钢筋混凝土用量（共5篇）
钢筋混凝土用量 篇1
对单跨高层框架结构的应用, 国家现行GB 50011—2010建筑抗震设计规范虽然进行了限制, 但对丙类建筑要求还是有所放松, 并且在实际工程应用中, 尤其是在工业建筑中, 该类结构还是有大量的应用, 比如, 冶金行业转炉炼钢工程中的散装上料转运站。工业建筑需服务于工艺布置, 其建筑形式、结构布置往往受场地空间、工艺立体空间、设备空间等的限制。为满足工艺需要, 各种超常规的建筑在工业设计中比较常见。单跨高层框架结构以其占地面积小、能提供高层应用空间、施工简便等优点, 在工业设计中还是有大量应用。
本文选取相同高度、跨度、层高的单跨高层钢框架 (带支撑) 和混凝土框架, 在相同风荷载、地震荷载、屋面及楼面荷载情况下, 进行计算。在满足相同的位移控制指标的情况下, 分别比较二者材料用量和造价。
1 工程概况
所选工程实例为冶金行业转炉炼钢工程中的散装上料转运站。转运站是皮带运输的中转站, 该转运站高度为24 m, 层高4 m, 共6层, 跨度为8 m。转运站最高层放置皮带机机尾, 第5层放置皮带机机头, 这两层为工艺设备层, 用墙围护。其余楼层为结构层, 不进行墙面围护。假定抗震设防烈度分别为7度和8度, 设计基本地震加速度值分别为0.10g和0.20g, 设计地震分组均为第三组, 场地类别均为Ⅱ类, 抗震设防类别均为丙类。假定基本风压分别为0.35 k Pa和0.55 k Pa。基本雪压为0.40 k Pa。设备层楼面恒载为5 k Pa (不包括楼板自重) 、活载为4 k Pa, 屋面恒载为4 k Pa (不包括楼板自重) 、活载为0.5 k Pa。结构材质分别采用Q235B级钢及C30钢筋混凝土。
根据国家现行规范JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程, 水平荷载作用下框架结构楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1/550。单跨高层框架转运站由于水平刚度小, 若仅满足上述规定, 并不能很好满足使用要求。根据已有工程经验, 类似单跨高层框架转运站, 水平荷载 (包括风荷载和地震荷载) 作用下最高点水平位移与建筑高度之比控制在1/700时, 在风荷载、设备荷载作用下, 人在最高层能明显感觉到建筑的晃动, 给人以相当大的不安全感。在一些高宽比超限的单跨钢筋混凝土框架转运站中, 甚至人为产生的荷载 (比如撬动设备产生的荷载) 也会使建筑产生可感知的晃动。综合相关工程经验, 水平荷载中风荷载起控制作用时, 将单跨高层框架转运站最高点水平位移与建筑高度之比控制在1/1 200较为合适;若地震荷载起控制作用, 当地震烈度为7度 (0.1g) 及其以下烈度时, 上述指标控制在1/1 200较为合适, 当地震烈度为7度 (0.15g) 及其以上烈度时, 上述指标控制在1/800较为合适。此时, 结构有较大的水平刚度, 能满足设备以及现场操作的要求。
由于高层转运站只有最高两层有设备, 其余各层荷载很小, 风荷载及地震荷载起控制作用。根据以往工程经验, 钢筋混凝土单跨高层框架结构位移参数 (最高点水平位移与建筑高度之比) 往往起控制作用;钢框架—中心支撑单跨高层结构中高宽比在接近规范限值的情况下, 上述结构位移参数往往也起控制作用。在满足基本的力学及构造控制参数的基础上, 将最高点水平位移与建筑高度之比作为一项重要的控制参数。
