中法混凝土配合比設計方法對比

李新華

摘 要：本文以海外工程摩洛哥布里格里格河斜拉橋項目為實例，以項目施工中使用的承臺混凝土為研究對象，分別運用法國DREUX法和中國規范進行了配合比設計，分析其中的差異和優劣。

關鍵詞：配合比設計；對比；差異；分析

1前言

2007年是我國加入WTO后承諾開放國內建筑市場的第一年，很多國外的工程建筑企業涌入國內，參與國內的市場競爭，面對國外的先進技術和管理，國內建筑市場競爭壓力日益增大，越來越多的國內企業將目光投向到國外市場。其中尤以非洲市場的前景最為廣闊，每年需要大量資金用于基礎設施建設和維護工程。中國建筑企業海外市場主要集中在非洲地區，而其中大部分在法語區，在這些地區很多采用的是法國試驗規范標準，與中國的規范標準存在差異。

拉巴特繞城高速公路為摩洛哥國家重點建設項目，全長約41km，摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋為該項目的重點控制工程，全長951.66m。在該項目中混凝土配合比設計要求采用法國DREUX法進行設計，現結合摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋項目實例，以強度等級為C30的承臺混凝土為依據，介紹運用DREUX法進行承臺C30混凝土配合比設計的方法和過程，并與國內混凝土配合比方法得出的結果進行對比分析。

2材料分析

2.1 水泥

混凝土使用的是摩洛哥最大的水泥廠拉法基生產的普通硅酸鹽水泥CPJ45，其化學成分和物理性能見表2-1和2-2。另外對水泥的運輸儲存溫度進行了規定，水泥的進場溫度不得高于70℃。水泥的各項性能指標與國內的標準有差異。

表2-1 拉法基CPJ45水泥的物理性能

表2-2 拉法基CPJ45水泥的化學成分

2.2 細骨料

根據本項目附近的資源條件，混凝土細骨料采用的是Kenitra的0-1mm沙丘砂和Bymaro的0-4mm機制砂。按質量比30%的沙丘砂和70%的機制砂混合而成的混合砂，解決了沙丘砂細度模數過小和機制砂細度模數過大的問題。兩種細骨料和混合料的試驗結果見表2-3。

表2-3 0-1mm沙丘砂和0-4mm機制砂以及混合料的試驗結果

2.3 粗骨料

表2-4 4-16mm碎石試驗結果

該斜拉橋承臺混凝土采用的是Bymaro的4-16mm的玄武巖碎石，其試驗結果見表2-4。其中扁平系數是用特定的扁平篩測定，與針片狀顆粒含量的測定方法不同。

2.4 減水劑

該承臺混凝土采用的減水劑是Sikafluid R，為深褐色液體，其推薦用量為水泥質量的0.3%-2.5%。試驗結果見表2-5。

表2-5 減水劑Sikafluid R的試驗結果

2.5 混凝土拌合用水

該項目所有的混凝土用水都是使用的拉巴特城市飲用水。

3 DREUX法混凝土配合比設計

DREUX法要求混凝土配合比設計及試驗分三步進行，即配合比設計與試驗、適應性試驗和檢查試驗，與我國的混凝土配合比設計有很大區別。

根據法國規范CCTP-D中相關規定了，C30承臺混凝土必須下列要求，水泥類型CPJ45，最小水泥用量為330kg/m3，最大水灰比0.5，坍落度10-14cm。

3.1 計算灰水比

σ28′=G·σc′（-0.5） （1）

式中：σ28′- 混凝土設計強度，計算時考慮1.15的強度保證系數，MPa；

σc′- 水泥標號，MPa；

C - 水泥用量，kg/m3

E - 用水量，kg/m3

G -骨料參數，其值依據骨料粒徑和質量查表3-1確定

表3-1 骨料參數G取值表

將參數σ28′=1.15×30=34.5MPa，σc′=45MPa，取G=0.45代入式（1）中，計算得：灰水比2.20。

3.2 計算水泥和水的用量

根據計算所得的灰水比2.20和坍落度取12cm，查DREUX法水泥用量與水灰比關系圖3-1，查得水泥用量為“400+添加劑”。則用水量為E=400/2.2=182kg。

