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水灰比0.5水泥用量计算 水灰比计算

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水灰比的计算(水灰比为0.5时水泥用量的计算)
鉴于目前混凝土成分和原材料的变化，传统的“混凝土配合比设计方法”已不再适用，但我的看法是，不必制定混凝土配合比的规范，重要的是掌握混凝土配合比的原则 。至于具体步骤，要相信技术人员的专业知识和经验能够满足具体项目所需的配合比，不同的人做出不同的结果也是正常的 。西方国家提出的“基于性能的规范”概念符合混凝土材料的特点 。
1混凝土组成材料、配合比要素与混凝土性能的关系
目前混凝土的特点是普遍添加矿物掺合料和高效减水剂 。混凝土的四种原材料:再生水、水泥、砂、石中加入了矿物掺合料 。于是，传统的配合比三要素——水灰比、水泥骨比、砂石比变成了水胶比、水泥骨比、砂石比、矿物掺合料用量四要素 。混合比中需要求解的未知数由传统的4变为5 。最后，根据在满足施工要求的前提下所有材料紧密堆放的原则，采用绝对体积法计算每种材料的用量 。不考虑外加剂所占混凝土的体积，各组分材料的关系和性质，其作用和影响可如图1所示 。
从图1可以看出，混凝土配合比的四个要素都影响着混合料和硬化混凝土的性能 。当决定混凝土强度和密实度的水胶比确定后，所有因素都会影响混合料的施工性能 。施工是保证混凝土质量的最后也是最关键的环节，所以考虑浆体浓度的因素，根据混合料的施工性能选择混合料的砂石比和浆骨比是混凝土配合比选择的主要因素 。水泥石比是保证混凝土硬化前后性能的关键因素 。无论是改变水胶比还是矿物掺合料的掺量，调整配合比时都应采用等浆体积法，保持浆骨比不变 。
我国混凝土年产量可占世界一半，但质量相对落后 。例如，世界上只有中国采用“假定体积密度法”计算混凝土配合比，只有中国采用绝对干燥的砂石生产混凝土，这使得中国的混凝土质量难以控制 。
2目前我国混凝土配合比计算存在的问题及建议
2.1存在的问题
2.1.1假定体积密度法
“假定密度法”最初是在绝对体积法的基础上产生的 。混凝土配合比的原理是原材料按1m3混凝土拌合物紧密堆积，即1m3混凝土的体积等于原材料的绝对密实体积之和(即不包括原材料内部孔隙) 。以前水泥、砂石的表观密度变化不大，配制的混凝土也是如此 。因此，为了简化试拌，水灰比在0.5左右的混凝土表观密度假定为2400kg/m3，高强混凝土表观密度假定为2450kg/m3，试拌后实测差异不大 。但现在普遍使用大掺量的矿物掺合料，如粉煤灰的表观密度为1.90 ~ 2.40 g/cm3，磨细矿渣的表观密度约为2.60g/cm3 。与水泥的表观密度约3.0g/cm3相比，差别很大 。根据假设的表观密度，体积会大于1m3，外加剂越多，体积越大 。所以根本上还是要用绝对体积法 。当然，正如任何方法都有一定的假设一样，绝对体积法的假设是忽略水泥水化减少的水的体积 。然而，当混凝土处于新拌状态时，相对于混凝土的总体积，这种水的转移是非常小的 。为了弥补对水体积的忽略，建议不采用绝对体积法计算搅拌夹带的孔隙体积 。
2.1.2等水胶比法
