润达混凝土水灰比为何改用水胶比或水粉比

2019-02-25
  混凝土水灰比为何改用水胶比或水粉比
  原因:
  随着混凝土添加剂材料愈来愈多样性,影响混凝土强度发展的材料已经不再是仅有水泥,其他的添加材料如粉煤灰、矿渣粉、硅灰等也会影响混凝土强度发展,故水灰比一词已不足以描述混凝土配比的特性,故依据添加材料特性,定义其它名称以利于更精确的描述混凝土配比设计参数的特性。
  处理与预防:
  目前,混凝土配比设计中常用的定义中,水灰比、水胶比与水粉比分别代表的意义如下:
  1. 水灰比:水/水泥
  2. 水胶比:水/胶结材
  混凝土的胶结材除水泥外,还包括矿渣粉、粉煤灰、硅灰和火山灰等波特兰材料。
  3. 水粉比:水/粉体
  粉体是指胶结材料及惰性(或半惰性)矿物掺料(如石灰石粉、碎石粉),水粉比主要是将胶结材及为增加工作性或用于充当填充料的惰性材料等粉体材料纳入考量,较常用于高流动性或高粉体量混凝土,如自密实混凝土等。
  水灰比定则的二维属性
  水灰比定则的一维属性是指“灰”性能一定时,水灰比决定其浆体硬化后强度,“灰”变成“胶”后,若将“胶”理解成为宏观概念上的“灰”其相关关系同样成立;
  水灰比定则的二维属性是通过“经验系数”建立起硬化后浆体强度与混凝土强度的相关性,是一种衍生关系。以前“灰”性能取向比较单一,粗细骨料相对唯一,因此,经验系数适应性比较强。现在的“灰”,特别是“胶”的性能变得多样,粗细骨料已经不是那时的骨料,经验系数的适用性本来已面临挑战,而要重新建立相对通用的经验系数难度更大。因此,从某种意义上说,即使不掺减水剂,水灰比定则也已经成为概念。
  掺入减水剂后,如果减水剂提供的是纯物理属性的减水,那么上述理念仍成立。然而所有减水剂,更不要说缓凝、引气、早强等复合型减水剂,均有其化学属性,即使是引气、吸附等物理现象,不仅改变了凝结硬化过程,更改变了浆体硬化后的最终性能。
  同一减水剂与不同“胶”将具有不同的过程和不同的浆体,同一“胶”与不同减水剂也将形成不同浆体,因此,同一水灰比将形成不同的硬化浆体,显然,掺入减水剂后的一维属性既已改变,水灰比定则只能更加成为概念。
  但是水灰比定则的概念仍是指导生产和科研的重要工具,我们需要的是如何修正、如何拓展。
  混凝土在水灰比不变的情况下降低塌落度
  应该增加砂率还是减少砂率
  如果现在是最佳砂率,增加砂率和减少砂率均能降低混凝土塌落度。如果现在不是最佳砂率,往偏离最佳砂率的方向调整砂率,会降低塌落度。
  原因在于:
  砂率已经高于最佳砂率,继续提高砂率,会增大骨料的总表面积,润滑细骨料单位表面积的水泥浆变少,混凝土会变稠,导致塌落度降低;反过来,砂率已经低于最佳砂率,再继续降低砂率,粗骨料的空隙量变大,需要更多砂浆填充在粗骨料的空隙中,润滑粗骨料单位表面积的砂浆变少,混凝土同样会变稠,塌落度也会降低。
  其实,如果需要降低混凝土塌落度,最佳方法是保持水灰比不变(即保持强度不变),降低水泥用量(同时降低用水量),这样可以降低混凝土的材料成本。
  水灰比与强度的关系
  一般情况下,混凝土的抗压强度与水灰比或水胶比成反比,水灰比越大,强度越低,反之亦然。用干净、坚固的骨料制成的混凝土,其强度和其他性能与单位水泥材料或胶凝材料的用水量密切相关。
  混凝土中胶凝材料的强度取决于胶凝材料的质量、用量及水化度。在温度适宜、潮湿的环境下,胶凝材料的水化会持续进行,因此混凝土的强度随时间的推移不断地增长。因此,在任何一个龄期,混凝土的强度与原始水胶比和胶凝材料的水化度有关。因此,及时、彻底的养护对于强度的发展是非常重要的。
  水胶比相同的条件下,混凝土的强度与以下因素有关:
  骨料的大小、形状、级配、表面纹理、强度和硬度;水泥的种类和来源;含气量;外加剂;养护时间;
  混凝土试件的平均强度应等于规定强度加上误差,引起误差的因素包括:原材料的变化;混凝土搅拌、运输、施工等方式的变化;养护方式、时间、环境等的变化;实验中产生的误差。
  混凝土配合比设计中,用f’c 代表28天规定强度,而实际设计的平均强度(三个试块的平均强度)必须大于规定强度,用f’cr 代表平均强度。
  水灰比与强度之间大致关系
  最大水灰比          28天规定强度f’c Mpa
  0.50                     28
  0.45                     31
  0.40                     35
  “水灰比”和“水胶比”的定义
  第一种定义
  旧《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000  J64-2000)5.06条,水灰比的计算公式:
  式中mc0——基准配合比混凝土每立方的水泥用量;
  mw0——基准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与水泥的质量比。而5.01条“进行混凝土配合比计算时,其计算公式和有关参数表格中的数值均以干燥状态骨料为基准”,根据以上条款,可以知道此处“水灰比”中的“水”没有扣除骨料吸收的水,是指混凝土的总用水量。
  新《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011 J64-2011)2.1.13条,水胶比是指混凝土中用水量与胶凝材料用量的质量比。3.0.2条规定“配合比设计应以干燥状态骨料为基准,细骨料含水率应小于0.5%,粗骨料含水率应小于0.2%”,根据以上条款可知,新规范中“水灰比”中的“水”还是指混凝土的总用水量。
  第二种定义
  《水工混凝土配合比设计规程》(DLT5330-2005)3.1.16、3.1.17规定: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),水胶比是指水泥混凝土或砂浆中拌合水(不包括骨料吸收的水)与胶凝材料的质量比。由以上条款可知,此处“水灰比”中的“水”是指扣除骨料吸收的水后的净用水量。
  查阅了相关的国外规范,英国规范《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总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与水泥的质量比。此处明确提出了“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净用水量。
  两种定义的差别
  两种定义的差别在于用水量是否扣除骨料吸收的那部分水,当骨料吸水率较小时,以上两种定义而计算出的水灰比会比较接近;但是当骨料的吸水率较大时,根据以上两种定义而计算出的水灰比会相差很大。

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