水泥混凝土配合比設計新思路

安 平 王鵬程

摘要：闡述水泥混凝土配合比設計新思路。

關鍵詞：水泥混凝土；配合比；設計

Cement concrete mixture ratio design

An Ping, Wang Peng -cheng

( Rizhao City Highway Engineering Department of Shandong RIzhao276826)

Abstract: In this paper, a new design idea of proportioning of cement concrete.

Key words: cement concrete； mixing ratio； design

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。由于具有強度高、原材料儲量大、可塑性能優異、成本低廉，在土木工程中起著極其重要的作用，是現代應用最廣泛的建筑材料。它是由水泥、砂、石、添加劑、外加劑和適量水混合逐漸硬化形成的人工石材，因此原材料的種類、性質和用量等因素直接關系到混凝土的質量、成本和性能，進而關系到土木結構物的品質、造價和壽命，但是現有水泥混凝土配合比設計存在經驗成分多，應用中不宜量化控制的問題，這就限制了此類結構的推廣及應用。

1．傳統配合比設計方法的缺陷

傳統配合比設計方法是一種基于經驗的方法，混凝土結構對材料性能提出的要求比較簡單，配制混凝土的原材料種類也比較少，因此傳統的配合比設計方法還存在許多不足之處。混凝土配合比設計理應是一個完善的體系，包括原材料選擇、配合比計算、性能設計和性能檢測。

1．1 從原材料選擇來看，多數是依據個人經驗知識進行的，帶有很大的主觀性。各人的經驗知識不同，知識量也不等。這就為混凝土配合比設計帶來了一定的隨機性。

1．2 從配合比設計計算來看，各種沒計方法的計算方法互不相同。配合比計算的實質就是四元（單位混凝土中水、水泥和粗細集料用量）一次方程組求解。從數學角度來講，四元一次方程組求解需要四個獨立方程式的聯立才能解出。而配合比設計中一般都采用需水性定則、水灰比定則和絕對體積法或假定容重法，這就提供了三個方程式；各配合比設計方法的不同在于第四個方程式的確定。為了完成配合比設計，各種方法都引進了不同的關系式。我國引入了砂率；前蘇聯引入了砂漿撥開系數；英國引入了骨灰比；美國引入了粗集料最佳用量。另外因對高性能混凝土的認識不足，對它的配合比設計主要依賴于經驗和大量的試配，計算過程在各種設計方法中似乎都不甚重要。

1．3 從性能設計來看，理想的配合比設計應能實現對混凝土的主要性能（即：工作性能、強度和耐久性）的設計，雖然目前的各種設計方法基本都考慮到了這三方面的性能，但是似乎還沒有一種方法真正做到了對這三方面性能的設計。雖然最終都可能配出滿足三方面性能要求的混凝土，但這似乎不能歸功于該配合比設計體系的先進性，而應歸功于設計人員的大量試配工作。

1．4 從性能檢測來看，每一種配合比設計體系也都是不甚完善的。對混凝土力學性能和耐久性的檢測相對來說還比較完善，而對新拌混凝土性能（主要是工作性）的檢測應該說是不合理、不完善的。各個設計體系大都采用Abrams的坍落度試驗（塑性混凝土）和維勃稠度試驗（干硬性混凝土）來檢測新拌混凝土的工作性。但這兩種試驗都不能全面有效地反映新拌混凝土的工作性。

2．現代水泥混凝土配合比設計思想

隨著現代建筑工程技術要求的提高，水泥混凝土配合比設計的指導思想應從強度設計向多種性能設計轉化，從可行性設計向優化設計轉化。合理的材料配合比設計應該在符合相關規范給出的包括強度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經濟性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經濟和適用的混凝土。配合比設計中主要考慮的因素有：

2．1 試配強度

試配強度是混凝土配合比設計的首要指標, 混凝土試配強度與混凝土合格驗收標準有直接的關系,試配強度可按驗收標準做出選擇合適、經濟的試配強度，在實際施工中應消除理論強度與實際強度的差異，對混凝土試配強度公式進行分析，使混凝土強度做到精確，又能反映混凝土的質量控制。

選擇混凝土的配比，保證混凝土額定強度與和易性的前提下，盡量降低水泥用量維持在最低水平上。施工時，集料的級配和濕度是變化的，導致拌和料粒徑級配、集料間空隙體積產生變化，而這種變化必須影響到混凝土構造和產量，因為碎石間的空隙靠砂子來填充，而砂子的空隙由水泥漿填充的，集料中水分的存在改變著拌和料的性能，甚至影響到混凝土各集料的摻配量。