钢筋混凝土材质转运站采用框架结构, 设备层楼板厚120 mm, 结构层板厚80 mm, 楼板结构采用主次梁形式。设备层采用240 mm厚加气混凝土砌块围护, 其余各层开敞。由于混凝土框架—支撑形式不常采用, 且混凝土支撑施工不便, 故而不采用此种结构。
钢结构转运站采用框架—中心支撑结构, 设备层采用钢筋混凝土楼板, 板厚120 mm, 结构层仅设置四周主梁, 不设次梁和楼板。设备层采用C型钢墙梁、0.8 mm压型钢板围护, 其余各层开敞。
2 结构计算
分别对上述钢结构及钢筋混凝土结构转运站在不同荷载状况下模型进行计算, 框架结构及构件在满足基本力学、构造要求的基础上, 尽量优化构件尺寸, 体现结构的经济性。计算采用PKPM软件, 在构件截面优化的过程中要反复试算, 梁、柱、支撑截面优化要相互协调, 使它们刚度相互适应, 以达到最优结果。计算结果列于表1~表4。其中位移指标为水平荷载作用下最高点水平位移与建筑高度之比。
3 结语
通过对钢结构及钢筋混凝土结构单跨高层转运站在不同荷载状况下模型进行计算, 并对构件截面进行优化, 可以得到如下结论:
1) 单跨高层框架结构抵抗水平荷载的刚度往往较小, 这就使得结构对水平荷载的响应较为敏感, 设备及人为操作产生的水平荷载往往使结构产生可感知的位移或晃动。为使结构产生较大的水平刚度, 水平荷载作用下最高点水平位移与建筑高度之比需要进行较为严格的控制。综合相关工程经验, 水平荷载中风荷载起控制作用时, 将单跨高层框架转运站最高点水平位移与建筑高度之比控制在1/1 200较为合适;若地震荷载起控制作用, 当地震设防烈度为7度 (0.1g) 及其以下烈度时, 上述指标控制在1/1 200较为合适, 当地震设防烈度为7度 (0.15g) 及其以上烈度时, 上述指标控制在1/800较为合适。
其中, 钢转运站由于自重较小且水平刚度相对较大, 在本实例中上述位移指标并不起控制作用, 起控制作用的是力学、构造参数。为使结构有足够的刚度, 在满足力学、构造控制参数的基础上, 应使上述位移指标控制在不小于1/1 200。
混凝土转运站自重较大使其水平刚度相对较小, 在本实例中上述位移指标起控制作用。水平作用中, 地震作用起控制作用, 地震设防烈度越高, 地震作用越明显。
2) 地震烈度对混凝土结构的影响比钢结构更明显, 钢结构因为自身的材料性能以及较小的自重比混凝土结构有更好的抗震性能。钢结构单跨高层转运站比混凝土单跨高层转运站更适合高地震设防烈度即不小于7度 (0.15g) 的情况。
3) 在低地震设防烈度即不高于7度 (0.10g) 情况下, 对单跨高层框架结构转运站, 混凝土结构比钢结构有更好的经济性, 但高地震设防烈度情况下, 钢结构比混凝土结构有更好的经济性。
4) 综合以上结论可以看出, 高地震设防烈度即不小于7度 (0.15g) 情况下, 单跨高层框架结构转运站宜采用钢结构;低地震设防烈度即不大于7度 (0.10g) 情况下, 单跨高层框架结构转运站宜采用钢结构, 也可采用钢筋混凝土结构, 但在高宽比较大的情况下宜采用钢结构。
参考文献
[1]包头钢铁设计研究总院.钢结构设计与计算[M].第2版.北京:机械工业出版社, 2006.
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[3]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].
[4]曲伟伟.型钢混凝土框架结构的研究进展[J].山西建筑, 2014, 40 (34) :44-46.
