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混凝土配合比設(shè)計靠計算還是靠經(jīng)驗
混凝土技術(shù)人員對配合比設(shè)計方法的追求一刻沒有停止過,,新的配合比方法還在不斷被創(chuàng)造出來,到底配合比需不需要計算,,還有一定的分歧,。
要討論混凝土配合比是否可以計算的問題,水灰比定律是一個不可回避的問題,,雖然水灰比與經(jīng)典的牛頓三大定律相比,,顯得丑陋不堪,不值得推敲,。
也許正是水灰比定律的粗糙不堪,,導致一些混凝土技術(shù)人員不認為混凝土是科學,僅僅是一種技術(shù),。
1918年,,美國的混凝土專家阿伯拉姆氏提出的水灰比定則對混凝土發(fā)展影響深遠,直到今天還被沿用著,,同時也被很多混凝土技術(shù)人員議論著,。
幾乎每個混凝土技術(shù)人員都知道:“在一定的材料和試驗條件下,,只要混凝土混合物是塑性的,混凝土的強度則取決于拌和水的數(shù)量”其公式為:
f=A/Bx
式中,,f——6英寸直徑,、12英寸高(中15×30厘米)圓柱體試件的抗壓強度,A和B——常數(shù),,隨水泥質(zhì)量,、齡期、制作,、養(yǎng)護,、試驗等方法不同而不同,X——水灰比(W/C),,按體積計,。
現(xiàn)在來回顧水灰比定則,本著溫故知新,、吸取裨益的目的出發(fā),。水灰比定律的形成要追溯到19世紀末、20世紀初,,匈牙利的齊林斯基和帝俄時代的馬留迎等已經(jīng)發(fā)表類似的學術(shù)見解,,尤為杰出的是法國的菲萊特,在1892年就提出了水泥空隙比的學說,,并列出著名的公式如下:
以上各式中,,
R——混凝土或砂漿的抗壓強度,c,、e,、v、s,、g分別為水泥,、水、氣泡,、細集料、粗集料的絕對體積,,
A——集料的絕對體積,,1-A=c+e+v;K——菲特萊系數(shù),,取決于混凝土或砂漿的齡期、水泥性質(zhì)、實驗方法等條件,,根據(jù)菲萊特當時的測定K=1828kg/cm2,。
令人驚奇的是菲萊特在九十年前就從影響混凝土強度的錯綜復雜的諸多因素中,,提出以空隙作為唯一的重要因素。
菲萊特的水泥空隙比學說成為開啟混凝土材料科學的大門的鑰匙,,“混凝土學”的序幕可認為從此揭開,。
菲萊特比阿伯拉姆氏先行了二十多年,以水泥空隙比學說與水灰比定律相比,,在學術(shù)水平上可以說是有過之而無不及,。阿伯拉姆氏的水灰比定律提出以后,比水泥空隙學更為較多的人所接受,,并非是阿伯拉姆氏的僥幸,,阿伯拉姆氏的水灰比定律提出時,已有足夠多的實驗數(shù)據(jù),,并制成系統(tǒng)的曲線,,導出可以定量的公式,但與其它自然科學一般的定律比較,,容易發(fā)現(xiàn)它的破綻,,似乎還不足以達到稱之為定律的程度。
但對水灰比定律提出的種種指責,,都還沒有從根本上撼動這個定律在實用中的地位阿伯拉姆氏是為混凝土配合設(shè)計的需要而提出來的,。多少年來實踐考驗證實,用水灰比定律的公式,,估算混凝土強度,,用水灰比最大限值,保證混凝土耐久性,,確是簡單而有實際效益的,。
1925年,瑞士的J.Belomey(鮑羅米)提出混凝土的水灰比定則:對于一定的材料,,強度取決于一個因素——水灰比,,即混凝土強度與水膠比成反比,與膠水比成正比,。
式中:
S——混凝土強度,;
C——水泥體積;
V——水體積,;
A——空氣體積,;
K、K′——回歸系數(shù)
保羅米公式中是沒有水泥強度因素的,,水泥強度和砂石及其他因素都含在回歸系數(shù)中,。前蘇聯(lián)將鮑羅米公式進行改造,將混凝土配制強度和水泥材料考慮進去以后就變成:
