数字量化混凝土实用技术应用及经济分析

0 前言 为解决混凝土配制过程中沙漠砂使用遇到的技术难题， 推广应用新技术， 提高混凝土技术人员对新理论新技术的理解， 降低成本。 通过混凝土的配合比和实际的强度计算为混凝土提供1 兆帕强度所需水泥用量的计算方法， 以及胶凝材料合理用水量的计算方法， 外加剂合理用量的调整方法。 砂石骨料的检测方法以及设计用技术参数的计算。 本次试验以公司提供的C30 混凝土配合比调整为例进行了胶凝材料的计算， 列出了砂石骨料计算的公式和步骤。 一个是石子的测量， 主要掌握石子堆积密度、 空隙率和吸水率的测量方法， 技术参数的计算方法。 另一个是砂子的测量， 主要是掌握砂子紧密堆积密度测量压力值72KN、200KN 确定的依据、 采用压力机测试的过程， 用4.75毫米筛子确定含石率的测量方法。 在配制混凝土的时候，掌握了天然砂用水量控制在6%-8%，主要考虑的是砂的溶胀；机制砂用水量控制在5.7%-7.7%，主要考虑的是与水泥检测使用的标准砂对应； 对于不符合砂子标准指标的细集料用水量的确定， 不考虑含水率， 配合比设计过程水的用量是通过压力吸水法测得的吸水率作为依据。 然后进行实际操作检测砂石，根据砂石检测出来的参数， 采用数字量化混凝土配合比设计方法进行配合比调整计算， 得到两组采用不同砂石的C30 和C50 混凝土配合比。 本次试验使用的石子为卵石，级配不合理，砂子有两种，一种是天然河砂，一种是沙漠黄砂， 经过现场检测、 配合比调整计算后试配的混凝土达到正常使用的目的。 1 砂石的测量 1.1 石子的测量 先将石子装入10 升容积桶， 测得堆积密度=17.53*100=1753kg/m3， 加满水后称得质量为21.06 kg,石子空隙率==35.3%，表观密度=2709kg/m3，湿石子质量17.85kg，石子吸水率=1.8%。 1.2 天然河砂的测量 将天然砂子装入1 升容积桶， 压实， 称得质量为2.1kg，紧密堆积密度==2100kg/m3，用4.75mm 筛子筛分后测得石子的质量为0.565kg， 砂子的含石率=26.9%。 实际测得砂的含水率=5% 1.3 混合砂的测量 将天然河砂子和沙漠黄砂按照1:1 的质量比混合后搅拌均匀，取样品装入1 升容积桶，压实，称得质量为1.91kg，紧密堆积密度=1910kg/m3，用4.75mm 筛子筛分后测得石子的质量为0.185kg， 砂子的含石率==9.7%。 实际测得砂的含水率=2.5% 2 C30 配合比调整 2.1 天然河砂配制C30 混凝土 2.1.1 调整基准 原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密 度3100kg/m3； 粉 煤 灰100kg， 需 水 量 比0.96， 密 度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。 水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA C30 混凝土的水泥用量=259 粉煤灰用量仍然取100kg。 2.1.2 胶凝材料体积的计算 V胶凝材料=0.129m3； 2.1.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算 W胶凝材料用水量=96kg； 由于胶凝材料为259+100=359kg, 考虑泌水， 泌水系数MW=0.2 胶凝材料拌合用水=89kg 拌合水量体积的计算 V胶凝材料拌合用水量体积=0.089m3 2.1.4 、胶凝材料浆体体积的计算 V胶凝材料浆体体积=0.218m3 2.1.5 砂子用量及用水量 S砂子用量=1014kg W砂子最少用水量=7kg W砂子最大用水量=27kg 2.1.6 石子用量及用水量 G石子用量=889kg W石子用水量=889*1.8%=16kg 2.1.7 骨料用水量 W砂石骨料最少用水量=7+16=23kg W砂石骨料最大用水量=7+16=43kg 2.1.8 调整后的配合比 表1? 