[5]JGJ 3—2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
钢筋混凝土用量 篇2
第1题
定额中的细骨料以中（粗）砂为准，若采用细砂时，水泥调整系数为（）。A.1.06 B.1.09 C.1.07 D.1.08 答案:A
您的答案：A 题目分数：20 此题得分：20.0 批注：
第2题
在使用本定额时，应按设计要求的混凝土强度等级查用。当设计强度等级、抗冻等级与本定额分档不一致时，应以设计指标中的()为准套用相应定额 A.低值 B.高值 C.平均值 D.基准值 答案:B
您的答案：B 题目分数：20 此题得分：20.0 批注：
第3题
第一章普通混凝土中包括： A.普通半干硬性混凝土 B.碾压混凝土 C.普通泵送混凝土 D.水下灌注混凝土 E.抗冻泵送混凝土 答案:A,C,D
您的答案：A,C,D 题目分数：20 此题得分：20.0 批注：
第4题
第四章补充定额包括 A.大粒径混凝土 B.高强混凝土 C.砂浆 D.碾压混凝土 E.水下灌注混凝土 答案:A,D
您的答案：A,B,C,D 题目分数：20 此题得分：0.0 批注：
第5题
定额中水泥以普通水泥为准，水泥强度等级按经济合理的原则确定，一般情况下，编制概算预算时不得调整 答案:正确
您的答案：正确 题目分数：20 此题得分：20.0 批注：
钢筋混凝土用量 篇3
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
1)水泥:
冀东P·O 42.5,标准稠度用水量26.7%,28 d抗压强度为54.8 MPa,其余各项指标符合GB 175—2007要求;
2)砂:
Ⅱ区中砂,含泥量2.8%,细度模数2.64;
3)石子:
碎石,5～20 mm连续级配,其余各项指标符合JGJ 52—2006要求;
4)粉煤灰:
包头达旗电厂Ⅱ级灰;需水量比为99.3%,活性指数80.0%,其余指标符合GB 1596—2005要求;
5)矿渣粉:
包头宏伟公司S 75级矿渣粉;7 d活性指数58%,28 d活性指数77%,流动度比101%;其余指标符合GB 18046—2008要求;
6)膨胀剂:
硫铝酸钙类,28 d无收缩,其他指标符合GB 23439—2009;
7)减水剂:
聚羧酸减水剂产于包头钢鹿建材公司,减水率大于35.1%,萘系减水剂产于包头钢鹿建材公司,减水率大于25.0%,其余指标符合GB 8076—2008要求;
8)水:
普通自来水,符合JGJ 63—2006要求。
1.2 试验方法
自密实混凝土拌合物工作性能测定方法参考 GBJ 80—85《普通混凝土拌合物性能试验方法》和CECS 203—2006《自密实混凝土应用技术规程》进行。力学性能依据国家标准GB/T 50081—2002即《普通混凝土力学性能试验方法标准》中相关规定进行试验。
混凝土弹性模量和抗折试验的试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm。
2 配合比设计
利用双掺技术改善拌合物流动性能及混凝土后期强度,利用高效减水剂改善新拌混凝土的工作性能并降低水胶比提高混凝土强度,选用优质骨料配置抗压强度50 MPa以上、坍落度达到240 mm以上、扩展度达到600 mm以上的混凝土。
通过前期试验室调配以及后期的调整,最终得到如表1所示的配比。
根据表2的数据,配制的自密实混凝土的排碳量计算为88.136 kg/m3,而同强度等级的普通自密实混凝土排碳量177.967 kg/m3,比普通自密实混凝土明显降低,是普通自密实混凝土的49.52%。
