特別策劃：混凝土配合比調試

徐蒞春（南通市建筑工程質量檢測中心，高級工程師）

白亞飛（中國礦業大學（北京），在讀碩士研究生）

特別策劃：混凝土配合比調試

徐蒞春（南通市建筑工程質量檢測中心，高級工程師）

白亞飛（中國礦業大學（北京），在讀碩士研究生）

編者按：混凝土的配合比可按照經驗或國家標準先取一個常規值，計算出各原材料的使用量。然后試配，由試配出的混凝土性能進行調整各原材料的用量，最終得到性能最優時的混凝土配合比。對于經驗豐富的技術人員來說，配合比的調整比較容易，但對于新手來說，由于原材料較多，影響因素復雜，對各種現象的出現，常常無從下手，本期特別策劃邀請經驗豐富的技術人員來歸納總結一下，混凝土試配過程中出現的現象及如何調整混凝土配合比的問題。

0 引言

混凝土是由膠凝材料、砂子、石子、外加劑和摻合料等組份按適當比例配合，經拌合、澆筑、成型、養護等工藝，硬化而成的具有所需的形體、強度和耐久性的人造石材。隨著材料科學的不斷發展，它的用途也越來越廣泛，已經發展到了跨行業、跨學科、互相滲透的廣泛領域。混凝土配合比設計就是確定各種原材料之間的比例，直接決定了混凝土結構質量的好壞，是混凝土施工前最重要的一個環節。本文就混凝土配合比設計與調整過程中應注意的問題作一簡單介紹，以供參考。

1 混凝土配合比設計前的準備工作

為保證混凝土的質量，在混凝土配合比設計前，設計人員要做好下列工作：

（1）掌握設計圖紙對混凝土結構的全部要求，重點是各種強度和耐久性要求及構件截面的大小、鋼筋布置的疏密，以便考慮采用水泥品種、強度等級及石子粒徑的大小等參數。

（2）熟悉施工工藝，如輸送、澆注的措施，使用機械化的程度；了解施工過程中對混凝土凝結時間的要求，以便設計時選用合適的坍落度、用水量、外加劑品種及其摻量。

（3）了解對混凝土是否有特殊性能的要求，以便于確定所用水泥的品種和粗骨料粒徑的大小；同時對所購原材料的質量和材料的供應能力也應做到心中有數。

2 原材料的選擇

2.1 水泥

水泥是決定混凝土成本的主要材料，又起到粘結、填充等重要作用，所以水泥的選用格外重要。水泥的選用主要是考慮水泥的品種和強度等級。應根據工程的特點和所處的環境氣候條件等因素進行分析，并考慮當地的水泥供應情況作出選擇。泵送混凝土一般宜選擇普通硅酸鹽水泥，尤其對早期強度要求較高的、用于冬季施工以及重要結構的高強混凝土，但大體積混凝土不宜使用，水泥材料選擇期間要做好水泥的性能檢測，嚴格控制水泥質量。

2.2 骨料

粗細骨料都應符合有關標準的要求。正確選擇骨料能確保混凝土工作性、強度和經濟性。

（1）細骨料 ：砂子的顆粒級配合理、含泥量低有利于混凝土強度和工作性的提高。天然砂是理想的細骨料，使用時應正確選擇細度模數。配制高強混凝土時應用粗砂，普通流態混凝土用中砂。砂子的細度模數影響混凝土的砂率和用水量。砂率高用水量大，坍落度損失快；砂率偏低容易產生泌水和離析。

（2）粗骨料：石子的粒徑大小和級配影響混凝土的用水量、砂率和工作性。配制高強混凝土和高性能混凝土時應采用高強度的碎石。石子的粒徑應根據混凝土性能要求，結構斷面尺寸、鋼筋間距等進行選擇。其中最大粒徑不得超過結構斷面最小尺寸的 1/4，且不得超過鋼筋最小間距的 3/4，采用泵送工藝時石子最大粒徑應小于泵出口管徑的 1/3，否則會產生堵泵現象。