2.2 混合砂配制C30 混凝土 2.2.1 调整基准 原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密 度3100kg/m3； 粉 煤 灰100kg， 需 水 量 比0.96， 密 度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。 水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA C30 混凝土的水泥用量=259 粉煤灰用量仍然取100kg。 2.2.2 胶凝材料体积的计算 V胶凝材料==0.129m3； 2.2.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算 W胶凝材料用水量==96kg； 由于胶凝材料为259+100=359kg,考虑泌水，泌水系数MW=0.2 胶凝材料拌合用水=89kg 拌合水量体积的计算 V胶凝材料拌合用水量体积==0.089m3 2.2.4 胶凝材料浆体体积的计算 V胶凝材料浆体体积==0.218m3 2.2.5 砂子用量及用水量 S砂子用量==746kg W砂子最少用水量=746*（5.7%-2.5%）=24kg W砂子最大用水量=746*（7.7%-2.5%）=39kg 2.2.6 石子用量及用水量 G石子用量==1090kg W石子用水量=1090*1.8%=20kg 2.2.7 骨料用水量 W砂石骨料最少用水量=24+20=44kg W砂石骨料最大用水量=39+20=59kg 2.2.8 调整后的配合比 表2名称 水泥 粉煤灰混合砂 石子 外加剂拌合水预湿水用量 259 100 746 1090 11.1 89 44/59 3 C50 混凝土 3.1 天然砂配制C50 混凝土 3.1.1 调整基准 原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密 度3100kg/m3； 粉 煤 灰100kg， 需 水 量 比0.96， 密 度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。 水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA C50 混凝土的水泥用量=50*1.15*7.5=431 粉煤灰用量取50kg。 3.1.2 胶凝材料体积的计算 V胶凝材料=0.162m3； 3.1.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算 W胶凝材料用水量==129kg； 由于胶凝材料为431+50=481kg,考虑泌水，泌水系数MW=0.6 胶凝材料拌合用水=103kg 拌合水量体积的计算 V胶凝材料拌合用水量体积==0.103m3 3.1.4 胶凝材料浆体体积的计算 V胶凝材料浆体体积=0.265m3 3.1.5 砂子用量及用水量 S砂子用量=1014kg W砂子最少用水量=1014*（5.7%-5%）=7kg W砂子最大用水量=1014*（7.7%-5%）=27kg 3.1.6 石子用量及用水量 G石子用量==763kg W石子用水量=763*1.8%=14kg 3.1.7 骨料用水量 W砂石骨料最少用水量=7+14=21kg W砂石骨料最大用水量=27+14=41kg 3.1.8 调整后的配合比 表3名称 水泥 粉煤灰天然砂 石子 外加剂拌合水预湿水用量 431 50 1014 763 12.5 103 21/41 3.2 混合砂配制C50 混凝土 3.2.1 调整基准 原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密度3100kg/m3；粉煤灰100 kg，需水量比0.96，密度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献 水泥对强度的贡献=7.5kg/MPA C50 混凝土的水泥用量=431 粉煤灰用量取50kg。 