该文研制的低碳低水泥用量自密实混凝土水泥用量仅为180 kg/m3,与普通自密实混凝土的370 kg/m3相比,水泥用量减少190 kg/m3,按照水泥价格360元/t,可节约成本68.4元/m3。
3 性能测试及分析
3.1 新拌混凝土性能测试结果及分析
普通自密实混凝土与低碳低水泥用量自密实混凝土的新拌混凝土性能试验结果如表3所示。
从表3的试验数据可以看出,使用较少胶凝材料所配置的低碳低水泥用量自密实混凝土的工作性能较好,该混凝土的坍落度较大,流动性较好,流动性损失小,60 min坍落度依然高达255 mm,扩展度650 mm,T50时间为4.2 s。普通自密实混凝土的初始流动性比低碳低水泥用量自密实混凝土稍好,但60 min后的流动性稍差,这主要是由于普通型自密实混凝土所用胶凝材料较高,水泥用量较高,水化较快引起的。总体来说,采用低碳低水泥用量配置的自密实混凝土的新拌性能与普通自密实混凝土基本相同。
3.2 混凝土硬化后性能试验结果及分析
普通自密实混凝土与低碳低水泥用量自密实混凝土硬化后性能试验结果如表4所示。
混凝土硬化后的力学性能试验结果如表4所示,从表4的试验结果可以看出:
1)与普通自密实混凝土相比,低碳低水泥用量自密实混凝土的早期抗压强度偏低,但56 d抗压强度达到62.5 MPa,超过了普通自密实混凝土的抗压强度。
2)低碳低水泥用量自密实混凝土28 d的静弹性模量比普通自密实混凝土稍高。弹性模量越大,混凝土发生一定弹性变形所需的应力也越大,即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。
3)用低碳低水泥用量配置的自密实混凝土28 d抗折强度高于普通自密实混凝土抗折强度。一般混凝土抗折强度越高,混凝土的质量越好,混凝土耐久性越好。
低碳低水泥用量自密实混凝土比普通自密实混凝土节约胶凝材料约190 kg/m3,大大降低了混凝土生产成本。此外,这对减少混凝土的干燥收缩、提高抗裂性能有很大促进作用。粉煤灰与矿渣粉双掺可以改善拌合物的和易性,改善界面孔结构分布,增加界面间作用力,增加混凝土密实性,提高混凝土的强度及耐久性[6]。
4 结 论
该文对比了低碳低水泥用量自密实混凝土与普通自密实混凝土的性能,通过对新拌混凝土性能、硬化后性能的试验得出以下结论:
a.采用聚羧酸减水剂,双掺粉煤灰与矿渣粉,以180 kg/m3 的水泥用量,445 kg/m3的总胶凝材料用量配置的自密实混凝土排碳量仅为88.136 kg/m3,与同强度等级的普通自密实混凝土排碳量177.967 kg/m3相比明显降低。
b.用低水泥用量配制的自密实混凝土经济效益显著。
c.研制的低碳低水泥用量自密实混凝土和易性好、流动性保持性好,28 d强度可达到53.8 MPa,56 d可达到62.5 MPa,与普通高水泥用量自密实混凝土力学性能相当。
d.低碳低水泥用量自密实混凝土28 d静弹性模量和28 d抗折强度均高于普通自密实混凝土。
参考文献
[1]何小芳,张义顺.自密实高性能混凝土双掺技术的研究[J].焦作工学院学报,2004(6):483-486.
[2]朱敏涛,张雄.自密实混凝土的优化设计[J].混凝土,2006(8):56-60.
[3]潘书亮.粉煤灰自密实混凝土性能研究与应用[D].河北工程大学,2011.
[4]王灿坤.聚羧酸在自密实混凝土中的应用[J].商品混凝土,2012(3):48-50.
[5]刘猛,李百战,姚润明.水泥生产能耗内含碳排放量分析[J].重庆大学学报,2011,34(3):116-120.