混凝土的成本由材料、人工和設備費用構成，但人工及設備大都與所生產混凝土的種類和性質無關，因此，混凝土中所發生的費用材料費是非常重要的。在保證各項工作指標的前提下，將水泥降至最低是降混凝土造價的惟一重要因素。降低水泥量，除成本外，還有其他益處：收縮率降低、水化熱降低。

2．2 水灰比

有關水灰比、水泥品種、外加劑、粗集料級配等因素對路面混凝土性能影響的試驗表明，無論28d抗折強度還是抗壓強度，上述因素的主次為：水灰比一水泥品種一外加劑一粗集料級配。由此可見，水灰比對強度的影響是很大的。水灰比過大，多余水在硬化后的混凝土中形成氣孔，減小了混凝土抵抗荷載作用的有效斷面，在孔隙周圍產生應力集中。水灰比愈小，水泥混凝土的強度也愈高，因此在滿足和易性要求的前提下，應盡可能采用小的水灰比。此外，水灰比大小還應考慮道路等級、氣候因素等。

2．3 確定最優砂率

根據實踐經驗，混凝土的用砂率應使所含砂子的松散體積填滿石子的空隙體積外略有富余，才能使混合料的工作性良好，因而最優砂率Sp優應是理論砂率Sp乘以大于1的系數a，但當使用物細砂時因砂子的表面積大，其混凝土砂率則應乘以1的系數a。

在水泥漿用量一定的條件下，當砂率很小時砂漿數量不足以填滿石子的空隙體積或甚少敷余，在此情況下，石接觸點處的砂漿太少，混合料的流動性很小。當砂率過大時，集料的總表面積及空隙率增大，耗用于包裹細集料表面的水泥漿數量增多，砂粒接觸點處的水泥漿不足，甚至水泥漿不足以包裹所有砂粒，使砂漿干澀，混合料的流動性隨之變差。

在上述兩種砂率不當的情況下如要達到一定的流動性，勢必要參加水泥漿，提高混凝土的成本。通過試驗，可求出在滿足工作性（流動性）要求條件下水泥漿用量最小（也即水泥用量最少）的砂率，或者求出在相同水泥量下混合料工作性最好的砂率。這個砂率叫做最優（佳）的砂率。a系數，也是根據試驗結果所確定的經驗系數。

2．4 集灰比

對混凝土強度的影響在混凝土強度較高時表現得較明顯，當水灰比相同時，混凝土隨集灰比的增長呈增長趨勢，這與集料數量增大、集料吸收的水分量增大、實際水灰比變小有關，與混凝土內部孔隙總體積減少有關，還與較高標號混凝土水泥用量較大有關。在適當增大集灰比后，水泥膠結作用和集料的連鎖作用得到了充分的發揮。

提高混凝土性能的核心在于提高集料與砂漿界面的粘結強度，這可以通過合理選擇原材料和正確的配合比設計來實現。選用水泥或C3S和C4AF含量高的其他水泥品種；選用細度模數大，耐磨性好的細集料；巖石品種是選擇粗集料的關鍵，應綜合考慮巖石的物理力學性能，通過比較試驗確定。

3．結語

合理的材料配合比設計應該在符合相關規范給出的包括強度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經濟性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經濟和適用的混凝土。要對水泥混凝土路面配合比設計深入系統的研究，使混凝土配合比設計體系更加科學合理、方便快捷，從而推動水泥混凝土科學的發展。

適量地節約水泥而不影響混凝土的質量。可節約能源、節約水泥就是節約了能源，增加和易性使搗固、抹平工藝易于進行，自然就使能源消耗減少。減少養成蒸養時間也就節省了能源。

按不同批次的水泥強度，調整混凝土配合比，既保證強度又合理利用水泥。混凝土的配制強度，無法根據原材料質量的變動情況及時調整配比，每批混凝土的強度因原材料差異而帶來較大的波動。

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【文章編號】1627-6868（2013）03-0080-02

【作者簡介】安平（1973-），男，山東日照人，工程師，從事公路工程試驗檢測。王鵬程（1976-），男，山東日照人，工程師，從事公路工程管理。