圖3-1 DREUX法水泥用量與水灰比關系圖

這個用水量是相對于粗骨料最大粒徑D=25mm 的混凝土的標準用水量，實際中使用的是D=16mm的粗骨料，為了保證混凝土相同的工作性能，用水量也應適當增加。根據表3-2調整用水量。

表3-2 DREUX法D≠25mm用水量修正表

調整后的用水量E0′=E·（1+4%）=189kg，考慮到外加劑減水率為10%，實際用水量E0=189（1-10%）=170kg。水泥用量調整為374kg。

3.3 計算粗細骨料的用量

法國標準中水泥混凝土骨料級配理論，采用的是間斷級配理論， 先將所有的粗細骨料的顆粒分析結果繪制在圖3-2中。圖3-2為DREUX法骨料粒度分析圖，橫坐標為骨料粒徑和與之相對應的篩孔模數，縱坐標為骨料通過百分率。

3.3.1 確定基準粒度成分線OAB

在這個粒度分析圖中，確定基準粒度成分線OAB。其中0點為坐標原點、B點為最大粗骨料粒徑所對應的通過率為100%的點、A 點為級配的間斷點，其坐標確定方法如下：

（1）橫坐標 Ax，當最大粒徑D ≤20mm時，Ax=D/2；當最大粒徑D>20mm時， Ax =（38+D對應的 模數）/2。混凝土采用D=16mm的碎石，故Ax=16/2=8

（2） 縱坐標Ay ，按下式（2）進行計算。

Ay =50- +K+Kp+Ks （2）

K為集料成型修正值，按表3-3內插法求得K=1 。

表3-3 K值計算表

Kp為泵送混凝土修正值，當混凝土采用泵輸送方式運輸時，Kp∈E5，10]，若為泵送混凝土可取中值。非泵送取Kp=0。本項目采用泵送方式，故取Kp=7.5。

Ks為細度模數修正值，當細度模數 >2.5時，Ks=6Mf-15=6×2.66-15=0.96。

所以縱坐標Ay=50-+1+7.5+0.96=55.46

連接OA、AB，得出基準粒度成分線0AB。

3.3.2 確定粗細骨料的體積比

設計的混凝土由混合砂SM和碎石組成，在圖3-2中找到碎石通過率5%的點和混合砂SM通過率95%的點，過此兩點做直線，得到與標準曲線OAB的交點C，C點的縱坐標為即為混合砂占骨料的絕對體積比，由圖知道，C的縱坐標49.5%，所以混合砂占骨料體積49.5%，碎石占骨料體積的50.5%。

