1、摘要本文通过净浆流动度试验系统地研究了不同水胶比下，水泥、矿粉、粉煤灰三元体系填充优选矿物掺合料矿粉，粉煤灰的最佳掺量。根据规范标准调整实际的掺量。综合考虑施工经验和外加剂推荐掺量调整外加剂掺量。选定不同标号混凝土的水胶比，砂率，采用容重法计算C15-C30混凝土的配合比后进行适配，观察记录工作性能。对比3d，7d，28d强度与成本，优选最佳配比后，根据施工方法，运距，施工部位调整配比。确定最终的不同强度等级混凝土配合比。关键词关键词商品混凝土 三元体系填充 工作性能 强度成本 优选配比商品混凝土配合比设计混凝土配合比是混凝土质量控制的关键因素，它直接影响着混凝土施工的难易，影响着混凝土工程的
2、内在质量及外观，影响着混凝土的成本。混凝土配合比设计就是依照工程设计和施工要求，选择适于制作所需混凝土的原材料，按照设计确定的混凝土性能和经济性原则，选择恰当的组分和材料用量。虽然混凝土配合比设计技术已有一整套完整的标准和规范指导操作，但由于现场施工环境条件制约及当地特定地材等原因，决定了配合比设计不全是科学进行，它只能是在当地通用的材料中选择合适的组成材料，并确定其特性能够满足配比设计性能最低要求的同时又是最经济的组合。商品混凝土配合比设计一般混凝土配合比设计主要包含两个方面的内容，一是依照规范要求选择适合配制所需混凝土性能的原材料；二是对各原材料合理组配，求得满足工程设计和施工要求技术指标
3、的混凝土，使强度富余适宜、工作性满足施工需要、环境耐久性满足工程设计要求、经济性满足成本最低的要求等。由于多方面的原因，实验室设计的混凝土配合比在现场使用时，有时会出现不适用的现象、混凝土拌合物的施工性不是很理想，现场适用率达不到100%，影响了施工进度，甚至建筑工程质量。因此对混凝土的配合比如何进行优化调整就显得尤为必要和迫切。商品混凝土配合比设计商品混凝土所用材料繁多，原材料性能会显著影响混凝土的性能。包括水（自来水、地表水、地下水、回收水）、砂（河砂、机制砂、山砂、混合砂）、粗骨料（碎石、卵石、再生骨料）、矿物掺合料（粉煤灰、矿粉等）、水泥、外加剂（减水剂、膨胀剂、防水剂等），无论哪一种
4、材料发生变化，混凝土配合比都要进行调整。另外季节变化，建筑结构浇筑部位不同，浇筑方式不同，混凝土的配合比都需要进行调整。研究方法国内外现有混凝土配比设计方法除了常用的规范混凝土配比设计方法外，一般采用体积法和容重法，体积法和容重法都是根据施工经验进行混凝土配比设计，其中容重法是由体积法发展而来。但是由于体积法称量困难且计算较为繁琐，目前一般采用容重法进行设计。可行性研究在原材质量可以保证的前提下，根据规范标准及施工经验设计配比，通过大量的试配试验，得出最佳适配，然后根据施工季节，施工部位，浇筑方式，运距等进行调整后在进行试配。实验表明，通过优选材料，合理调整配比，配比的设计与优化在技术上是完全
5、可行的。对商品混凝土总的要求是：稳定、可靠、适用和经济。经过调整，混凝土的工作性能可以与性价比达到最佳组合状态从而实现商品混凝土的收益最大。C15- C30混凝土是现有混凝土标号中使用量最大，最常见的种类。由于其使用量较大，因此混凝土配比设计优化的效果明显，经济效益立竿见影。试验所需仪器本实验所用到的试验仪器主要有：砂筛，石筛，电子称100kg，电子天平2000g，水泥负压筛析仪，新标准稠度仪，维勃稠度仪，勃氏比表面积仪，水泥净浆搅拌机，水泥胶砂搅拌机，水泥胶砂振实台，砼搅拌机，砼坍落度仪，砼试模（塑料）100100100，砼振实台，烧杯量筒若干，压力试验机30 t，压力试验机200 t。试验