【水灰比0.5水泥用量计算 水灰比计算】掺矿物掺合料的水胶比与不掺矿物掺合料的水胶比相同，即简单等效替代 。由于矿物掺合料密度低，浆体体积变大，即浆骨比增大 。例如，假设普通水泥的密度为3.0g/cm3，粉煤灰的密度为2.2g/cm3，当30%的水泥简单地用粉煤灰代替时，浆体体积将增加37L 。水泥用水硬化后的体积收缩是混凝土的特性之一 。混凝土中加入骨料后，骨料的温度变形系数不到硬化水泥浆体的一半，可以稳定混凝土的体积 。水泥与骨的比例越小，硬化混凝土的收缩越小 。混凝土的体积稳定性必然会受到水泥与骨之比增加的影响 。另外，由于粉煤灰的反应速率和反应速度低，早期混凝土浆体的水灰比增大 。例如，假设有一种混凝土的原始水灰比为0.57 。如果单纯用粉煤灰代替30%的水泥，水灰比仍为0.57 。如果忽略粉煤灰表面的吸附水，早期水灰比会增大到0.81，混凝土强度肯定会下降 。为了保持混凝土强度不变，水灰比降为0.5，早期水灰比仍为0.71 。
这么大的水灰比，前期会造成很大的孔隙率 。因此，掺粉煤灰时，不能采用恒定的水胶比，而必须降低水胶比才能发挥粉煤灰的作用 。
2.1.3粉煤灰超量替代法
由于对矿物掺合料的忽视，混凝土的设计和工程质量管理人员限制了矿物掺合料的掺量，于是在相关配合比规范中提出了粉煤灰的“超量替代法”，即在掺合料可接受的范围内替代水泥，再加入一部分替代砂 。这只是一个计算 。在数量上“代砂”，实际上是因为细计量等级的差异，粉煤灰在功能上不是砂，不可能“代砂”，但它仍然是胶凝材料，只是因为“过量”，变相增加了浆体含量，降低了水胶比 。但在形式上，并没有公开实际的粉煤灰含量和实际的水胶比，客观上起到了掩人耳目的作用 。水胶比是混凝土配合比的三要素之一 。当原材料相同时，影响混凝土强度的主要因素是有效拌合水与包括水泥在内的所有细粉料的比值，即水胶比 。即使加入传统惰性材料如磨细石英砂等石粉，超量取代法也无法使用的原因在于水胶比定义的混乱 。比如有的搅拌站不把超量取代部分计入胶凝材料，声称掺粉煤灰前后水灰比不变 。一些实例表明，当项目出现问题时，这种方法无法从报告的匹配率中分析原因 。有人认为掺入粉煤灰的混凝土抗裂性能没有明显提高，水泥-骨比的增加是原因之一 。建议以后不要使用这种实际上增加了髓骨比的计算方法 。
2.1.4等水灰比法
基于某些人对水泥认识的局限性，水泥厂生产的混合水泥称为水泥，而在搅拌站掺入的矿物掺合料不包括在水泥内 。简单的保持水灰比不变，减少用水量，降低水胶比，希望保持混凝土强度不变 。但这种做法的结果是水胶比会过大，实际强度会超过预期值 。以粉煤灰为例，如果加入粉煤灰后水灰比不变，则需要降低水灰比 。粉煤灰含量越大，需要降低的水胶比就越大 。例如，假设水泥密度为3.1g/cm3，原始(FA含量为0)水灰比为0.50 。当密度为2.4g/cm3的粉煤灰掺量为30%时，水灰比应为0.40，以此类推 。当粉煤灰掺量为40%时，水灰比应为0.30 。这是忽略飞灰表面吸附水计算的 。事实上，由于水在粉煤灰表面的吸附，自由水并没有计算的那么大，所以所需的水胶比可以更大 。同时，该方法粉煤灰用量与水泥用量相等，总胶凝材料质量不变 。但由于粉煤灰的密度低于水泥，粉煤灰掺量越大，总胶凝材料的体积越大，水胶比越低，会影响混合料的和易性，因此需要增加用水量(同时根据水胶比增加胶凝材料的用量)，不仅增加试拌工作量，还会影响混凝土的体积 。
2.1.5忽略骨料颗粒级配和颗粒形状的要求 。
骨料在混凝土中起骨架作用，主要是稳定体积 。采石场生产的石料即使经过严格的级配，在装卸运输过程中的磕碰卸料后，再加上生产混凝土过程中的投料，石料的大小也会发生分离和重新分配，级配就丧失了 。所以在大多数国家，用来配制混凝土的石头都是二级或者三级的 。例如，在德国，当混凝土被试用时，沙子和砾石被连续地一起分级 。目前，由于生产技术的落后和大多数生产者的无知，中国市场上供应的石头无视砂石标准 。号称连续级配，其实小于10mm的颗粒很少，几乎没有 。而且由于我国砂石标准对针片状尺寸颗粒要求过宽(实际上是迁就落后)，石头的颗粒形态很差 。