式中:
Rc——水泥實際強度(MPa,;
C——水泥用量,;
W——用水量(kg/m3),;
A,B——與石子類型有關(guān)的兩個系數(shù),。
20世紀80年代后,,礦物摻合料和高效減水劑的大量使用,在多年工程實踐經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上,,《普通配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55-2011)又將此定則改為水膠比:
阿伯拉姆氏的水灰比定律簡單地把混凝土強度的因素歸結(jié)為水灰比而忽視了骨料的粒徑和用量對強度的影響,,認為只有當骨料的性質(zhì)影響到混凝土用水量時,才能間接地影響混凝土強度,,簡化了混凝土強度影響的各因素,,特別忽視了骨料的作用?;炷翉姸鹊挠绊懖粌H僅局限于水灰比,,還有漿體與骨料結(jié)合部位的強度和骨料自身的性質(zhì)。
這也是后人在水灰比定律的基礎(chǔ)上加入骨料回歸系數(shù)的原因所在,,即水灰比與強度的關(guān)系式中,,常數(shù)A和B,并根據(jù)不同品種進行修正,。
但水灰比公式中存在回歸系數(shù)的取值問題,,國內(nèi)外對系數(shù)均有過議論,我國疆土幅員遼闊,,東西南北材料千差萬別,,再加上外加劑和摻合料五花八門、種類繁多,,混凝土粗,、細骨料更是種類繁多、材質(zhì)多樣,。
嚴格講,,各地區(qū)的鮑羅米公式的應用條件是差別很大,全國套用一個統(tǒng)一的鮑羅米公式計算視乎差異很大,。影響混凝土強度的因素很多,,有時相互牽連、相互影響,,有時很難準確量化,,一個公式很難涵蓋所有,忽略一些因素,,必然造成誤差的增加。
有些混凝土研究工作者盡量在公式中囊括混凝土強度的影響因素,,配合比設(shè)計方法搞得有“學院派傾向”,,把問題搞的很深,,一些繁瑣、不容易理解的計算看著貌似很科學,,但卻未必實用,。
混凝土配合比設(shè)計很大程度上仍然是以試驗為主的經(jīng)驗科學,在混凝土強度與水膠比的計算過程中,,我們并沒有把決定混凝土強度的因素納入到公式中,。
就水灰比與強度關(guān)系而論,任何被認為可信的公式都只是算出一個差不多,、基本可用的水膠(灰)比,,這個值只能是個大概值,要獲得基本可靠的值一種很現(xiàn)實的做法就是“多次嘗試法”,,通過試驗,、比較、調(diào)整才能確定真正的最佳值,。
在配合比設(shè)計時,,有意無意地對某種計算公式“迷信”,但不論所迷信的公式及系數(shù)設(shè)定如何合理,,但在實際應用時,,彼時彼地的原材料和施工工藝、氣候乃至施工工人總存在一些有利或者不利的因素使計算結(jié)果發(fā)生某種變異,。
配合比計算本身不復雜,,無非是五、七種原材料,,三,、四個配合比參數(shù),組成配合比的要素,。
混凝土配合比設(shè)計及其生產(chǎn)應用過程中本身綜合了很多不確定的未知因素,,需要一線混凝土技術(shù)人員隨機應變、見機行事,,巧妙應對各種因素,。
一線混凝土技術(shù)人員,在實踐過程中耳濡目染,,積累大量的試驗數(shù)據(jù)且具有豐富的定量知識,,熟知配合比的規(guī)律,理論方面稍一點破便能掌握其中的道理,。
設(shè)計混凝土配合比的方法很多,,有繁有簡,繁的需要很多計算步驟與試驗,,簡單的編制成表格,,只需按照表格選用,,甚至很多經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員憑借經(jīng)驗可以迅速得到切合實際又符合要求的配合比。