6、方法2.3试验方法本实验的试验共三大部分，第一部分为外加剂优选；骨料级配；水泥，矿粉，粉煤灰的三元体系填充。第二部分为配比试验，根据第一部分的资料数据试验结果组合调整水胶比确定混凝土配合比，进行试配试验，记录试验内容、结果，制备100 mm 100 mm 100 mm混凝土试块。第三部分对制备的混凝土试块进行3天，7天，28天抗压强度试验。根据以上三部分的实验内容，进行混凝土成本、工作性能及强度比对，选择最优配合比。第3章 试验内容3.1外加剂优选泵送混凝土的生产离不开泵送型外加剂（包括泵送剂和泵送防冻剂）。而外加剂与水泥，矿粉，粉煤灰等胶凝材料之间存在适应性问题。最常见的不适应表现在对混凝土
7、工作性的影响上，如混凝土坍落度达不到设计要求、超减水或保水性能差使混凝土离析泌水、坍损严重等。商品混凝土外加剂选用依据商混站选择外加剂的依据：1. 根据所配制的混凝土类型选择相应的外加剂品种； 2. 根据混凝土的原材料、配合比和标号确定对外加剂的减水率和掺量的要求；3. 根据工程类型、气候条件、运输距离，泵送高度等因素，确定对坍落度损失程度、凝结时间和早期强度的要求； 4. 其它特殊要求(如抗渗性、抗冻性、抗浸蚀性、耐磨性等)。 最后、通过混凝土试配，经济性评估后才能应用外加剂。外加剂选择由于商混站胶凝材料品种固定，质量较为稳定，所以外加剂品种较为单一，选用外加剂都是经过长时间试验分析与实际生
8、产验证后与本站胶凝材料适应性良好的外加剂。所以泵送剂选用为商混站使用的唐山凯源建筑材料有限公司生产的KY-01复合型泵送剂。KY-01复合型泵送剂KY-01 复合型泵送剂 3.2骨料级配骨料影响经济性，只有骨料理想了，配合比才能才能经济合理。宏观上骨料分三类，混凝土组分多级填充，石子是第一级骨架，由砂浆包裹并填充石子；砂是第二级骨架。粗细集料都应符合有关标准的要求。正确选择集料能确保混凝土工作性、强度和经济性。细骨料：砂子的颗粒级配合理、含泥量低有利于强度和工作性的提高。人工砂和风化山砂的需水量大、颗粒形状和级配不合理使拌合物流动性下降。河砂是理想的细 集料，使用时应正确选择细度模数。配制高强
9、混凝土时应用粗砂，普通流态混凝土用中砂。 细骨料级配细骨料级配由细骨料细砂，粗砂性能指标可知细骨料需进行颗粒级配。细砂比重占粗砂的30%时：细度模数Mx=（A2+A3+A4+A5+A6）-5A1/(100- A1)=(20.505+48.759+70.605+82.999+97.997)-51.742/(100-1.742)=2.535属区中砂。细骨料级配细砂比重占粗砂的25%细度模数Mx=（A2+A3+A4+A5+A6）-5A1/(100-A1)=(17.723+44.507+72.695+84.483+98.055)-51.604/(100-1.604)=3.145属于区粗砂。根据级配细度
10、模数及配置商品混凝土的要求，选择区中砂，及细砂比重占粗砂的30%，占细骨料的23.08%为宜。粗骨料粗骨料石子的最大粒径和级配影响混凝土的用水量，砂率和工作性。配制高强混凝土和高性能混凝土时应采用高强度的碎石，其最大粒径应为19 mm或 25 mm，高强混凝土的强度几近为石子强度的二分之一。普通流态混凝土采用最大粒径25 mm或31.5 mm碎石，采用泵送工艺时石子最大粒径应小于泵 出口管径的三分之一，否则产生堵泵现象。目前市场连续级配的碎石较少，多数为单一粒级，混凝土粗骨料中常缺少4.75-9 mm之间的颗粒，通常采用用米石（5-10 mm）替换（15-30%质量）粗骨料来补救。粗骨料级配根
11、据施工经验及强度要求，每m 混凝土米石用量定为250kg，粗砂、细砂含石稳定为4%、6%。故每m 混凝土米石用量为（250-粗砂0.04-细砂含石0.06）kg。胶凝材料三元体系填充试验本实验的部分的目的为优选胶材比例，分别测定在水胶比0.5、0.4、0.3下矿物掺合料比例1:1上下浮动15g取代水泥30%、40%、50%时的扩展度。该组实验采用水泥净浆流动度试验方法进行，需要水泥净浆搅拌机一台，净浆流动度试验仪器一套，胶凝材料用量定为300g，则水胶比0.5、0.4、0.3水胶比用水量分别为150g、120g、90g。0.5水胶比掺用外加剂0.5%左右，0.4水胶比掺用外加剂1.0%左右，0