中国的老专家蔡在上世纪80年代初就说过，中国的混凝土质量不如西方国家，原因是石头质量差 。但当时国内随机取样的石料的松堆空空隙率一般为40% ~ 42%，而粒形、级配理想的石料的空空隙率约为38% 。现在国内市场上的石头空的缺口率已经达到45%以上，甚至超过50%！这使得我国混凝土的水泥用量和用水量比西方国家混凝土多20%左右 。部分搅拌站或工程采用了二级配石料，混凝土水泥用量可降低20%左右 。
但由于对砂石质量的无奈，目前绝大多数混凝土生产不需要骨料，混凝土配合比规范和砂石标准基本适应落后现状，导致混凝土无法保证其应有的质量 。按照市场经济规律，产品的质量是根据市场需求生产的，只有满足客户的要求，才能销售出去 。目前没有合格的砂石供应，根本原因是购买者对砂石质量的重要性认识不够 。通常，过去在制定砂石应用标准时，实际上是在规定的级配要求表下写明:级配不合格，经试验证明不影响施工，可以使用 。(那么有必要制定标准吗？只要无限制的增加水泥浆体的含量就可以了！)
2.2建议
(1)鉴于目前混凝土成分的变化，计算混凝土配合比的假定密度法不再适用，建议采用绝对体积法 。
(2)单级配石料采用二级或三级布料，生产中可采用分级给料，以获得满足施工要求的最小总浆量，有利于工程的经济性和耐久性 。
(3)当矿物掺合料含量发生变化时，应采用等浆体积法调整混凝土的配合比，以保持混凝土的稳定性 。
3确定混凝土配合比的原则
根据具体工程对混凝土的技术要求，选择原材料和配合比；
(1)注意集料级配和颗粒形状，按最大松装密度法优化级配集料，但级配后空的空隙率不应大于42%；
(2)根据最小水泥骨比原则(即用水量或胶凝材料总量最小)，尽可能降低水泥骨比，根据混凝土强度等级和最小胶凝材料用量原则确定水泥骨(体积)比，根据选定的水泥骨比得出1m3混凝土拌合物的水泥体积和骨料体积；用于计算集料体积的密度应在表面干燥饱和的条件下测量；
(3)根据施工要求选择砂石比，根据《混凝土性能技术要求》中混凝土的目标性能确定矿物掺合料含量和水胶比；
(4)按绝对体积法，以浆体体积计算胶凝材料总量和用水量；使用集料体积计算沙石的数量 。调整水胶比时，保持水泥浆体积不变 。根据工程特点和技术要求，选择合适的外加剂，并用高效减水剂的掺量调节混合料的和易性；
(5)由于水泥遇水开始水化，混合物的实际密实体积略小于所有材料的密度之和，所以在不加引气剂的情况下，搅拌时夹带的空气体可按1%左右计算 。
4混凝土配合比方案之一的选择步骤
4.1确认目标
在混凝土结构设计中确认《混凝土技术要求》中提出的设计目标、条件、指标和参数:混凝土结构构件类型、最小保护层厚度、环境、设计使用寿命、耐久性指标(根据环境选择)、最小强度等级、最大水胶比、胶凝材料的最小和最大用量、施工季节、混凝土中的最高温度(如果需要)、最大骨料粒径、混合料的坍落度、以及
4.2根据上述条件选择原材料 。
4.3确认原料条件
(1)水泥:品种、密度、标准稠度用水量、矿物掺合料的品种和含量、水化热、氯离子含量、细度和凝结时间；
(2)石料:品种、饱和面表观密度、松散堆积密度、石料最大粒径、级配比例和级配空空隙比；
(3)砂:细度模数、5mm以上颗粒含量、饱和面表观密度、自然容重、5mm以上颗粒过筛后的空孔隙比及来源；
(4)矿物掺合料:品种、密度、需水量比、烧失量和细度；
(5)添加剂:品种、浓度(针对液体)、其他相关指标(如减水剂的减水率、引气剂的引气量、碱含量、氯离子含量、钾钠含量等 。).
