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關(guān)于水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的探討

《水泥》雜志 · 2017-02-18 07:51

  0.引言   

  水泥是混凝土中最主要的組成材料之一,它在很大程度上直接影響到混凝土的質(zhì)量和工程的經(jīng)濟(jì)效益。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的選擇十分重要。如果取值過高,必然造成水泥用量減少,容易導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求,影響工程的混凝土質(zhì)量;如果取值過低,也將造成材料浪費(fèi),成本增加,而且會(huì)出現(xiàn)混凝土28d強(qiáng)度超高的現(xiàn)象,這樣的混凝土極易開裂,影響混凝土的長(zhǎng)期性能和耐久性能。筆者通過對(duì)水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的分析,在混凝土配合比中進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)分析,結(jié)合自己多年來積累的大量水泥實(shí)測(cè)28d抗壓強(qiáng)度值的分析,結(jié)果證明在日常工作中采用的方法,即無實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料時(shí),選用水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)1.12是不恰當(dāng)?shù)模P者提出了應(yīng)根據(jù)廠家近期提供的檢測(cè)數(shù)據(jù),并結(jié)合試驗(yàn)的3d抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行綜合判定,確定每種水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的取值,然后再進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法,并應(yīng)用在實(shí)際工程中,充分利用了水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù),達(dá)到了既節(jié)約成本,又保證了混凝土質(zhì)量的目的。

  1.水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)是混凝土配合比設(shè)計(jì)的重要因素

  根據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)的要求,應(yīng)首先計(jì)算混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu,0,然后根據(jù)配制強(qiáng)度和水泥膠砂抗壓強(qiáng)度計(jì)算混凝土水膠比W/B。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C60時(shí):

  關(guān)于水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的探討

  式中:

  W/B——混凝土水膠比;

  αa、αb——回歸系數(shù),按《規(guī)程》5.1.2條的規(guī)定取值;

  fb——膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度,MPa,可按GB/T17671實(shí)測(cè),也可按《規(guī)程》5.1.3條確定。

  fb無實(shí)測(cè)值時(shí)按式(2)計(jì)算:

  fb=γf·γs·γc·fce,g(2)

  式中:

  γf、γs——分別為粉煤灰和?;郀t礦渣粉影響系數(shù),按《規(guī)程》5.1.3選用;

  fce,g——水泥強(qiáng)度等級(jí)值,MPa;

  γc——水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù),可按統(tǒng)計(jì)資料確定,也可按《規(guī)程》中表5.1.4選用。

  再根據(jù)混凝土中使用的骨料最大粒徑查表得出混凝土中單位用水量mw0,然后計(jì)算混凝土中的水泥用量mc0:

  關(guān)于水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的探討(3)

  由此可見,單位混凝土中水泥用量與水膠比有關(guān),而水膠比又與混凝土配制強(qiáng)度f(wàn)cu,0和水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度有關(guān),水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度的計(jì)算主要取決于水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)γc。

  2.水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)γc的分析

  2.1從水泥試驗(yàn)評(píng)定的角度分析

  當(dāng)水泥進(jìn)場(chǎng)必須經(jīng)過材料檢測(cè)時(shí),水泥強(qiáng)度等級(jí)的評(píng)定是以水泥3d和28d齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度作為依據(jù)的,檢測(cè)結(jié)果可分為兩種情況:一是水泥3d和28d齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度超過委托強(qiáng)度等級(jí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),應(yīng)按委托方委托的強(qiáng)度等級(jí)來評(píng)定。二是水泥的3d和28d齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度低于委托的強(qiáng)度等級(jí)所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),比如    P·O52.5水泥不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,但能達(dá)到P·O42.5水泥的標(biāo)準(zhǔn),則可降低一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)來使用。由此可見,無論是以上面哪種方式應(yīng)用于施工生產(chǎn)中時(shí),水泥實(shí)測(cè)強(qiáng)度均高于技術(shù)要求的水泥強(qiáng)度等級(jí),即水泥強(qiáng)度得到了提高,即γc≥1.0。