2.3 外加劑

外加劑的選擇原則：

（1）根據所配制的混凝土類型選擇相應的外加劑品種，泵送混凝土應摻用泵送劑或減水劑。

（2）根據混凝土的原材料、配合比和強度確定對外加劑的減水率和摻量的要求。

（3）根據工程類型、氣候條件、運輸距離、泵送高度等因素，確定對坍落度損失程度、凝結時間和早期強度的要求。

（4）其他特殊要求，如抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性、耐磨性等。

最后通過混凝土試配，經濟評估后才能應用外加劑。

2.4 礦物摻合料

常用的礦物摻合料有粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、鋼渣粉、磷渣粉等。配制商品混凝土時對礦物摻合料的基本要求是：

（1）售價低、具有一定的水化活性，能替代部分水泥，在保證強度和其他性能的前提下，應多摻礦物摻合料以降低混凝土的成本。

（2）需水量比小，顆粒級配合理能提高拌合物的流動性。

（3）高強混凝土宜復合摻用粒化高爐礦渣粉、粉煤灰和硅灰；粉煤灰等級不應低于Ⅱ級；對強度等級不低于 C80 的高強混凝土宜摻用硅灰。

3 混凝土配合比的設計

普通混凝土的配合比設計參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》要求，對于有特殊要求的混凝土配合比設計亦可參照此規程經過試配確定。在施工過程中應及時積累資料，為合理調整混凝土配合比提供依據。

3.1 初步計算配合比

（1）計算混凝土配制強度。

（2）計算水膠比。

（3）選取用水量，單位用水量的選取通常參照規程進行，即根據混凝土的坍落度、粗骨料的品種及粗、細骨料的最大料徑確定。其中泵送混凝土的坍落度應根據建筑結構物的特點（如建筑物高度、泵送部位）、使用泵的性能、混凝土搗實方式和耐久性要求等進行選擇。為滿足施工時對混凝土坍落度要求，攪拌站在混凝土配合比設計時選定的坍落度應為泵送要求的坍落度與運輸中混凝土坍落度損失之和。

（4）用水量確定后，通過水膠比計算確定膠凝材料的用量、摻合料的用量及外加劑的用量。

（5）砂率的選取。根據骨料的技術指標、混凝土拌合物性能和施工要求，參考既有歷史資料確定。當缺乏砂率的歷史資料時，可根據規程的要求選取。

（6）計算粗、細骨料用量，可用重量法或體積法直接求得粗、細骨料用量。

3.2 混凝土配合比的試配

在計算配合比的基礎上進行試拌并進行混凝土強度試驗。試拌應采用三個不同的配合比，其中一個應為初步計算配合比（基準配合比），另外兩個配合比的水膠比宜分別增加和減少 0.05，用水量應與基準配合比相同，砂率可分別增加和減少 1%。三個配合比分別進行強度試驗。

4 混凝土配合比的調整與確定

混凝土試配過程中可能會出現各種現象，達不到設計的要求，因此應對配合比進行適當調整以確定最終的施工配合比。

4.1 和易性

和易性達不到設計要求時的調整方法見表 1。

表 1 和易性達不到設計要求時的調整方法

4.2 強度

根據不同配合比的混凝土強度試驗結果，宜繪制強度和膠水比的線性關系圖，或用插值法確定略大于配制強度對應的膠水比。

在試拌配合比的基礎上，用水量和外加劑用量應根據確定的水膠比作調整。

膠凝材料用量應以用水量乘以確定的膠水比計算得出。

粗細骨料用量應根據用水量和膠凝材料用量進行調整。

4.3 容重

當混凝土拌合物表觀密度實測值與計算值之差的絕對值不超過計算值的 2% 時，上述調整的配合比可維持不變；當二者之差超過 2% 時，應將配合比中每項材料用量均乘以相應的校正系數。

5 結束語

在滿足規范要求的前提下，配合比設計應從經濟、工作性能、質量等方面綜合考慮，擇優選用。作為配合比設計人員應注意收集每次配合比設計、混凝土強度及施工情況的詳細數據，并對這些數據進行統計分析，積累經驗，對以后的工作提供幫助。