3.2.2 胶凝材料体积的计算 V胶凝材料==0.162m3； 3.2.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算 W胶凝材料用水量==129kg； 由于胶凝材料为431+50=481kg,考虑泌水，泌水系数MW=0.6 胶凝材料拌合用水=103kg 拌合水量体积的计算V胶凝材料拌合用水量体积=0.103m3 3.2.4 胶凝材料浆体体积的计算 V胶凝材料浆体体积=0.162+0.103=0.265m3 3.2.5 砂子用量及用水量 S砂子用量==746kg W砂子最少用水量=746*（5.7%-5%）=24kg W砂子最大用水量=746*（7.7%-5%）=39kg 3.2.6 石子用量及用水量 G石子用量=(1-0.265-0.353)*2709-746*9.7%=962kg W石子用水量=962*1.8%=17kg 3.2.7 骨料用水量 W砂石骨料最少用水量=24+17=41kg W砂石骨料最大用水量=39+17=56kg 3.2.8 调整后的配合比 表4名称 水泥 粉煤灰混合砂 石子 外加剂拌合水预湿水用量 431 50 746 962 12.5 103 41/56 4 试配 4.1 配合比调整计算 根据现场测量砂石的技术参数、 已知混凝土配合比以及已知混凝土强度进行配合比调整计算。 得到所要配制的混凝土配合比， 进行混凝土外加剂掺量调整试验。 4.2 外加剂调整 C30 混凝土：水泥259+粉煤灰100+水96，掺加外加剂，调整外加剂至净浆流动扩展度达到250mm 时的掺量为3.1%。 4.3 试配工艺 首先将砂石骨料按照配合比称量加入搅拌机，开启搅拌机，加入预湿骨料水，然后加入胶凝材料，同时加入外加剂和胶凝材料拌合水， 待混凝土拌合物留平时停止搅拌， 四盘混凝土全部一盘实现试配成功，配制的混凝土没有出现离析、泌水、抓地和扒底现象。 由于配合比合理，在搅拌机中停止搅拌即可实现自流平，卸料流速平稳，拌合物表面有光泽， 停止流动后顶部没有石子外露的现象，用铲子铲混凝土拌合物很轻，浆体本身的流动很好。 表5 混凝土现场试配实际配合比等级 水泥 粉灰煤 外剂加 天砂然 沙砂漠 石子 拌水合 预水湿 检水测C30 259 100 11.1 1014 0 889 89 7.75 96 C30 259 100 11.1 373 373 1090 89 59 96 C50 431 50 12.5 1014 0 762 103 29 129 C50 431 50 12.5 373 373 962 103 41 129 表6 混凝土实际强度等级 砂类型 8度0 摄8 H氏8度0 摄2 4氏H标护准3 D养 标护准7D养 标护准28养D C30 天然砂 25.1 32.4 19.6 27.4 43.4 C30 混合砂 20.2 33.3 15.5 20.5 33.5 C50 天然砂 35.6 40.4 34.7 44.7 58.6 C50 混合砂 31.7 45.1 29.1 40.0 52.1 5 技术经济分析 在工作性方面，经过现场实践，试验室技术员都熟练掌握了数字量化混凝土实用技术的核心内容， 可以通过已知混凝土配合比和强度调整预期的混凝土配合比， 熟练掌握了外加剂用量的调整方法； 砂子紧密堆积密度、含石率和含水率的试验方法；石子堆积密度、空隙率和吸水率的测量方法以及石子表观密度的计算方法。 通过现场计算和试配， 实验人言都能够掌握一盘即可配制出符合设计要求的混凝土的方法。 对合理使用沙漠砂配制混凝土、 降低试配劳动量、 提高混凝土动态质量控制，保证质量，节约社会资源，发挥巨大的作用。 解决了混凝土离析、泌水、抓地以及扒底的问题，实现了一盘搞定混凝土配合比的目标。 在强度方面， 本次调整计算所用原配合比中水泥为280kg，混凝土实际强度为37.7MPA，不考虑粉煤灰对强度的贡献，水泥的质量强度比为7.7kg/MPA,技术经济分析如下： 当所用的原材料品种不变时，C30 混凝土调整后，工作性良好，水泥由280kg 减少至259kg，节约21kg，采用预湿骨料工艺后混凝土强度由37.3MPA 增加到43.4MPA， 折算为水泥 （43.4-37.3）MPA*7.5kg/MPA=45.75kg， 要保持强度不变时， 合计可以节省水泥21+45.75=66.75kg，当地单价400 元/吨，单方混凝土降低成本26.7 元。 