钢筋混凝土用量 篇4
胶凝材料也被为胶结材料, 是指在物理、化学作用下, 能够从浆体变为比较坚固的石状物体, 并且可对其它物体起到一定的胶结作用, 从而制作成具有一定机械强度的复合固体物质。自密实混凝土简称为SCC, 其属于一种高性能混凝土, 是指在自身重力作用的影响下, 可以自然流动、密实, 即便在钢筋致密性较大的前提下, 也能够在模板内进行完全填充, 并获得良好均质性且不需要进行附加振动的混凝土。上世纪70年代末期, 欧洲一些发达国家便开始应用轻微振动混凝土, 直至上个世纪90年代中期, SCC被首次被应用于民用建筑工程当中, 自此之后, SCC获得了广泛的普及应用。与普通混凝土相比, SCC具有以下优越性: (1) 能够确保混凝土良好的密实性; (2) 浇筑混凝土时间缩短, 生产效率大幅度提高; (3) 不存在振捣噪音; (4) 表面质量可靠; (5) 增加结构设计自由度。 (6) 能够降低工程整体造价, 并提高施工速度, 施工质量也能获得有效保障。
通常情况下, 当水胶比确定之后, 胶材的用量对浆集比具有决定性作用。而浆集比对SCC的工作性能、强度、耐久新、弹性模量等都有着非常显著的影响。由于SCC具有水胶比小、流动性强等特点, 为确保SCC能够具有较高的流动性, 必须保证混凝土拌和料中胶凝材料的用量足够。然而, 浆集比的不断提高, 会导致混凝土的收缩增大, 此时弹性模量则会随之降低。为此, 应对胶凝材料的用量进行有效控制。研究结果表明, 在拌制SCC时, 水泥的最大用量不得超过550kg/m3。如果水泥用量过少, 会导致混凝土本身的粘聚性和流动性降低, 同时, 浆体当中粗骨料无法自由悬浮, 这样容易引起混凝土分层离析。若是胶凝的用量过大, 会使拌制出来的混凝土粘聚性过大, 此时粗骨料容易在模板的一些死角处形成堆积现象, 这样一来会导致整体结构无法均匀分布。基于以上分析, 可以说, 在对自密实混凝土进行拌合的过程当中, 胶凝材料用量对其性能有极为突出的影响, 需引起重视。
2 胶凝材料用量对新拌制SCC的性能影响分析
2.1 试验材料
本次试验选用水泥作为胶凝材料, 试验过程中使用的水泥均为某大型水泥厂生产的P.Ⅱ42.5;矿物掺和料为F类Ⅰ级粉煤灰;细骨料为中砂, 细度模数为2.9;组骨料为碎石, 粒径为5-20mm, 连续级配;外加剂为高效减水剂;水为自来水。
2.2 SCC配合比设计
本文在充分考虑胶凝用量引起的物理力学和工作性能等方面的问题, 并对以往实际工程中常用的胶凝用量进行参考, 选取了4组试样。具体配合标准如下表所示 (见表1) 。
2.3 试验方法
2.3.1 坍落度试验
对SCC坍落度的测量可以参照《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012 (以下简称规程) 中给出的相关试验步骤, 并在实际测量过程中, 一并对拌和物的扩展度值进行测量, 以及拌和物流动至直径为500mm时所用的时间T500。其中坍落扩展度能够反映出拌和物的实际流动性, 而T500所反映的则是拌和物的具体流动速度。
2.3.2 过筛试验
试验设备为金属筛、筒, 其中金属筛的筛框直径为300mm、孔径为5mm;筒的容量需要大于10L。试验过程中, 先将拌和物一次性倒入筒中, 然后静置15min左右, 再将提升至距离金属筛500mm左右的高处进行倾倒, 静置2min以后, 对通过筛孔的混凝土质量进行测量, 由此获得的比值便是拌和物的抗离析系数, 这个值所反映的是拌和物的抗离析性能。
2.3.3 L型箱试验