[1] 曹世暉編．高職高專建筑工程類專業“十二五”規劃教材：建筑工程材料與檢測[M]．長沙：中南大學出版社，2013．

[2] JGJ 55—2011．普通混凝土配合比設計規程[S]．

提及混凝土的配合比設計，通常可按照經驗或國家標準先取一個常規值，計算出各原材料的使用量。然后試配，由試配出的混凝土性能進行調整各原材料的用量，最終得到性能最優時的混凝土配合比。對于經驗豐富的技術人員來說，配合比的調整比較容易，但對于新手來說，由于原材料較多，影響因素復雜，對各種現象的出現，常常無從下手，本文為筆者在北京橋昌混凝土攪拌有限公司實習半年以及理論實踐學習后，關于混凝土試配過程中出現的現象及如何調整混凝土配合比等問題的一點心得體會。

1 混凝土的介紹

混凝土是由一定比例的水、水泥、礦物摻合料、外加劑、細骨料、粗骨料諸多種物質相互混合，并均勻拌制后形成的一種建筑材料，其為一種振搗密實成型、養護硬化而成的人工石材，在工程施工建設過程中得到廣泛應用，是一種全世界通用的重要建筑材料。

2 混凝土試配過程中可能出現的現象

進行混凝土配合比試配時，主要有四種現象：一是當試樣拌出的拌合物坍落度和擴展度不良，即流不開或者流動度和坍落度不達標； 二是粘聚性不良，即粗骨料和漿體包裹性不好；三是保水性不好，即漿體周圍泌水；四是離析現象，即粗骨料和漿體相互分離。

應在保證水灰比不變的條件下相應調整用水量和砂率，直到符合要求為止，然后提出供混凝土強度試驗用的基準配合比。

3 如何調整混凝土配合比

3.1 坍落度過小應采取的措施

如果坍落度過小, 可采取兩種措施：一是維持原水灰比不變，略微增加用水量和水泥用量；二是略微加大砂率。

3.1.1 每調整增大10 mm坍落度，增加水泥量及水量 2%

例 1：C25 等級混凝土配合比，坍落度要求為 80～100mm，經設計計算后配合比如下：mw=180kg/m3、mc=360kg/m3、ms=620kg/m3、mg=1235kg/m3，水灰比為 0.50，砂率為 33%，總用量為 2395kg/m3。試配的拌合量為 16L（38.32kg），相應的用量為 mw=2.88kg、mc=5.76kg、ms=9.92kg、mg=19.76kg，進行試拌后拌合物坍落度為 60mm，達不到 80～100mm 的坍落度設計要求，需調整計算及確定調整后的配合比。

調整：觀察拌合物發現砂率適中，用增加用水量和水泥用量方法，來滿足設計要求的坍落度。 根據每調整增大 10mm 坍落度增加水泥量及水量為原水泥量及水量的 2%，假如坍落度設計值為 90mm，現需調整增大 30mm（已知設計要求坍落度為 80～100mm，試拌后坍落度為 60mm，所以相差大約 30mm），則要追加水泥量為 360×2%×3=21.6(kg/m3)；要追加水量為 180×2%×3=10.8(kg/m3)；相應 16L 的調整量為水泥量為 21.6×0.016=0.35(kg)，水量為 10.8×0.016=0.17(kg)。追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設計坍落度 80～100mm 要求。實測密度為 2420kg/m3，但是計算密度為 (180+10.8)+(360+21.6)+620+1235=2 427(kg/m3)，實測與計算密度之差的絕對值為 2427-2420=7(kg/m3)，7/2427=0.3%，不超過計算密度的 2%，所以調整后配合比的用量為：mw=191kg/m3、mc=382kg/m3、ms=610kg/m3、mg=1237kg/m3，密度為 2420kg/m3。

此例子調整后的水灰比仍然為 0.50，滿足水灰比不變的要求。在實際試驗中用了這種方法，速度非常快，從而提高了工作效率。

3.1.2 提高砂率 1% 的方法

追加砂量=原來石量/(1-后來砂率)-原來石量-原來砂量。

調整：觀察拌合物發現砂率偏低，用加大砂率法。首先提高砂率 1%

則追加砂量為：1235/(1- 4%)-1235-620=16.2(kg/m3)

相應 16L 的調整量為：16.2×0.016=0.26(kg)

追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設計坍落度 80～100mm 要求。實測密度為 2400kg/m3，但是計算密度為：180+360+(620+16.2)+1235=2411(kg/m3)，實測與計算密度之差的絕對值為 2411-2400=11(kg/m3)，11/2411≈0.5%，不超過計算密度的 2%，所以調整后配合比的用量為