3.4 計算混凝土密實系數γ

1m3混凝土中所含的固體物質（水泥及集料）的絕對體積定義為密實系數，密實系數隨骨料最大粒徑D 、坍落度、振搗強度的變化而變化，如表3-4。

表3-4 DREUX法密實系數γ取值

注：1）表中系數為每方混凝土中集料與粉料（水泥）體積系數之和。

2）表中取密實系數時其集料為卵石，若集料不同時需調整：（1）河砂+碎石密實系數-0.01；（2）機制砂+碎石密實系數-0.03

根據表3-4，用內插法計算密實系數γ=0.810，在本配合比設計中密實系數γ取值0.810-0.02=0.790。

3.5 計算骨料各成分重量組成

水泥的用量374kg/m3，水泥密度2.98g/cm3，每方混凝土水泥體積Vc=374/2980=0.126m3。骨料的總體積V=γ-Vc=0.664m3。

混合砂質量=Vs=2700×0.495×0.664=887kg，其中沙丘砂占30%為266kg，機制砂占70%為621kg。

碎石質量=Vg=2780×0.505×0.664=932kg

水泥質量C=374kg；用水量E0=170kg，外加劑摻量按水泥摻量的1.5%為5.6kg。

3.6 混凝土的計算配合比

混凝土的計算配合比各材料用量為 ：

水泥：沙丘砂： 機制砂：碎石： 水：減水劑=374：266：621：932：170：5.6

至此，運用DREUX法計算混凝土理論配合比已經完成。在施工前，還要進行各成分波動試驗，分別是1）砂率各增加和減少10%；2）水泥用量各增加和減少20kg；3）用水量各增加和減少10kg。當成分波動滿足要求后，再進行適應性試驗，以確定滿足攪拌站和現場生產施工要求。

4按國內規范進行混凝土配合比計算

4.1 計算試配強度和水灰比

試配強度fcu，0≥fcu，k+1.645σ=30+1.645×5=38.2MPa；

水灰比W/C=αa.fb/（ fcu，0+αa. αbfb）=0.53×43.9/（38.2+0.53×0.2×43.9）=0.54

4.2 計算用水量和水泥用量

根據坍落度和碎石粒徑查表得用水量為235kg，考慮到添加減水劑，實際用水量為mw0=235（1-10%）=212kg，

水泥用量mc0=212/0.54=393kg，減水劑摻量為水泥用量的1.5%=5.9kg

4.3 砂率的確定

根據細度模數查表知：砂率β=37%

4.4 用體積法計算各材料的用量

++++0.01α=1 （3）

=0.37 （4）

式中ρc、ρs、ρg、ρw分別為水泥、細骨料、粗骨料和水的表觀密度，α為混凝土含氣量百分數，不摻加引氣劑或引氣型外加劑時α取1。

代入各參數計算得到：mc=393kg；mw=212kg；ms=663kg；mg=1129；mj=5.9kg

混凝土的計算配合比得到各材料用量為 ：

水泥：沙丘砂： 機制砂：碎石： 水：減水劑=393：199：464：1129：212：5.9

5 中法配合比設計結果的對比表

通過中國規范和法國規范分別對C30的混凝土配合比進行計算，得出的結果存在差異，見表5-1。

表5-1 中法配合比設計結果對比

6 結論

通過兩種方法得出的結果對比和分析，可以得出以下結論。

（1）試配強度不同，國內混凝土配合比試配強度更高，保證系數更高一些。

（2）混凝土抗壓強度的試驗方法不同，法國標準采用的是圓柱體試件，試件初裂后荷載立即下降，而國內的立方體試塊，初裂后荷載仍能繼續增加，存在虛荷載。圓柱體試塊更能準確反映出試塊的真實強度。

（3）法國標準中的用水量是通過圖表計算而得，從而得到水泥用量。而國內標準用水量是通過經驗數據查表而得。法國標準更嚴謹。

（4）在配合比設計過程中，法國DREUX法對骨料組成是通過分析砂和碎石的篩分曲線，用圖解的方法找出最佳的成分組成，而國內標準是通過經驗數據查表。兩種方法對比，無疑是法國標準更科學更合理。

（5）法國DREUX法混凝土配合比設計對水泥的用量有很嚴格的規定，對骨料最大粒徑25mm的混凝土限制了水泥的最大用量為400kg/m3，如果用到最大用量仍無法滿足要求，就只能摻加添加劑或用更高品質的水泥。對控制混凝土的水化熱，減少混凝土的收縮變形有其科學性。

（6）法國DREUX法混凝土配合比設計及試驗分三步進行，即配合比設計與試驗、適應性試驗和檢查試驗。提出基準配合比后，對各成分波動后進行試驗，確保最不利的因素下混凝土的質量。在投入生產前，進行適應性試驗，確保滿足生產和施工的要求。這種嚴謹的做法值得我們借鑒。

參考文獻

[1] 喬治·德勒（法），《混凝土指南》[M]，1988.

[2] 法國標準，XP P18-545《骨料》，2008.