试验设备为木质L型箱, 其由前、后槽组成, 前槽为竖向, 后槽为水平, 两槽之间由一道能够活动的闸门隔开, 闸门前设有一排垂直的钢筋栅。该实验可参照《规程》进行。该实验主要是对拌和物流动至后槽400mm位置处的时间T400。当拌和物停止流动后, 对槽内混凝土的前后高度进行测量, 以此来确定拌和物的流动性及间隙通过能力。
3 试验结果分析
表2为各组试样的工作性能测试结果。
由于胶凝材料的用量从500kg/m3降低到425kg/m3时, 减水剂的掺入量有所提高, 即从3.90kg/m3提升至5.55kg/m3, 这表明, 当胶凝材料用量较低时, 拌和物的流动性会随之降低, 此时需要通过增大减水剂掺量来确保拌和物的流动性符合要求。从表2中可出清楚的看到, 当T500从3.25s增加至7.9s时, 胶凝材料的用量随之降低, 从而导致了混凝土塑性黏度增大, 拌和物的流动时间随之增加;当胶凝材料从425kg/m3增加至500kg/m3时, 阻滞率h2/h1由0.80增大至0.87, 这说明由于胶凝材料用量的增加, 粗骨料本身的体积含量随之减少, 致使拌和物中固体颗粒之间的摩擦随之减少, 钢筋间隙的通过性能有所提高。同时, 当胶凝材料的用量增加后, T500由6.5s将至3.9s, 流动速度加快, 这充分表明拌和物的塑性黏度随着胶凝材料的用量增加而降低;当胶凝材料的用量在425-500kg/m3这一区间范围内发生变化时, 拌和物的抗离析系数从0.063提升至0.145, 小于限值20%满足规范要求。抗离析系数随着胶凝材料的用量增加会随之逐步增大, 这表明, SCC的稳定性会随着胶凝材料用量的增加而降低。通过以上分析得出下结论:SCC的稳定性主要取决于黏稠度以及浆体吸附性等因素, 为此, 在确保水胶比保持不变的前提下, 胶凝材料用量的减少, 拌和物的黏稠度会降低, 稳定性也会随之下降, 抗离析性能变差, 若是胶凝材料用量过大, 会造成浆体过量, 若是富余的浆体量过大, 还可能导致SCC的黏度过大, 坍落度经时损失也会更加严重, 这样会使SCC的工作性能会受到一定程度的影响。所以为了确保SCC的工作性能, 必须确定最佳的胶凝材料用量。
4 结束语
综上所述, 本文通过试验对胶凝材料用量对新拌自密实混凝土性能的影响进行了研究, 结果表明, 胶凝材料的用量过大或是过小, 都会对自密实混凝土的工作性能造成一定的影响。为此, 在拌制自密实混凝土的过程中, 必须确定最佳的胶凝材料用量, 只有这样才能进一步确保混凝土良好的工作性能, 从而提高工程项目的整体质量。
参考文献
[1]马良.自密实混凝土内部湿度与变形特征及其对早期塑性开裂的影响[D].华南理工大学, 2012;
[2]曾冲盛.人工砂石粉含量及MB值对自密实混凝土性能的影响及模型研究[J].混凝土技术与应用.2012 (11) ;
钢筋混凝土用量 篇5
传统混凝土由水泥、砂子、石子和水组成。由于九十年代末市场上各水泥品质参差不齐的状况, 建筑工程设计和验收标准或规范对混凝土作了最低水泥用量的下限要求 (≥300kg/单方混凝土) , 以便从源头上确保混凝土结构工程的质量安全。
近十年来, 我国水泥工业进行了全面的现代化改造, 拥有规模化、现代化新型干法先进工艺技术水泥生产线的企业取代了各种立窑和小旋窑水泥厂。现代水泥的均质性好、更细, 早期强度更高。另外, 水泥标准也相应进行了升级修改, 例如:《通用硅酸盐水泥》 (GB 175-2007) 取消了普通硅酸盐水泥P·O32.5的低强度等级产品, 促进了P·O42.5较高强度等级的普通硅酸盐水泥在结构工程上的广泛应用。