0 前言为解决混凝土配制过程中沙漠砂使用遇到的技术难题， 推广应用新技术， 提高混凝土技术人员对新理论新技术的理解， 降低成本。 通过混凝土的配合比和实际的强度计算为混凝土提供1 兆帕强度所需水泥用量的计算方法， 以及胶凝材料合理用水量的计算方法， 外加剂合理用量的调整方法。 砂石骨料的检测方法以及设计用技术参数的计算。 本次试验以公司提供的C30 混凝土配合比调整为例进行了胶凝材料的计算， 列出了砂石骨料计算的公式和步骤。 一个是石子的测量， 主要掌握石子堆积密度、 空隙率和吸水率的测量方法， 技术参数的计算方法。 另一个是砂子的测量， 主要是掌握砂子紧密堆积密度测量压力值72KN、200KN 确定的依据、 采用压力机测试的过程， 用4.75毫米筛子确定含石率的测量方法。 在配制混凝土的时候，掌握了天然砂用水量控制在6%-8%，主要考虑的是砂的溶胀；机制砂用水量控制在5.7%-7.7%，主要考虑的是与水泥检测使用的标准砂对应； 对于不符合砂子标准指标的细集料用水量的确定， 不考虑含水率， 配合比设计过程水的用量是通过压力吸水法测得的吸水率作为依据。 然后进行实际操作检测砂石，根据砂石检测出来的参数， 采用数字量化混凝土配合比设计方法进行配合比调整计算， 得到两组采用不同砂石的C30 和C50 混凝土配合比。 本次试验使用的石子为卵石，级配不合理，砂子有两种，一种是天然河砂，一种是沙漠黄砂， 经过现场检测、 配合比调整计算后试配的混凝土达到正常使用的目的。1 砂石的测量1.1 石子的测量先将石子装入10 升容积桶， 测得堆积密度=17.53*100=1753kg/m3， 加满水后称得质量为21.06 kg,石子空隙率==35.3%，表观密度=2709kg/m3，湿石子质量17.85kg，石子吸水率=1.8%。1.2 天然河砂的测量将天然砂子装入1 升容积桶， 压实， 称得质量为2.1kg，紧密堆积密度==2100kg/m3，用4.75mm 筛子筛分后测得石子的质量为0.565kg， 砂子的含石率=26.9%。 实际测得砂的含水率=5%1.3 混合砂的测量将天然河砂子和沙漠黄砂按照1:1 的质量比混合后搅拌均匀，取样品装入1 升容积桶，压实，称得质量为1.91kg，紧密堆积密度=1910kg/m3，用4.75mm 筛子筛分后测得石子的质量为0.185kg， 砂子的含石率==9.7%。 实际测得砂的含水率=2.5%2 C30 配合比调整2.1 天然河砂配制C30 混凝土2.1.1 调整基准原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密 度3100kg/m3； 粉 煤 灰100kg， 需 水 量 比0.96， 密 度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。水泥对强度的贡献=7.5kg/MPAC30 混凝土的水泥用量=259粉煤灰用量仍然取100kg。2.1.2 胶凝材料体积的计算V胶凝材料=0.129m3；2.1.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算W胶凝材料用水量=96kg；由于胶凝材料为259+100=359kg, 考虑泌水， 泌水系数MW=0.2胶凝材料拌合用水=89kg 拌合水量体积的计算V胶凝材料拌合用水量体积=0.089m32.1.4 、胶凝材料浆体体积的计算V胶凝材料浆体体积=0.218m32.1.5 砂子用量及用水量S砂子用量=1014kgW砂子最少用水量=7kgW砂子最大用水量=27kg2.1.6 石子用量及用水量G石子用量=889kgW石子用水量=889*1.8%=16kg2.1.7 骨料用水量W砂石骨料最少用水量=7+16=23kgW砂石骨料最大用水量=7+16=43kg2.1.8 调整后的配合比表1?2.2 混合砂配制C30 混凝土2.2.1 调整基准原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密 度3100kg/m3； 粉 煤 灰100kg， 需 水 量 比0.96， 密 度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。