強度等級的強度實測值作為依據(jù)的話，就有點以偏概全了。因此我們將此次檢測結(jié)果僅作為一個參考性的指標(biāo)，在實際配合比設(shè)計時宜按0．7～0．9的系數(shù)加以折算修正，目的是既考慮到水泥富余系數(shù)的變化，又考慮到不使折減值低于標(biāo)準(zhǔn)值以致影響合格判定。例如某品種32.5級的水泥28d抗壓強度實測值為42.8MPa，按0．7的系數(shù)折算修正后為30.0MPa，此值未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值，顯然與實際檢驗結(jié)果不吻合。故宜取0.8或0.9的系數(shù)修正，即修正值為34.2MPa或38.5MPa。
水灰比的大小直接影響混凝土的強度及耐久性，在一定范圍內(nèi)，水灰比越小，強度越高，耐久性越好，但水泥用量大，提高成本，并使混凝土在硬化過程中增大水化熱及收縮值。因此，確定水灰比的原則是，在滿足強度及耐久性的要求下，盡可能選用較大的水灰比。
3．單住用水量mw0的選取
單位用水量的選取通常參照J(rèn)GJ 55—2000規(guī)程中的表4.0.1—2進(jìn)行，也就是說根據(jù)坍落度和石子類別及最大粒徑確定，只有水灰比小于0.4的混凝土以及特殊成型工藝的混凝土的單位用水量才通過試驗確定。因此，坍落度又與砂率β8之間存在相應(yīng)的關(guān)系，β8的峰值所對應(yīng)的坍落度即為最佳值。為了合理確定單位用水量，各地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳笆戏N類，通過多次試驗制定出適合當(dāng)?shù)氐纳奥?beta;8與坍落度曲線，以便配合比設(shè)計時采用。根據(jù)本地的試驗情況，用于基礎(chǔ)部位時，坍落度一般取10~30mm，主體部位坍落度取30～50mm，單位用水量分別為150~160kg／m3 和170～l80kg／m3。一般來說，卵石混凝土用水量取下限，碎石混凝土用水量取上限。
4．選取適宜的砂率β8
砂率的選取是配合比設(shè)計中一個比較重要而又難以準(zhǔn)確把握的參數(shù)。這是因為影響砂率的因素較多，而且目前還沒有粘聚性的定量指標(biāo)，所以無法建立砂率與粘聚性的關(guān)系。我們在進(jìn)行配合比設(shè)計時，通常采用JGJ55—200O規(guī)程中表4.0.2，根據(jù)水灰比、石子類別和最大粒徑查表選取。表中所列砂率是一個浮動較大的變動值，而計算所需定值的選取要借助實際配合比經(jīng)驗。因此，我們可以根據(jù)公式得出計算值，與表4．0．2中所列數(shù)值進(jìn)行對比取舍。若計算出的 。值在表4．0．2的范圍以外，則取最為接近的數(shù)值作為計算時的砂率值。
式中，po和p0 分別為砂石料的堆積密度； 為砂漿剩余系數(shù)，通常取1.1一1.4，細(xì)砂時取a=1.1，粗砂時取a=1.4，中砂時取 =1.2—1.3；γ為石子空隙率，可查找相關(guān)石子試驗報告數(shù)據(jù)選取。
根據(jù)試驗室配合比設(shè)計情況來看，砂率的選取基本為28％～32％，僅個別預(yù)制構(gòu)件混凝土配合比的砂率稍大，可達(dá)到35％～38％。
5．混凝土配合比設(shè)計結(jié)果宜用重量法表示
規(guī)范要求，工地現(xiàn)場混凝土拌和均采用實物過磅計量，因此，混凝土配合比設(shè)計宜采用重量法，以方便施工操作及提高施工配合比的可靠度。按重量法進(jìn)行配合比設(shè)計時．我們需要確定混凝土拌合物的假定密度以便計算每立方米混凝土中各材料的用量。在JGJ55—2000中，混凝土拌合物假定密度的范圍為2350—2450kg／m3。為了設(shè)計操作的統(tǒng)一性，不同強度等級均取混凝土拌合物的假定密度為2400kg／m3進(jìn)行計算。按此設(shè)計的配合比，經(jīng)現(xiàn)場大量試用和測定(除C10外)，試配后混凝土體積達(dá)不到1m3，表明我們對假定密度取值偏小。經(jīng)過對混凝土密度的大量測試，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)混凝土表觀密度隨強度等級的升高而增大，除Cl0混凝土以外，基本在2450kg／m3以上。因此，將高于Cl0的混凝土拌合物的假定密度調(diào)整為2450kg／m3，基本滿足了混凝土表觀密度假定計算值與實測值之差的絕對值不超過假定計算值的2％的要求，從而達(dá)到了重量與體積的吻合。
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