现代新型干法水泥和高性能减水剂的普遍使用, 使工程应用的混凝土配制强度可以向更高等级发展 (C80～C100) 。但是由于水泥粒径更细和早强高, 导致混凝土出现水化热高、脆性大和易收缩开裂等隐患, 如果仍然使用原有的最低水泥用量, 这些隐患有增大的趋势。所以现代混凝土技术发展的关键有二:一是使用有水化活性的矿物掺合料 (粉煤灰、矿粉) 取代部份水泥, 在保证或提升28d强度的前提下, 降低混凝土的水化放热, 改善脆性和延展性, 减少开裂, 提高致密性和耐久性;二是使用高效或高性能减水剂降低混凝土制备时的水胶比。故现代混凝土应由水泥、矿物掺合料、砂子、石子、水和外加剂等6项组分组成。
1 建筑工程用相关标准规范对最低水泥用量的限定
由表1可见, 在11个工程标准和规范中, 2008年以后修订的《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ 55-2011) 、《混凝土结构耐久性设计规范》 (GB/T 50476-2008) 、《混凝土结构设计规范》 (GB 50010-2010) 、《补偿收缩混凝土应用技术规程》 (JGJT 178-2009) 、《大体积混凝土施工规范》 (GB 50496-2009) 、《混凝土泵送施工技术规程》 (JGJ/T10-201x) 等6个规范已接受了现代混凝土技术进步的成果, 认同由水泥和矿物掺合料组成胶凝材料的概念, 不再单独对最低水泥用量设限, 而是对混凝土中最低胶凝材料用量 (≥300kg/m3) 和矿物掺合料其总量中的比例 (≤50%) 设限。但是, 《地下防水工程质量验收规范》 (GB 50208-2011) 和《建筑工程冬季施工规程》 (JGJ /T104-2011) 仍然对最低水泥用量分别有 (≥260kg/m3和≥280kg/m3) 限定。
对矿物掺合料改善混凝土性能的技术效果, 早在工程规范《混凝土矿物掺合料应用技术规程》 (DBJT 01-64-2002) 中就得到了体现, 其对地下、水下混凝土设限的水泥用量为≥150kg/m3, 其余为不超过总胶材50%的矿物掺合料。
2 最低水泥用量的合理设限依据
2.1 水化机理
从水化硬化机理看, 混凝土的水泥熟料矿物水化硬化生成凝胶状水化硅酸钙和结晶状水化铝 (铁) 酸钙、水化硫铝酸。
注:表中负数表示硅酸盐熟料组分水化生成的Ca (OH) 2量不够掺合料水化消耗所需
注:混合材为矿渣、矿粉、粉煤灰、烧煤矸石、炉渣等活性材料 (含≤8%的非活性材料)
钙和氢氧化钙等, 晶状水化产物彼此搭接成网架, 形成早期强度;凝胶状的水化硅酸钙填充网架空隙, 形成后期强度的发展。在此, 约20%的块状水化产物——氢氧化钙不但自身胶结性差, 而且妨碍凝胶状水化产物与砂石骨料界面的粘结。
矿粉和粉煤灰等矿物掺合料水化硬化相对滞后, 并与硅酸盐水泥熟料矿物水化生成的氢氧化钙反应, 继续生成胶结强度好的低钙硅比水化硅酸钙凝胶, 且不断填充空隙, 减少块状氢氧化钙量, 使混凝土胶结相越来越致密, 强度也随之增长, 即二次水化和填充效应。矿物掺合料的水化硬化使混凝土内部组成和微结构改善, 浆骨界面区优化, 连通孔被密闭和细化, 显著提高了混凝土的耐久性。另外, 由于矿物掺合料在混凝土中取代了部分水泥, 水化热造成的温差裂纹等减少, 也提高了混凝土的耐久性。
因此, 仅从水化硬化理论而言, 适量使用矿物掺合料对混凝土28d及以后的强度增长是有益的, 其致密性和耐久性的提高更加显著。但是, 实现这一功效的前提是必须有足够量硅酸盐水泥熟料的存在。