  2.2從水泥生產(chǎn)的質(zhì)量來分析

  我國(guó)水泥生產(chǎn)廠家很多,質(zhì)量參差不齊,不同地區(qū)生產(chǎn)的同標(biāo)號(hào)水泥強(qiáng)度波動(dòng)較大。國(guó)有大型企業(yè)技術(shù)力量雄厚,設(shè)備先進(jìn),檢測(cè)手段齊全,生產(chǎn)的水泥質(zhì)量既好又穩(wěn)定;而一些小型水泥企業(yè)和粉磨站生產(chǎn)的水泥往往質(zhì)量不穩(wěn)定,為了降低成本,水泥28d強(qiáng)度值接近于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。歷年水泥統(tǒng)計(jì)資料表明:P·S32.5水泥中,γc最小的是1.00,最大的是1.94;P·O42.5水泥中,γc最小的是1.00,最大的是1.43。這就給檢測(cè)部門的配合比設(shè)計(jì)和施工單位的安全使用帶來了一定困難,因此造成的材料浪費(fèi)和混凝土28d強(qiáng)度不足的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。以工程中常用的強(qiáng)度等級(jí)值32.5水泥為例,在配合比設(shè)計(jì)中,按《規(guī)程》規(guī)定當(dāng)缺乏實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料時(shí),按表取值γc=1.12,用此計(jì)算混凝土配合比時(shí),水泥28d實(shí)測(cè)強(qiáng)度值高的水泥就會(huì)造成材料的浪費(fèi),而對(duì)于水泥28d實(shí)測(cè)強(qiáng)度值低的水泥,混凝土28d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度就有可能無法達(dá)到配制強(qiáng)度的要求,進(jìn)而有可能導(dǎo)致在施工現(xiàn)場(chǎng),由于測(cè)量誤差和人為因素等原因,造成混凝土28d強(qiáng)度值和同條件試塊無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。   2.3對(duì)混凝土中水泥用量、混凝土強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)效益的影響   

  例如配制C20混凝土,使用P·S32.5水泥,采用中砂,5~25mm碎石,坍落度要求70~90mm,配制強(qiáng)度為fcu,0=26.6MPa,選用水量為175kg/m3,則在混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算中,不使用水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)時(shí),即γc=1.00:

  fb=γc﹒fce,g=1.00×32.5=32.5MPa

  W/B=0.57

  mc0=175/0.57=307kg/m3

  按《規(guī)程》中規(guī)定無統(tǒng)計(jì)資料時(shí),水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)按表取,即γc=1.12:

  fb=γc﹒fce,g=1.12×32.5=36.4MPa

  W/B=0.63

  mc0=175/0.63=278kg/m3

  使用與不使用水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)相比,水膠比增加0.06,水泥用量減少9.4%。水泥用量不同,使混凝土的強(qiáng)度也受到了影響,如表1所示。

  表1 使用水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)與否的對(duì)比

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  從表1看出,使用γc值比不使用γc,混凝土強(qiáng)度減少8.1%,但均達(dá)到了配制強(qiáng)度;水泥用量減少29kg/m3。從經(jīng)濟(jì)效益角度看,若小型工程,水泥用量的影響可能不大,但對(duì)于大型混凝土工程來說,經(jīng)濟(jì)效益將很可觀。

[Page]

  3.水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)γc的取值

  《規(guī)程》中規(guī)定,水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù),可按實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料確定,當(dāng)缺乏實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料時(shí),可按表選用。在實(shí)際施工工程中應(yīng)用最多的水泥強(qiáng)度等級(jí)值是32.5,在《規(guī)程》表5.1.4中,水泥強(qiáng)度等級(jí)值是32.5的富余系數(shù)是1.12,我們?cè)趯?shí)際配制混凝土?xí)r,由于各工地水泥品種繁多,不固定,而對(duì)各種水泥均缺乏實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料,因此在實(shí)際配制時(shí)均采用規(guī)范中提供的γc,但筆者在多年來積累的大量水泥實(shí)測(cè)28d抗壓強(qiáng)度值中發(fā)現(xiàn),用γc=1.12來計(jì)算配合比是不恰當(dāng)?shù)?。P·S32.5和P·O42.5水泥28d抗壓強(qiáng)度值統(tǒng)計(jì)匯總?cè)绫?所示。

  表2 28d抗壓強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)統(tǒng)計(jì)

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  注:括號(hào)中數(shù)據(jù)為該富余系數(shù)的樣品占總樣品的百分比。

