混凝土配合比設計及試驗實例驗證

黃少瓊

摘 要：本文結合具體試驗實例，對混凝土配合比進行優化設計，從混凝土材料之間的關系性質入手，確定了其各礦物摻合料、水膠比、砂率等材料比例，有效地改善了混凝土的工作性能，提高了混凝土的體積穩定性，實現了混凝土的設計目標，供相關人員參考借鑒。

關鍵詞：混凝土；配合比；設計；試驗

0 引言

水泥混凝土材料以其強度高、耐久性好、可塑性能優異、成本低廉、原材料儲量大等優點，在建筑工程中起著極其重要的作用，是工程項目建設中使用量最大、應用最廣泛的一種建筑材料。它是由石子、水泥、沙子、添加劑、拌合水混合逐漸硬化形成的人工石材，其質量性能對于原材料的種類、性質和用量等因素來講關系甚重。當下混凝土配合比設計并沒有統一的方法，都是基于各自試驗的基礎上計算具體的配合比，只有綜合考慮混凝土的工作性、強度和耐久性，才能設計出符合實際混凝土結構工程中對混凝土設計要求的混凝土配合比，從而達到混凝土的使用要求，使混凝土具有較高的耐久性、抗裂性、體積穩定性、良好工作性和經濟合理性，為建筑工程打下堅實的基礎。

1 混凝土配合比設計

1.1 確定礦物細粉摻合料摻量

現代混凝土的膠凝材料除水泥中的硅酸鹽水泥外，還包括水泥中具有膠凝作用的混合材料（如粉煤灰、火山灰、礦渣、沸石粉等）以及配制混凝土時摻入的具有膠凝作用的礦物摻合料（如粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等）。進行現代混凝土配合比設計時，對水泥及礦物摻合料用量的具體規定可參考中國土木工程學會標準CCES01—2004《混凝土結構耐久性設計與施工指南》（2005年修訂版）的表4.0.3，并應采用摻加礦物摻合料的膠凝材料膠砂強度試驗對混凝土水膠比的計算結果進行驗證。

1.2 水膠比的計算

對于傳統混凝土，其強度與水灰比成反比的保羅米公式應該適用于使用硅酸鹽水泥、級配良好而潔凈的河砂、粒形勻稱的石子的配合比計算。但是對于現代混凝土的膠凝材料體系都為水泥與礦物細粉料摻合料復合體，這個保羅米公式需要改進。因此，JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》中為了使混凝土水膠比計算公式更符合實際情況以及普遍摻加粉煤灰和粒化高爐礦渣粉等礦物摻合料的技術發展情況，在試驗驗證的基礎上，采用摻加礦物摻合料的膠凝材料膠砂強度和相應的混凝土強度進行回歸分析。調整了回歸系數αa、αb，并經過試驗驗證，給出了粉煤灰影響系數γf和粒化高爐礦渣粉影響系數γs。水膠比的計算公式變為：

（1）

式中：γc——水泥強度等級值的富余系數；

fce，g——水泥強度等級值；

fcu，o——混凝土配制強度。

1.3 漿骨比的選擇

在新拌混凝土中，水泥漿體主要起潤滑作用，當漿量占大多數時，混凝土的黏聚性、保水性、流動性均良好，而且非常容易插搗，幾乎感覺不出骨料的阻力，但過多的漿量，致使混凝土抗早期開裂性能下降，干縮變形也明顯，不利于混凝土的耐久性。如果漿量過少，砂石表面包裹的漿量過少，混凝土的流動性、黏聚性會很差，并且出現離析，這時靠增加減水劑用量對增大混凝土坍落度也幾乎沒有效果。因此，選擇漿量的原則是：在滿足混凝土和易性的前提下，盡量選擇最小的漿骨比。根據P.K.Matha和P.C.Aitcin教授的觀點，要使高性能混凝土同時達到最佳的施工和易性和強度，其水泥漿和骨料的體積比應為35：65，計算骨料體積所使用的密度應當是飽和面干狀態下所測定的。對于現代混凝土，可按GB/T50476—2008《混凝土結構耐久性設計規范》附錄B中表B.1.1對最小和最大膠凝材料的限定范圍，由試配拌合物工作性確定，取盡量小的漿骨比值。在試驗室試配時，如果混凝土和易性不夠好，可以保持水膠比不變，提高漿體量。