此例子調整后的水灰比仍然為 0.50，滿足水灰比不變的要求。在實際試驗中此方法速度快，提高了工作效率。

3.2 坍落度過大應采取的措施

如果坍落度過大，也是維持原水灰比不變，略增加砂量及石子量，或減少砂率。具體計算方法為：

3.2.1 每調整減少 30mm 坍落度增加砂及石量為 60kg

例 2：C25 等級混凝土配合比，坍落度要求為80～100mm，經設計計算后配合比如下

mw=180kg/m3、mc=360kg/m3、ms=620kg/m3、mg=1235kg/m3，水灰比為 0.50，砂率為 33%，總用量為 2395kg/m3。試配的拌合量為 16L，則相應的用量如下：mw=2.88kg、mc=5.76kg、ms=9.92kg、mg=19.76kg，進行試拌后拌合物坍落度為 130mm 。需調整計算及確定調整后的配合比。

調整：觀察拌合物發現砂率適中， 用增加用砂量和石子量方法。根據每調整減少 30mm 坍落度增加砂及石量共為 60kg（已知設計要求坍落度為 80～100mm，試拌后坍落度為 130mm，所以相差大約 30mm)，

則追加砂量為 60×33%=19.8(kg/m3)

追加石子量為 60-19.8=40.2(kg/m3)

相應 16L 的調整量為：

砂量為 19.8×0.016=0.32(kg)

石子量為 40.2×0.016=0.64(kg)

追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設計坍落度80～100mm 要求。實測密度為 2400kg/m3，但是計算密度為：180+360+(620+19.8)+(1235+40.2)=2455(kg/m3)

實測與計算密度之差的絕對值為：

超過計算密度的 2%，得 δ=2400/2455≈0.978，所以調整后配合比的用料量為

3.2.2 降低砂率 1% 的方法

追加石量=原來砂量/后來砂率-原來砂量-原來石量。

引用例 2 調整此方法。

調整：觀察拌合物發現砂率偏高， 用降低砂率法。 首先降低砂率 1%

則追加石量為 620/32%-620-1235=82.5(kg/m3)

相應 16L 的調整量為：82.5×0.016=1.32(kg)

追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設計坍落度 80～100mm 要求。實測密度為 2400kg/m3，但是計算密度為 180+360+620+(1235+82.5)=2478(kg/m3)，實測與計算密度之差的絕對值為 2478-2400=78(kg/m3)，78/2478=3.1%，超過計算密度的 2%，得 δ=2400/2478=0.969，所以調整后配合比的用料量為：mw=174kg、mc=349kg、ms=601kg、mg=1276kg，密度 2400kg/m3，砂率 32%。

3.3 采用舉一反三或者觸類旁通法，以此提高效率

在試配、調整實際工作中，能夠得出如下方法：如果連續幾個配合比使用同種原材料，那么就可以借鑒此配合比的數據以節約試驗時間，提高效率。如果用同一種材料只做一個配合比那么就必須按照《普通混凝土配合比設計規程》的要求，混凝土強度試驗時至少應采用三個不同的配合比。當采用三個不同的配合比時，其中一個個作為基準配合比，另外兩個配合比的水灰比，宜較基準配合比分別增加和減少 0.05；用水量應與基準配合比相同，砂率可分別增加和減少 1%。

4 結束語

在實際試驗中，普通混凝土配合比的試配及調整必須快速。在坍落度、粘聚性及保水性不符合要求時，必須快速判斷不符合設計要求的原因，并快速計算出需調整的量值供調整。采用上述方法是行之有效的。中國混凝土和水泥以及外加劑行業著名專家——王棟民教授和陳建奎教授曾最先提出高性能混凝土（HPC）配合比設計新法——全計算法，對混凝土配合比的試配及調整具有重要的指導意義。

隨著城市建設規模的不斷擴大，使得高層建筑施工越來越多，同時混凝土結構應用日益增多，對混凝土質量要求也越來越高。而影響混凝土質量的因素有很多，其中混凝土配合比為關鍵因素，因此對混凝土試配以及后續生產過程中的配合比設計調整及其質量控制進行分析具有重要意義。

例 1 調整此方法。