  從表2中可以看出,目前水泥質(zhì)量整體水平較高,P·S32.5水泥中,γc>1.12的水泥占63.1%,1.0≤γc<1.12的水泥占23.4%;P·O42.5水泥中,γc>1.12的水泥占67.2%,1.0≤γc<1.12的水泥占15.5%;選取γc=1.12所占的比例是極小一部分,大多數(shù)水泥在使用過程中γc值的選取可以大于1.12,以便達(dá)到滿足技術(shù)要求的前提下節(jié)約水泥、降低成本的目的,所以筆者認(rèn)為使用γc=1.12是不恰當(dāng)?shù)?,?yīng)根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選取γc值。在具體操作上筆者建議根據(jù)廠家近期提供的檢測(cè)數(shù)據(jù),并結(jié)合我們自己水泥試驗(yàn)的3d抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行綜合判定,確定每種水泥γc的取值,這樣再進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì),就可以在混凝土中更加經(jīng)濟(jì)合理地使用水泥了。

  4.工程實(shí)例

  筆者在幾年的工作實(shí)踐中使用了這種方法,應(yīng)用效果較好。試舉其中門頭溝棚戶區(qū)改造石泉磚廠AB地塊安置房工程項(xiàng)目為例,該工程采用唐山豐潤(rùn)京豐水泥廠生產(chǎn)的P·S·A32.5水泥,砂Mx=2.6,碎石粒徑5~25mm,坍落度要求60~80mm,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25。筆者根據(jù)水泥出廠檢測(cè)報(bào)告,并收集唐山豐潤(rùn)水泥廠近期的水泥檢測(cè)結(jié)果共7組,見表3。

  表3 唐山豐潤(rùn)水泥廠水泥檢測(cè)結(jié)果

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  從表3中看出,γc=1.37,又結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室對(duì)送檢水泥所做的試驗(yàn),3d抗壓強(qiáng)度結(jié)果為20.4MPa,根據(jù)以往水泥試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì),3d強(qiáng)度能達(dá)到28d的40%~50%之間,據(jù)此推定水泥28d抗壓強(qiáng)度大約在40.8~51MPa之間,即γc值在1.26~1.57之間,因此確定了γc的取值為1.35,并進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì):

  混凝土配制強(qiáng)度fcu,0=33.2MPa

  當(dāng)γc=1.35時(shí),fb=γc﹒fce,g=1.35×32.5=43.88MPa

  W/B=0.61

  mw0=172kg/m3

  mc0=172/0.61=282kg/m3

  當(dāng)γc=1.12時(shí),fb=γc﹒fce,g=1.12×32.5=36.4MPa

  mw0=172kg/m3

  W/B=0.52

  mc0=172/0.52=331kg/m3

  試驗(yàn)結(jié)果見表4。

  表4 采用不同水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)的對(duì)比

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  本實(shí)驗(yàn)室送檢水泥的28d抗壓強(qiáng)度結(jié)果是45.3MPa,水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)γc=1.39。工地施工過程中留置的標(biāo)養(yǎng)28d試塊強(qiáng)度共計(jì)12組,試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表5。

  表5 混凝土28d標(biāo)養(yǎng)試塊抗壓強(qiáng)度

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  從表5可以看出,工地施工過程中留置的標(biāo)養(yǎng)28d試塊強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C25的強(qiáng)度要求。

  工程實(shí)踐證明,根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料利用水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)比無統(tǒng)計(jì)資料按標(biāo)準(zhǔn)選取水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù),混凝土水泥用量減少了 49kg/m3,而且混凝土強(qiáng)度超高現(xiàn)象得到了改善,達(dá)到了既保證質(zhì)量又節(jié)約成本的目的。

  5.結(jié)論

  1)水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)的取值嚴(yán)重影響混凝土配合比設(shè)計(jì)。

  2)應(yīng)用在工程中的水泥實(shí)測(cè)強(qiáng)度均高于水泥的強(qiáng)度等級(jí)值,即γc≥1.0。

  3)水泥質(zhì)量參差不齊,水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)波動(dòng)范圍較大。

  4)根據(jù)混凝土對(duì)比試驗(yàn),使用γc比不使用γc,混凝土中水泥用量減少29kg/m3,但強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

  5)歷年統(tǒng)計(jì)資料表明,水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)取1.12是不恰當(dāng)?shù)?,?yīng)根據(jù)近期實(shí)測(cè)資料和進(jìn)場(chǎng)水泥試驗(yàn)3d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行綜合判定,來確定每種水泥γc的取值,在保證技術(shù)要求的情況下,充分利用水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù),以達(dá)到在混凝土中更加經(jīng)濟(jì)合理地使用水泥的目的。

編輯:俞美玲

監(jiān)督:0571-85871513

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