12、.3水胶比外加剂掺量3.0%左右。三元体系填充净浆流动度试验0.5水胶比净浆流动度试验0.4水胶比净浆流动度试验0.3水胶比净浆流动度试验胶凝材料三元体系填充在相同水胶比下不同矿物掺和比例下粉煤灰用量越多，胶材流动性越好。但是粉煤灰掺量过多会导致混凝土表面起灰，强度达不到设计要求等问题，且粉煤灰质量波动较大，对混凝土的质量会产生很大影响。所以不同水胶比下胶凝材料填充的最佳比例调整为：0.5水胶比，矿粉掺量25%，粉煤灰取代量22%，系数1.3；0.4水胶比，矿粉掺量22%，粉煤灰取代量20%，系数1.5；0.3水胶比，矿粉掺量20%，粉煤灰取代量15%，系数1.3。配比初设计试验用骨料经过翻晒
13、处理，含水为0。砂级配采用细砂占粗砂30%，粗砂含石4%，细砂含石6%。配比初设计如下：C15混凝土设计容重2330 kg/m，用水量167 kg，砂率45%，水胶比0.630.05，外加剂掺量2.2%；C20混凝土设计容重2330 kg/m，用水量165 kg，砂率45%，水胶比0.600.05，外加剂掺量2.2%；C25混凝土设计容重2340 kg/m，用水量163 kg，砂率45%，水胶比0.510.05，外加剂掺量2.2%；C30混凝土设计容重2350 kg/m，用水量160 kg，砂率43%，水胶比0.450.05，外加剂掺量2.3%；胶凝材料比例根据胶凝材料填充试验及混凝土水胶比以
14、及施工经验：C15混凝土矿粉掺量28%，粉煤灰取代25%，系数1.3；C20混凝土矿粉掺量26%，粉煤灰取代25%，系数1.3；C25混凝土矿粉掺量25%，粉煤灰取代22%，系数1.3；C30混凝土矿粉掺量25%，粉煤灰取代22%，系数1.3。混凝土配比设计标号标号组别组别水水水泥水泥矿粉矿粉粉煤灰粉煤灰粗砂粗砂细砂细砂米石米石C151163 10574.286.2655209211.262163 9768.879.8661.8211.2210.853163 11480.693.6646.9206.4211.74C201161 11471.589.4652.1208.1211.432161 1
15、056682.5659.6210.5210.983161 1257897.5643.3205.3211.95C251158 14879.991.4640.5204.4212.112159 13572.883.2650.6207.6211.523158 16488.6101628.2200.5212.84C301155 16588.9102604.1192.8214.272155 1488091.5616.1196.6213.563154 186100114589188215.16混凝土配合比设计标号标号组别组别碎石碎石外加剂外加剂成本成本外加剂掺外加剂掺量量砂率砂率水胶比水胶比容重容重（Kg/
16、m）C151816.855.832173.42.20%45%0.6323302828.085.403168.822.20%45%0.6823303803.686.334178.762.20%45%0.582330C201812.266.05176.892.20%45%0.623302824.455.585171.842.20%45%0.6523303797.856.6182.862.20%45%0.552330C251793.327.031191.952.20%45%0.5123402809.766.404184.82.20%45%0.5623403773.37.796200.662.20%4