5混凝土配合比四要素的选择
5.1水胶比
对于有耐久性要求的混凝土，根据《混凝土结构耐久性设计规范》，混凝土技术要求中的最低强度等级由设计给出，配制强度按95%的保证率确定；取最大水胶比作为初始水胶比，然后依次降低0.05 ~ 0.1个百分点，试配3 ~ 5个水胶比，从而得出水胶比与强度的线性关系，找出上述配制强度所需的水胶比，再试配 。或者根据不掺外加剂的普通混凝土的强度-水灰比关系选择一个基准水灰比，再根据掺粉煤灰后的浆骨比调整水灰比 。一般有耐久性要求的中等强度混凝土，当粉煤灰掺量超过30%(包括水泥中已含有的混合材料)时，水胶比不应超过0.44 。
5.2髓骨比(体积)
在水胶比一定的情况下，用水量或胶凝材料总量，或骨料总体积，反映了水泥-骨比 。泵送混凝土可按表1选用，或按GB/T 50746-2008《混凝土结构耐久性设计规范》中胶凝材料的最小和最大限值范围选用，由试拌的和易性决定 。见表1，骨水泥与骨的比例应尽可能小 。水灰比一定时，水泥骨比越小，强度越低，弹性模量越高，体积稳定性越好，开裂风险越低；否则，情况正好相反 。
5.3砂石(体积)比
通常配合比中的砂石比是用一定的水泥骨比(或骨料量)下的砂率来表示的 。对于级配良好的石料，砂率的选择是石料的松堆空净空比与砂子的松堆空净空比的乘积为0.16 ~ 0.2 。一般情况下，泵送混凝土的砂率不应小于36%，也不应大于45% 。因此，应充分重视石料的级配，不同粒径的二级级配或三级级配后的松堆空隙率空不宜大于42% 。石子的松堆空间隙比越小，砂石比越小 。在水胶比和水泥骨比一定的条件下，砂骨料比的变化主要可以影响和易性和变形性能，也影响硬化后的强度(在一定范围内，砂率小，强度略低，弹性模量略大，开裂敏感性较大，混合料的粘结性略差，反之亦然) 。
5.4矿物掺合料含量
矿物掺合料的掺量应根据工程性质、环境和施工条件选择 。对于完全地下和水下的工程，特别是基础底板、咬合桩或连续浇筑地下连续墙、海水中的桥梁桩基、经过表面处理的海底隧道板或边墙等大体积混凝土，以及常年处于干燥环境(相对湿度40%以下)的构件，在没有即时冻融作用时，可采用矿物掺合料的最大掺量(矿物掺合料在总胶凝材料中的最大掺量为粉煤灰50%、磨细矿渣75%) 。环境相对湿度一年变化较大(寒冷天气相对湿度50%左右，夏季70%以上)，一般环境下的结构无化学腐蚀和冻融循环 。对于截面小、保护层厚度小、强度等级低的构件(如厚度只有10 ~ 15cm的楼板)，当水胶比较大时(如大于0.5)，粉煤灰的掺量不宜大于20% 。不同环境下矿物掺合料的选择见GB/T50746-2008附录b和文章说明附录b 。如果延长湿养护时间或采取其他措施提高钢筋混凝土保护层的密实度，则可超过上述限值 。
5.5试拌及配合比的选择
在减水剂推荐用量的基础上，根据混凝土的施工情况调整到合适的用量 。
在《混凝土技术要求》中最大水胶比的基础上，依次降低水胶比，选取3 ~ 5个值，计算每种材料的用量，测试规定的性能指标值，选取满足目标值的水胶比，再试一次 。
根据实际试验结果，得出配合比的混合料密度，并对计算密度进行调整 。
无论水胶比还是矿物掺合料的变化，都应采用等浆体积法进行调整 。

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