水泥对强度的贡献=7.5kg/MPAC30 混凝土的水泥用量=259粉煤灰用量仍然取100kg。2.2.2 胶凝材料体积的计算V胶凝材料==0.129m3；2.2.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算W胶凝材料用水量==96kg；由于胶凝材料为259+100=359kg,考虑泌水，泌水系数MW=0.2胶凝材料拌合用水=89kg 拌合水量体积的计算V胶凝材料拌合用水量体积==0.089m32.2.4 胶凝材料浆体体积的计算V胶凝材料浆体体积==0.218m32.2.5 砂子用量及用水量S砂子用量==746kgW砂子最少用水量=746*（5.7%-2.5%）=24kgW砂子最大用水量=746*（7.7%-2.5%）=39kg2.2.6 石子用量及用水量G石子用量==1090kgW石子用水量=1090*1.8%=20kg2.2.7 骨料用水量W砂石骨料最少用水量=24+20=44kgW砂石骨料最大用水量=39+20=59kg2.2.8 调整后的配合比表2名称 水泥 粉煤灰混合砂 石子 外加剂拌合水预湿水用量 259 100 746 1090 11.1 89 44/593 C50 混凝土3.1 天然砂配制C50 混凝土3.1.1 调整基准原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密 度3100kg/m3； 粉 煤 灰100kg， 需 水 量 比0.96， 密 度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献。水泥对强度的贡献=7.5kg/MPAC50 混凝土的水泥用量=50*1.15*7.5=431粉煤灰用量取50kg。3.1.2 胶凝材料体积的计算V胶凝材料=0.162m3；3.1.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算W胶凝材料用水量==129kg；由于胶凝材料为431+50=481kg,考虑泌水，泌水系数MW=0.6胶凝材料拌合用水=103kg 拌合水量体积的计算V胶凝材料拌合用水量体积==0.103m33.1.4 胶凝材料浆体体积的计算V胶凝材料浆体体积=0.265m33.1.5 砂子用量及用水量S砂子用量=1014kgW砂子最少用水量=1014*（5.7%-5%）=7kgW砂子最大用水量=1014*（7.7%-5%）=27kg3.1.6 石子用量及用水量G石子用量==763kgW石子用水量=763*1.8%=14kg3.1.7 骨料用水量W砂石骨料最少用水量=7+14=21kgW砂石骨料最大用水量=27+14=41kg3.1.8 调整后的配合比表3名称 水泥 粉煤灰天然砂 石子 外加剂拌合水预湿水用量 431 50 1014 763 12.5 103 21/413.2 混合砂配制C50 混凝土3.2.1 调整基准原配合比中胶凝材料为： 水泥280kg， 需水量27，密度3100kg/m3；粉煤灰100 kg，需水量比0.96，密度2200kg/m3；28 天实际强度37.3MPA。 在配合比调整的过程中，不考虑粉煤灰对强度的贡献水泥对强度的贡献=7.5kg/MPAC50 混凝土的水泥用量=431粉煤灰用量取50kg。