17、5%0.462340C301815.138.178202.592.30%43%0.4523502836.357.36193.612.30%43%0.523503788.629.2213.832.30%43%0.42350试验操作试配所用的混凝土由一台容量为50 L单轴卧式强制搅拌机搅拌完成，试拌方量0.02m即20L。按照以上设计所用的各项组成成分的量，以及计算出的配合比进行材料的取用。外加剂称量误差控制在0.1g，其他材料称料误差控制在0.01kg。投料顺序为粗骨料，细骨料，胶凝材料和外加剂，最后投入水。搅拌140s后将混凝土拌合物出罐观察其和易性，进行坍落度试验，封膜静置1h进行坍损试验，
18、记录数据。将混凝土分两次装入100100100工程塑料制试模中，制备三组试块，分两次振捣提边后自然条件静置24 h后拆模标记，立即放入标准养护室（202，相对湿度95%以上），三组试块分别在在标准养护条件下养护3d，7d，28 d后取出，进行抗压强度试验。混凝土抗压强度试验按照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法进行。试验概况见下图所示。 试验现场试验现场混凝土流动性调整试验中当混凝土流动性未满足要求时，可优先采用调整砂含水方法，其次选用调整外加剂用量，若流动性仍未满足按以下方法进行调整。a)流动性比要求的小：保持W/C不变，增大水，水泥用量； b)流动性比要求的大：保持砂
19、率不变，增大砂，石用量； c)砂浆不足引起粘聚性和保水性不良时：单独增加砂的用量，适当增大砂率； d)砂浆过多引起粘聚性和保水性不良时：单独减少砂的用量，适当降低砂率。试配结果试配配比配合比调整根据曹妃甸地区原材料及养护条件，C45以下混凝土3天强度需达到设计强度的60%，7天强度达到设计强度的85%，28天强度达到设计强度的115%。其中3天强度要达到拆模时所需强度，28天强度为判断混凝土是否合格的标准之一。对混凝土质量影响最重要的季节为冬季，尤其是北方地区，一般在冬季对混凝土有抗冻要求。春季由于昼夜温差较大且空气湿度较低，是混凝土最容易开裂的时段，需要严格控制细砂的掺量。施工部位配比设计注
20、意事项板、路面一般是按抗压进行设计，按抗折进行验收，因此配比需要增加粗骨料掺量，降低砂率，提高水胶比，降低矿物掺合料掺量特别是粉煤灰掺量。柱、墙由于浇筑深度较大，因此需要提高砂率和矿物掺合料掺量来改善其和易性但是应避免坍落度过高而出现流浆现象。桩需要提高一到两个标号进行设计，特别是水下桩，流行性过大，需要减小砂率和矿物掺合料掺量避免其离析造成浆骨分离。基础和底板主要是防止内外温差过大引起开裂而造成强度降低，类似的大体积混凝土需要增加矿物掺合料掺量减少水泥用量提高砂石用量来降低水化热或是采用矿渣水泥，底板由于面积较大位置较深，还需考虑进行分层浇筑，板面需注意凝结时间不能过长而导致分层，出现海绵体
21、。运距浇筑方式配比设计注意事项1. 根据运距和运输时间确定初始坍落度：近距离(10 km)或2h时，为20cm22cm。 2. 控制坍落度损失，即控制入泵前的坍落度应大于14cm。因为坍落度20cm时，浇筑后混凝土长时间保持大流动性状态、其稳定性差容易产生离析，造成缓凝。3. 黏聚性的控制，即保证混凝土在入泵前不能太黏而导致泵送困难或造成堵泵，尤其是高标号混凝土，保证强度的前提下解决其过黏的问题已成为高标号混凝土设计的难题之一。4. 初凝时间的控制：梁板柱浇筑时初凝时间8h12h、大体积混凝土为12h15h。C15混凝土配合比优化混凝土配合比优化C15混凝土主要用于基础垫层，底座，防水保护层，
22、地面硬化等对强度要求不高的部位，基本无配筋。对坍落度的要求一般为160-180 mm，其浇筑方式以自卸为主，个别部位采用汽车泵。由于C15混凝土水胶比较大，所以一般粘聚性较差，流动性较好。但是过大的水胶比容易造成跑浆，浆骨分离，石子堆积等离析现象。因此C15混凝土要控制其水和外加剂的用量，适当掺加细砂改善其粘聚性。矿粉粉煤灰的掺量可以适当提高以改善其经济性。根据实验结果选择C15混凝土选用设计容重2330 kg/m，用水量167 kg，砂率45%，水胶比0.65，外加剂掺量2.2%，在保持砂率不变的前提下细砂、米石掺量提升50 kg，粗砂、碎石掺量减少50 kg以改善粘聚性，实际生产时需扣去砂
