天津市金壁德混凝土工程有限公司 天津 300000
摘要：混凝土单方成本一直是各工程与预拌混凝土企业关注的热点，特别是目前水泥、砂石等受环保压力与运输限制，混凝土单方成本不断攀升。基于此，本文分析了堆积密度优化混凝土配合比，提出采用粗细骨料紧密堆积和部分石粉替代细骨料的方法，实现混凝土最密实结构。试验表明，将原级配石子进行筛分并进行复配实现紧密堆积可减少11kg胶材用量，混凝土强度与和易性不出现变化。采用石粉替砂的方式实现细骨料紧密堆积，可使混凝土单方胶材用量降低30kg。配合比优化后减少了胶凝材料用量，大幅减少了水化热，降低了生产成本。
关键词：堆积密度；预拌混凝土；配合比优化
引言：
本文针对常用强度等级C30在不改变原有材料品质的条件下，对粗细骨料进行优化，使其具有更大的堆积密度，降低空隙率，从而实现配合比的优化，降低混凝土单方成本。试验结果表明，采用最大堆积密度优化后的配合比，在水胶比不变条件下，可节约胶凝材料用量并配制出与基准混凝土同和易性、同强度的混凝土。
1 所需原材料
水泥：天津振兴P.O42.5水泥，勃氏法比表面积353m2/kg，密度3.08g/cm3，粉煤灰：天津海得润滋「级粉煤灰，细度8.0%，需水量比95%，密度2.3 g/cm3，矿粉：天津钢宏28d活性指数100%。石灰石粉：廊坊某厂产石粉，细度3.2%，MB值0.3，密度2.78 g/cm3。砂：河北遵化人工机制Ⅱ区中砂与II区河砂。细度模数2.8，含泥量3.2%。其中Ⅲ区细度模数2.2，含泥量5.6%。石子：河北玉田5~31.5mm连续级配碎石，针片状含量2%，压碎值5.7%，表观密度2840kg/m3，堆积密度1617 kg/m3'，空隙率43%。外加剂：天津飞龙聚羧酸减水剂，含固量18.6%，减水率31%.
2 试验与讨论
混凝土配合比设计方法按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》重量法设计。砂石堆积密度和空隙率按GB/T14684-2011《建设用砂》进行试验。石子空隙率优化石子空隙率决定了填充空隙需要的浆体，也就是决定了干砂浆所需体积的多少。根据相关文献中对于干砂浆的定义，可知其由砂、水泥和掺合料体积共同组成。因此减少石子空隙率可以相应地减少填充空隙的胶凝材料用量。在保持富余浆体体积和水胶比不变的条件下，可以得到相同和易性与强度的混凝土。
石子级配优化使用筛网对现有5~31.5mm碎石进行筛分，得到5~16mm和16~31.5mm二级配碎石。将二级配碎石按不同重量比例进行搭配，测试其堆积密度并绘制曲线对图1曲线拟合公式求导，可以得到最大堆积密度所需石子配比：49%的5~16mm碎石和51%的16~31.5mm碎石，最大堆积密度为1667 kg/m3'，空隙率为41%。和原未筛分碎石对比，空隙率降低了2%。由全计算法可知，干砂浆体积可以减少1%可以计算得出水泥8.4kg，粉煤灰3.2kg，即总胶凝材料可以在原配合比上減少约1lkg的条件下，混凝土的和易性和强度不变。
3 混凝土对比试验
将实际生产配合比作为基准进行对比，保持水胶比和砂率不变，外加剂掺量为1.3%，分别减少8kg水泥和3kg粉煤灰，出机和易性和强度数据表。
混凝士对比试验可以看出，当按2.1.1堆积密度计算结果减少8kg水泥和3kg粉煤灰条件下，保持水胶比和砂率不变，混凝土出机和易性与强度均未出现变化，与基准配合比相当。
4 混凝土对比
由2.1得到最佳碎石级配，采用5~16mm碎石49%、16~31.5mm碎石51%固定复配。由2.2.2最佳比例中砂：中砂I=0.68：0.32，并加入8%石粉替代总用砂量。保持水胶比和外加剂用量（掺量为1.3%）不变，砂率为48%，考察分别降低10kg、20kg、30kg和40kg胶凝材料对于强度和和易性的影响。首先从强度上对比，使用最大堆积密度的方案从减少10kg胶材到30kg胶材，无论是早期强度还是后期强度均高于基准生产配比。只有当减少胶材到40kg才出现后期强度低于基准生产配比强度，这是因为石粉主要起到微集料效应，填充空隙，降低水性硬性材料到一定水平后，石粉对水化产物稀释作用放大，从而导致了强度下降。再次单独关注3d早期强度发现加入石粉后，强度均高于基准，这是因为石粉并非完全惰性，能加速水化效应。从本次试验来看，优化配比减少30kg胶材最为合适，其强度数据略高于基准。从和易性观察发现，在固定外加剂用量的条件下，逐渐减少胶凝材料用量，混凝土倒筒时间先减少后增加，混凝土扩展度先增加后减小。这是因为富余浆体体积的变化，开始减少少量胶凝材料时，由于空隙率小，富余浆体比基准配合比丰富，所以扩展度与倒筒时间得到了优化。当继续减少胶材时，为了控制容重必须增加砂石用量，整个体系骨料表面积增加，包裏骨料所需的浆体体积增加，而通过降低空隙率增加的富余浆体不足以补充时，就造成扩展度与倒筒时间劣化。因此从和易性角度出发，在此次试验材料基准上，配合比优化不宜减少胶材总量超过30kg。综合强度、和易性和经济性来看，选用中砂：中砂II=0.68：0.32、5~16mm碎石：16~31.5mm碎石=0.49：0.51、石粉8%替代总用砂量，保持水胶比不变的条件下，降低30kg胶材可达到与基准配合比等同的和易性，同时强度略高于基准配合比。优化后的配合比对比基准生产配合比，单方成本有所降低。
结论：（1）采用二级配碎石搭配优于使用连续级配碎石。当碎石比为49：51时，得到最大堆积密度，可降低粗骨料1.796空隙率。对比基准生产配比可降低1kg胶材用量，同时混凝土强度与和易性不变，与理论计算节约量吻合。（2）采用两种砂复配同时加入8%0石粉替砂，可得到最大堆积密度1646 kg/m3，空隙率为38%，改进后空隙率降低3%。（3）采用最紧密堆积粗细骨料，对比基准生产配比可降低30kg胶材用量，同时混凝土和易性与基准相当，早期3d强度高于基准，28d后期强度略高于基准。
基础设计时应充分考虑不同的工况，尤其地基存在软弱下层或者承载力较差时，根据承载力计算基础大小时应充分考虑沉降因素。竖向构件在设计时，应充分应用混凝土的抗压性能，对轴压比进行相关的控制，高强混凝士能大大的减少竖向构件的配筋。受力复杂的梁在施工图设计时应有所增强，受力复杂，意味着在施工过程中或者使用过程中容易出现裂缝，所以在普通的梁可以按照计算值的大小进行配筋，复杂的梁可以增大配筋避免出现裂缝。配筋方面，楼板应根据相关规范及地方要求进行绘制，有些地区要求住宅按照双层双向，钢筋直径及间距均做明确要求；普通的梁采用架立筋加支座钢筋的形式进行布置，箍筋严格计算要求配置。
参考文献：
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