潤達混凝土水灰比為何改用水膠比或水粉比

2019-02-25
  混凝土水灰比為何改用水膠比或水粉比
  原因:
  隨著混凝土添加劑材料愈來愈多樣性,影響混凝土強度發展的材料已經不再是僅有水泥,其他的添加材料如粉煤灰、礦渣粉、硅灰等也會影響混凝土強度發展,故水灰比一詞已不足以描述混凝土配比的特性,故依據添加材料特性,定義其它名稱以利于更精確的描述混凝土配比設計參數的特性。
  處理與預防:
  目前,混凝土配比設計中常用的定義中,水灰比、水膠比與水粉比分別代表的意義如下:
  1. 水灰比:水/水泥
  2. 水膠比:水/膠結材
  混凝土的膠結材除水泥外,還包括礦渣粉、粉煤灰、硅灰和火山灰等波特蘭材料。
  3. 水粉比:水/粉體
  粉體是指膠結材料及惰性(或半惰性)礦物摻料(如石灰石粉、碎石粉),水粉比主要是將膠結材及為增加工作性或用于充當填充料的惰性材料等粉體材料納入考量,較常用于高流動性或高粉體量混凝土,如自密實混凝土等。
  水灰比定則的二維屬性
  水灰比定則的一維屬性是指“灰”性能一定時,水灰比決定其漿體硬化后強度,“灰”變成“膠”后,若將“膠”理解成為宏觀概念上的“灰”其相關關系同樣成立;
  水灰比定則的二維屬性是通過“經驗系數”建立起硬化后漿體強度與混凝土強度的相關性,是一種衍生關系。以前“灰”性能取向比較單一,粗細骨料相對唯一,因此,經驗系數適應性比較強,F在的“灰”,特別是“膠”的性能變得多樣,粗細骨料已經不是那時的骨料,經驗系數的適用性本來已面臨挑戰,而要重新建立相對通用的經驗系數難度更大。因此,從某種意義上說,即使不摻減水劑,水灰比定則也已經成為概念。
  摻入減水劑后,如果減水劑提供的是純物理屬性的減水,那么上述理念仍成立。然而所有減水劑,更不要說緩凝、引氣、早強等復合型減水劑,均有其化學屬性,即使是引氣、吸附等物理現象,不僅改變了凝結硬化過程,更改變了漿體硬化后的最終性能。
  同一減水劑與不同“膠”將具有不同的過程和不同的漿體,同一“膠”與不同減水劑也將形成不同漿體,因此,同一水灰比將形成不同的硬化漿體,顯然,摻入減水劑后的一維屬性既已改變,水灰比定則只能更加成為概念。
  但是水灰比定則的概念仍是指導生產和科研的重要工具,我們需要的是如何修正、如何拓展。
  混凝土在水灰比不變的情況下降低塌落度
  應該增加砂率還是減少砂率
  如果現在是最佳砂率,增加砂率和減少砂率均能降低混凝土塌落度。如果現在不是最佳砂率,往偏離最佳砂率的方向調整砂率,會降低塌落度。
  原因在于:
  砂率已經高于最佳砂率,繼續提高砂率,會增大骨料的總表面積,潤滑細骨料單位表面積的水泥漿變少,混凝土會變稠,導致塌落度降低;反過來,砂率已經低于最佳砂率,再繼續降低砂率,粗骨料的空隙量變大,需要更多砂漿填充在粗骨料的空隙中,潤滑粗骨料單位表面積的砂漿變少,混凝土同樣會變稠,塌落度也會降低。
  其實,如果需要降低混凝土塌落度,最佳方法是保持水灰比不變(即保持強度不變),降低水泥用量(同時降低用水量),這樣可以降低混凝土的材料成本。
  水灰比與強度的關系
  一般情況下,混凝土的抗壓強度與水灰比或水膠比成反比,水灰比越大,強度越低,反之亦然。用干凈、堅固的骨料制成的混凝土,其強度和其他性能與單位水泥材料或膠凝材料的用水量密切相關。
  混凝土中膠凝材料的強度取決于膠凝材料的質量、用量及水化度。在溫度適宜、潮濕的環境下,膠凝材料的水化會持續進行,因此混凝土的強度隨時間的推移不斷地增長。因此,在任何一個齡期,混凝土的強度與原始水膠比和膠凝材料的水化度有關。因此,及時、徹底的養護對于強度的發展是非常重要的。
  水膠比相同的條件下,混凝土的強度與以下因素有關:
  骨料的大小、形狀、級配、表面紋理、強度和硬度;水泥的種類和來源;含氣量;外加劑;養護時間;
  混凝土試件的平均強度應等于規定強度加上誤差,引起誤差的因素包括:原材料的變化;混凝土攪拌、運輸、施工等方式的變化;養護方式、時間、環境等的變化;實驗中產生的誤差。
  混凝土配合比設計中,用f’c 代表28天規定強度,而實際設計的平均強度(三個試塊的平均強度)必須大于規定強度,用f’cr 代表平均強度。
  水灰比與強度之間大致關系
  最大水灰比          28天規定強度f’c Mpa
  0.50                     28
  0.45                     31
  0.40                     35
  “水灰比”和“水膠比”的定義
  第一種定義
  舊《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55-2000  J64-2000)5.06條,水灰比的計算公式:
  式中mc0——基準配合比混凝土每立方的水泥用量;
  mw0——基準配合比混凝土每立方的用水量。
  由上述公式可知,水灰比是指混凝土中水與水泥的質量比。而5.01條“進行混凝土配合比計算時,其計算公式和有關參數表格中的數值均以干燥狀態骨料為基準”,根據以上條款,可以知道此處“水灰比”中的“水”沒有扣除骨料吸收的水,是指混凝土的總用水量。
  新《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55-2011 J64-2011)2.1.13條,水膠比是指混凝土中用水量與膠凝材料用量的質量比。3.0.2條規定“配合比設計應以干燥狀態骨料為基準,細骨料含水率應小于0.5%,粗骨料含水率應小于0.2%”,根據以上條款可知,新規范中“水灰比”中的“水”還是指混凝土的總用水量。
  第二種定義
  《水工混凝土配合比設計規程》(DLT5330-2005)3.1.16、3.1.17規定:用水量是指每立方混凝土中的拌合用水(不包括骨料吸收的水),水膠比是指水泥混凝土或砂漿中拌合水(不包括骨料吸收的水)與膠凝材料的質量比。由以上條款可知,此處“水灰比”中的“水”是指扣除骨料吸收的水后的凈用水量。
  查閱了相關的國外規范,英國規范《Concrete—part1:Specification,performance,production and conformity》(BS EN 206-1:2000)3.1.30、3.1.31:有效用水量是新拌混凝土中總水量扣除骨料吸收的水之后的量。水灰比是指新拌混凝土中有效用水量與水泥的質量比。此處明確提出了“有效用水量”的概念,“水灰比”中的“水”是指扣除骨料吸收的水后的凈用水量。
  兩種定義的差別
  兩種定義的差別在于用水量是否扣除骨料吸收的那部分水,當骨料吸水率較小時,以上兩種定義而計算出的水灰比會比較接近;但是當骨料的吸水率較大時,根據以上兩種定義而計算出的水灰比會相差很大。

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