复合矿物掺合料混凝土配合比设计研究

摘 要：单掺一种掺合料与同时掺用多种掺合料，以及同一种掺合料与不同种类的其他掺合料进行搭配组合，其所制备的混凝土具有极不相同的使用性能。因此，如何合理地搭配使用各种掺合料，充分发挥各种掺合料的优势互补作用，对提高混凝土的工作性、强度和耐久性，以及更有效地利用我国的掺合料资源，都具有十分重要的意义。

关键词：复合；矿物；混凝土；配合比；设计

在掺合料实际应用中，常使用单元单掺或两元共掺（又称复掺法），粉煤灰、矿渣微粉中都有大量的玻璃体，可明显改变混凝土的流变性，硅砂粉微粒改变了水泥水化过程，SiO2在压蒸养护条件下，迅速与Ca（OH）2反应生成结晶良好的托勃莫来石。它们的共掺有利于混凝土强度、耐久性的提高，在确保强度和耐久性技术指标前提下，减少水泥用量，达到较好的经济效益。

1 试验方案的确定

为了优化试验，减少试验中的变量，本文设计的试验方案中，水胶比是不变的，所以在试验中有3个变量分别为：掺合料的总掺量（选用的掺量比例为 0%，10%，20%和30%）、复合掺合料的组合（矿粉与粉煤灰复掺、矿粉与石灰石粉复掺、粉煤灰与石灰石粉复掺）、矿物掺合料在复掺时各自所用的比例（三种掺合料两两复掺时所选用的比例为：1：1 、1：3、 3：1，如矿粉与粉煤灰复掺时选用的比例为：1：1 、1：3、 3：1）。本试验中选取混凝土的坍落度和3个不同龄期的混凝土强度作为主要考核指标，考核混凝土的坍落度根据GB/T 50080-2002，考核混凝土的强度（7d、28d、56d）根据GB/T 50081—2002。

2 配合比的确定

2.1 确定混凝土配制强度：在已知混凝土设计强度（fcu，k）和混凝土强度标准差（σ）时，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）的规定，σ=5

fcu，o= fcu，k+1.645σ=30+1.645×5=38.23MPa

2.2 确定水灰比： 0.59

这是理论上计算出来的水灰比，但实际在做试验的过程中，由于加入了减水剂，可使混凝土拌合物在达到同样坍落度条件下减少用水量，根据经验取水灰比为0.49。

2.3 确定用水量（W0）：根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）的规定，配制每立方米塑性和干硬性混凝土的用水量确定，当水灰比在0.4～0.8范围时，根据粗骨料品种、粒径及施工要求的混凝土拌和物稠度，其用水量可查表计算得，当坍落度为50mm，最大粒径为31.5mm时用水量为：W0=170kg/m3。

2.4 计算水泥用量： kg/m3

2.5 确定砂率：根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）的规定，水灰比为0.5，骨料的最大粒径不超过40mm，选用的最大砂率为35%，但由于做的这次试验只用了一种单粒级粗骨料，所以根据要求用其配制混凝土时砂率应当适当增大，由此最终确定的砂率为36%。

2.6 计算砂、石用量：用体积法计算，所选用材料的密度分别为：水泥：3000 kg/m3；砂子：2650 kg/m3；石子：2700kg/m3；水：1000kg/m3。根据体积法公式联立方程，解得：S0=670kg/m3 G0=1208kg/m3。所以C30混凝土的基准配比是W0=170kg/m3；S0=670 kg/m3；G0=1208 kg/m3；C0 =347kg/m3。

掺加掺合料时，仅仅是取代水泥的用量而其它的数值不变，如掺量为10%时，掺合料的掺加质量A=C×（1-10%）=35kg/m3，而此时的水泥量 C=312kg/m3。

在做试验的时候还掺加了 1%的减水剂，每组试验都添加相同比例的减水剂，C30混凝土掺加的减水剂量为1.7kg/m3。所用的成型是试模是100mm×100mm×100mm，每次拌合10L。做C30混凝土各组试件的详细配比如下表1：

表1 C30混凝土试件配比

编号 水泥（kg） 掺合料取代量（%） 矿粉（kg） 粉煤灰（kg） 石灰石粉（kg） 掺合料比例 水

（kg） 砂子（kg） 石子（kg） 外加剂（kg）

A 3.47 — — — — — 1.7 6.7 12.08 0.017

X1 3.12 10 0.35 — — — 1.7 6.7 12.08 0.017

X2 2.78 20 0.68 — — — 1.7 6.7 12.08 0.017

X3 2.43 30 1.04 — — — 1.7 6.7 12.08 0.017

Z1 3.12 10 — 0.35 — — 1.7 6.7 12.08 0.017

Z2 2.78 20 — 0.68 — — 1.7 6.7 12.08 0.017

Z3 2.43 30 — 1.04 — — 1.7 6.7 12.08 0.017

Y1 3.12 10 — — 0.35 — 1.7 6.7 12.08 0.017

Y2 2.78 20 — — 0.68 — 1.7 6.7 12.08 0.017

Y3 2.43 30 — — 1.04 — 1.7 6.7 12.08 0.017

B1 3.12 10 0.17 0.17 — 1：1 1.7 6.7 12.08 0.017

B2 3.12 10 0.24 0.08 — 3：1 1.7 6.7 12.08 0.017

B3 3.12 10 0.08 0.24 — 1：3 1.7 6.7 12.08 0.017

C1 2.78 20 0.34 0.34 — 1：1 1.7 6.7 12.08 0.017

C2 2.78 20 0.48 0.16 — 3：1 1.7 6.7 12.08 0.017

C3 2.78 20 0.16 0.48 — 1：3 1.7 6.7 12.08 0.017

D1 2.43 30 0.51 0.51 — 1：1 1.7 6.7 12.08 0.017

D2 2.43 30 0.72 0.24 — 3：1 1.7 6.7 12.08 0.017

D3 2.43 30 0.24 0.72 — 1：3 1.7 6.7 12.08 0.017

H2 3.12 10 — 0.08 0.24 1：3 1.7 6.7 12.08 0.017

H3 3.12 10 — 0.24 0.08 3：1 1.7 6.7 12.08 0.017

这样，按照上述设计方案就完成了复合矿物掺合料混凝土配合比的设计，以此为基础来完成基本性能的试验。

参考文献

[1] 黄士元.高性能混凝土发展的回顾与思考[J].混凝土，2003（07）.

作者简介：薛灵莉（1974- ），女，河南开封人，开封市房产管理经营总公司，工程师，主要研究工程施工与材料检测。