3.2.2 胶凝材料体积的计算V胶凝材料==0.162m3；3.2.3 胶凝材料标准稠度用水量的计算W胶凝材料用水量==129kg；由于胶凝材料为431+50=481kg,考虑泌水，泌水系数MW=0.6胶凝材料拌合用水=103kg 拌合水量体积的计算V胶凝材料拌合用水量体积=0.103m33.2.4 胶凝材料浆体体积的计算V胶凝材料浆体体积=0.162+0.103=0.265m33.2.5 砂子用量及用水量S砂子用量==746kgW砂子最少用水量=746*（5.7%-5%）=24kgW砂子最大用水量=746*（7.7%-5%）=39kg3.2.6 石子用量及用水量G石子用量=(1-0.265-0.353)*2709-746*9.7%=962kgW石子用水量=962*1.8%=17kg3.2.7 骨料用水量W砂石骨料最少用水量=24+17=41kgW砂石骨料最大用水量=39+17=56kg3.2.8 调整后的配合比表4名称 水泥 粉煤灰混合砂 石子 外加剂拌合水预湿水用量 431 50 746 962 12.5 103 41/564 试配4.1 配合比调整计算根据现场测量砂石的技术参数、 已知混凝土配合比以及已知混凝土强度进行配合比调整计算。 得到所要配制的混凝土配合比， 进行混凝土外加剂掺量调整试验。4.2 外加剂调整C30 混凝土：水泥259+粉煤灰100+水96，掺加外加剂，调整外加剂至净浆流动扩展度达到250mm 时的掺量为3.1%。4.3 试配工艺首先将砂石骨料按照配合比称量加入搅拌机，开启搅拌机，加入预湿骨料水，然后加入胶凝材料，同时加入外加剂和胶凝材料拌合水， 待混凝土拌合物留平时停止搅拌， 四盘混凝土全部一盘实现试配成功，配制的混凝土没有出现离析、泌水、抓地和扒底现象。 由于配合比合理，在搅拌机中停止搅拌即可实现自流平，卸料流速平稳，拌合物表面有光泽， 停止流动后顶部没有石子外露的现象，用铲子铲混凝土拌合物很轻，浆体本身的流动很好。表5 混凝土现场试配实际配合比等级 水泥 粉灰煤 外剂加 天砂然 沙砂漠 石子 拌水合 预水湿 检水测C30 259 100 11.1 1014 0 889 89 7.75 96 C30 259 100 11.1 373 373 1090 89 59 96 C50 431 50 12.5 1014 0 762 103 29 129 C50 431 50 12.5 373 373 962 103 41 129表6 混凝土实际强度等级 砂类型 8度0 摄8 H氏8度0 摄2 4氏H标护准3 D养 标护准7D养 标护准28养D C30 天然砂 25.1 32.4 19.6 27.4 43.4 C30 混合砂 20.2 33.3 15.5 20.5 33.5 C50 天然砂 35.6 40.4 34.7 44.7 58.6 C50 混合砂 31.7 45.1 29.1 40.0 52.15 技术经济分析在工作性方面，经过现场实践，试验室技术员都熟练掌握了数字量化混凝土实用技术的核心内容， 可以通过已知混凝土配合比和强度调整预期的混凝土配合比， 熟练掌握了外加剂用量的调整方法； 砂子紧密堆积密度、含石率和含水率的试验方法；石子堆积密度、空隙率和吸水率的测量方法以及石子表观密度的计算方法。 通过现场计算和试配， 实验人言都能够掌握一盘即可配制出符合设计要求的混凝土的方法。 对合理使用沙漠砂配制混凝土、 降低试配劳动量、 提高混凝土动态质量控制，保证质量，节约社会资源，发挥巨大的作用。 解决了混凝土离析、泌水、抓地以及扒底的问题，实现了一盘搞定混凝土配合比的目标。在强度方面， 本次调整计算所用原配合比中水泥为280kg，混凝土实际强度为37.7MPA，不考虑粉煤灰对强度的贡献，水泥的质量强度比为7.7kg/MPA,技术经济分析如下：当所用的原材料品种不变时，C30 混凝土调整后，工作性良好，水泥由280kg 减少至259kg，节约21kg，采用预湿骨料工艺后混凝土强度由37.3MPA 增加到43.4MPA， 折算为水泥 （43.4-37.3）MPA*7.5kg/MPA=45.75kg， 要保持强度不变时， 合计可以节省水泥21+45.75=66.75kg，当地单价400 元/吨，单方混凝土降低成本26.7 元。

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