23、含水及外加剂含水。 C20混凝土配合比优化混凝土配合比优化C20混凝土主要用于设备基础垫层，地梁，散水，地坪等部位。基本无配筋。对坍落度的要求一般为18020 mm。其浇筑方式以自卸为主，个别部位采用汽车泵。C20混凝土水胶比稍小，但其粘聚性依旧较差，流动性较好，其注意事项同C15混凝土。根据实验结果选择C20混凝土选用设计容重2330 kg/m，用水量165 kg，砂率45%，水胶比0.59，外加剂掺量2.2%，为改善粘聚性，在保持砂率不变的前提下细砂、米石掺量提升40 kg，粗砂、碎石掺量减少40 kg，实际生产时需扣去砂含水及外加剂含水。汽车泵浇筑C20混凝土地坪施工现场C25C25混凝
24、土配合比优化混凝土配合比优化C25混凝土主要用于厂房地坪，散水，围墙基础，围墙柱，厂区道路，车道基础等对强度有一定要求的部位。部分位置有配筋。其坍落度要求一般为18020 mm。浇筑方式以自卸为主，个别部位采用汽车泵。其水胶比较C20混凝土小，粘聚性稍有改善，流动性较好。C25混凝土用于地坪，厂区道路等部位时需减小粉煤灰用量以避免粉煤灰掺量过高而造成混凝土表面起灰，强度达不到设计要求22。根据实验结果选择C25混凝土选用设计容重2340 kg/m，用水量163 kg，砂率45%，水胶比0.51，外加剂掺量2.2%，在保持砂率不变的前提下细砂、米石掺量提升30 kg，粗砂、碎石掺量减少30 kg
25、，实际生产时需扣去砂含水及外加剂含水。在有必要时将粉煤灰掺量系数降低至1.2或1.1，增加相应水泥用量避免表面起灰、强度不够。 C30C30混凝土配合比优化混凝土配合比优化C30混凝土一般用于顶板，围墙基础，低层砖混结构建筑圈梁，或高层建筑顶层部分。有配筋。其坍落度要求一般为18020 mm，其浇筑方式以汽车泵为主，高层建筑物顶层部分一般采用地泵或是塔吊浇筑，其粘聚性，流动性均较好。顶板等较大跨度部位要少掺细砂以防止其开裂。根据实验结果选择C30混凝土选用设计容重2330 kg/m，用水量160 kg，砂率43%，水胶比0.46，外加剂掺量2.3%，由于其工作性能良好，胶凝材料、骨料与设计配比
26、相同，实际生产时需扣去砂含水及外加剂含水。优化后配比标号水水泥矿粉粉煤灰粗砂细砂米石碎石外加剂成本C1516310184726082602607725.652 170.12C2016111673916102482517706.153 176.91C2515815580846112342427637.031 192.94C3015516187996071942148208200.64致谢在论文完成之际，诚挚的感谢指导、关心我的导师赵庆新副教授。从论文的选题、定题、试验到论文初稿、最后的定稿，赵老师都给予了极大的指导与帮助，倾注了无数的心血。赵老师一丝不苟的学术作风，踏实严谨的工作态度，谦和的为人
27、处事之道，不仅授我以文，而且教我做人，让我终生受益无尽。感谢中国二十二冶集团曹妃甸工程技术有限公司搅拌站总工顾少军同志，技术组组长王兴波同志，资料员许鑫同志的无私帮助。感谢曹妃甸商品混凝土有限公司试验室主任张工，生产组组长司工在技术上的无私支持。感谢王银龙同学的在试件制作、试验中的帮助。借此机会也对在四年中教育过自己的各位任课老师表示感谢。在同学、家人的共同努力和帮助下，完成了自己的学业，再次向他们表示由衷的谢意。感谢我的父母，在生活上他们给予我无私的帮助，在学习上对我严格要求，正是他们的默默奉献与支持，我才得以顺利完成我的学业。在即将毕业之际，谨向予我深切关怀、大力支持和帮助我的人们表示深深的谢意。最后，谨向在百忙中抽出时间参加我的论文评审和答辩的各位老师致以衷心的感谢!