2.2 抗碳化性能
显然, 混凝土中矿物掺合料越多, 相应的硅酸盐水泥熟料量越少。表2是混凝土毛细孔中液相Ca (OH) 2浓度的理论估算。
由表2可见, 当矿物掺和料为50%时, 混凝土空隙中液相氢氧化钙Ca (OH) 2浓度约为100g/L, 大于Ca (OH) 2的饱和浓度 (12.7g/L, pH>12.7) ;当矿物掺和料达到60%时, 由于其水化消耗的Ca (OH) 2量大于硅酸盐水泥熟料矿物水化生成的Ca (OH) 2量, 导致混凝土毛细孔液相中Ca (OH) 2浓度大幅降低至零, 低于Ca (OH) 2的饱和浓度 (12.7g/L, pH>12.7) , 钢筋表面的钝化膜消失或减薄, 碳化和钢筋锈蚀加速。故混凝土中矿物掺合料用量不应超出50%的上限。
2.3 冬季施工
冬季施工中, 混凝土尽快达到受冻临界强度非常重要, 也即混凝土早期强度发展要求高, 故混凝土中的水泥应有最低用量限定。根据建筑科学研究院的试验结果, 在普通硅酸盐水泥用量大于220kg/m3 (折合纯熟料量～160kg/m3) 的条件下, 所制备的混凝土能够达到《建筑工程冬季施工规程》 (JGJ/T 104-2011) 对临界强度的要求。
2.4 最小水泥用量设限内容
综上所述, 现代混凝土必须使用矿物掺合料才能改善、优化混凝土的各项现期和长期性能。掺合料能发挥有益效果的前提是必须有足量硅酸盐水泥熟料矿物的水化产物生成。虽然目前的建筑规范标准中对混凝土中水泥最低用量设限, 但没有对水泥的品种和强度等级设限。根据《通用硅酸盐水泥》 (GB 175-2007) 标准, 不同品种的水泥含有的活性和非活性混合材的比例不同, 折合成熟料含量相差很大, 如不予以区别, 即使对单方混凝土最低水泥用量设定, 也不能保证混凝土有足够的硅酸盐水泥熟料含量。详见表3。
由此可见, 如果使用符合通用水泥标准的P.S.A或P.S.B矿渣硅酸盐水泥, 即使单方混凝土水泥用量达到了300kg, 其实际的熟料含量也就在150kg～240kg和90kg～150kg, 并不能保证混凝土各项性能指标。如果使用P.O普通硅酸盐水泥, 即使单方混凝土水泥用量在225kg, 其折合熟料量也在180kg/m3～215kg/m3, 大量的工程实践证明了此用量是适宜的。
3 建议
(1) 现有涉及混凝土的工程标准规范中设定最低水泥用量是必须的, 但不科学、不合理, 应该表述为最低硅酸盐水泥熟料用量, 当使用不同品种的水泥时, 可以按《通用硅酸盐水泥》 (GB 175-2007) 标准中熟料组分含量的下限折算混凝土中的单方熟料用量。
(2) 在混凝土的工程标准规范后续修订中, 如能将最低水泥用量设定为最低硅酸盐水泥熟料用量, 一方面可为促进混凝土行业针对不同的结构工程要求, 使用品质更加优良的P.I、P.Ⅱ硅酸盐水泥打开通路;另一方面又能真正限制低品质或低强度等级水泥在混凝土中的大量使用 (因其符合工程标准中最低水泥用量的要求) , 从源头上保证工程结构的质量安全。
(3) 在水泥标准的后续修订中, 应向食品行业学习, 必须在产品外包装上或散装随车合格证中明确出厂水泥主要组分和添加组分的名称和含量, 以利用户的合理使用。
摘要：水泥是混凝土重要的组成材料之一, 在混凝土配合比中水泥的质量及合理用量是保证混凝土质量的关键。本文对当前建筑工程相关标准规范限定的混凝土配合比中最小水泥用量进行了详细的分析, 并针对实践中不合理的标准提出了个人建议。
关键词：混凝土,水泥,配合比,用量
参考文献