2 配合比設計試驗實例驗證

某公路工程混凝土強度等級為C40，坍落度為（200±20）mm，到達現場澆筑前坍落度為（180±20）mm；環境作用等級為Ⅱ-E級，最大水膠比為0.45，膠凝材料用量為320～450kg/m3。混凝土耐久性指標要求：混凝土氯離子含量不應超過膠凝材料用量的0.1%，總堿含量不宜超過3kg/m3，混凝土抗凍耐久性系數DF≥70%。

提供的原材料條件，水泥：冀東P·O42.5水泥，密度3.1g/cm3，氯離子含量0.01%，堿含量0.60%，標準稠度用水量28.4%。

粉煤灰：F類Ⅱ級粉煤灰，45μm篩篩余量16%，燒失量2.36%，需水量比98%，密度2.2g/cm3，堿含量0.78%，氯離子含量0.01%。

礦渣粉：S95礦渣粉，密度2.8g/cm3，堿含量0.95%，氯離子含量0.01%。

粗骨料：碎石，碎石5～10mm與10～25mm以3：7合成級配，表觀密度為2800kg/m3，振實后堆積密度為1480kg/m3，空隙率40%。

細骨料：河砂，細度模數為2.8，表觀密度為2700kg/m3，振實后堆積密度1480kg/cm3，空隙率45%。

外加劑：引氣型聚羧酸高效減水劑，減水率27%，含氣量4.5%，推薦摻量1.8%。

2.1 礦物摻合料摻量選擇

按GB/T50476—2008《混凝土耐久性設計規范》條文說明附錄B，對Ⅱ-E的環境作用有：W/B=0.4時，αf/0.3+αs/0.4≤1。考慮普通硅酸鹽水泥中已摻有部分礦物摻合料，故取αf=10%，αs=10%。按此摻量對膠凝材料進行膠砂強度試驗，28d抗壓強度為44.4MPa。

2.2 計算水膠比

混凝土配制強度fcu，o≥40+1.645×5.0=48.2（MPa）。由公式W/B=αafb/（fcu，o+αaαbfb），αa=0.53，αb=0.20；計算W/B=0.44，滿足設計要求W/B≤0.45，故取W/B=0.44。

2.3 選擇漿骨比

參考GB/T50476—2008《混凝土結構耐久性設計規范》對最小和最大膠凝材料的限定范圍，當W/B=0.44時，膠凝材料用量為320～450kg/m3，可先選擇漿骨比32：68進行試配，根據試試配情況，進行漿量的調整。

2.4 初步配合比計算

由W/B=0.44，漿量為0.32（L/m3）可推得：

0.44B/1+0.8B/3.1+0.1B/2.2+0.1B/2.8+40=320，則mB=359kg/m3；進而水mW=158kg/m3；水泥mC=287kg/m3；粉煤灰mf=36kg/m3；礦渣粉mk=36kg/m3；減水劑m減水劑=6.46kg/m3。

粗骨料的用量：mG=2800×0.66×（1-41%）=1109kg/m3；

細骨料的用量：mS=771kg/m3。

2.5 試配結果

混凝土配合比試驗驗證結果見表1。

表1 混凝土配合比試驗結果

3 結束語

總之，合理的材料配合比設計必須滿足相關規范給出的包括強度、工作性、耐久性、經濟性等要求，根據材料特性確定各種成分的用量，獲得最經濟和適用的混凝土，經過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。

參考文獻

[1]陳海紅.高性能混凝土原材料的質量控制[J].漳州職業技術學院學報.2009（04）

[2]余燕妮、焦楚杰、張文華.高性能混凝土配合比智能化系統研究進展[J].混凝土.2011（07）