當前混凝土配合比設計存在的問題

張晶元

(中交三航局第三工程有限公司， 江蘇 南京 210011)

相關調查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段只有我國還在采用以骨料絕干密度為基準的手段進行混凝土配合比設計，而隨著國內外對混凝土配合原材料的研究，混凝土的組成物發(fā)生了變化，其核心仍為水泥、骨料和水組成的硬化體，但拌合物的形式、流動性、水泥強度、細度等都發(fā)生了較大變化，外加劑和礦物摻合料更為普遍的被用運于混凝土配合設計中，此時原有的測定方法不再適用，需要尋求轉變。

1 基本概念和測定方法對比

混凝土施工配合比，在定義上，指的就是混凝土中各組成材料之間的比例關系，是混凝土工程中不可缺少的一項工作，直接影響施工的進度、質量和成本。“假定密度法”又被稱為假定容重法，是據(jù)經驗資料假定混凝土表觀密度為混凝土各組分用量之和的配合比設計方法，在施工中依照設計要求可確定用水量、水灰比和水泥用量等參數(shù)，假定混凝土表觀密度，計算出集料總重、砂重和粗集料重，在此過程中需要以實測混合料表觀密度進行校正，與絕對體積法相比計算更為簡單。

下面以實際測量數(shù)據(jù)進行說明，假定當混凝土具有0.5左右的水灰比時，其表觀密度為2400kg/m3，高強混凝土為2450kg/m3，試拌后實測發(fā)現(xiàn)誤差不大，因此這種方法在以往的工程施工中非常常見，但是隨著使用材料的變化，水泥、砂石的表觀密度發(fā)生改變，大量礦物摻合料的使用導致各原料的密度差異增加，對比其表觀密度，粉煤灰為1.90-2.40 g/cm3，磨細礦渣2.60g/cm3，相對比3.0g/cm3的水泥表觀密度就顯得差距較大，再采用假定表觀密度計算則體積都會偏大，且隨著摻合料的增加，這個誤差也就越大。因此假定密度法已不再具有普適性，與之相比，絕對體積法指的是忽略水泥水化去除的部分水，在后續(xù)計算時為了減少這部分水體積的誤差，建議無須計算攪拌式加入的孔隙體積，兩相綜合。

2 采用絕對體積法計算混凝土配合比時的問題

2.1 原材料密度的取值問題

物理學上將密度定義為單位體積的質量，而在實際工程中，指的多是絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量，如鋼鐵這樣的無孔材料，可測實體積；而一些含有孔隙的固體材料，則需磨成細粉測試密度，如磚瓦。而此時，所磨的粗細程度和密度精確度成正比，因此在計算中需要將這些材料磨到與水泥相同的細度。

砂石這樣的散粒狀材料具有開放孔和封閉孔，砂石的計算以面干飽和狀態(tài)中的材料為標準，現(xiàn)如今只有我國還在采用絕干狀態(tài)的骨料計算混凝土配合比。飽和面干狀態(tài)骨料中所含的水不計入混凝土的拌和水，除此之外所含的水被稱為有效水，也是混凝土配合比中用水量所指的部分，其與膠凝材料總量的比值被稱為水膠比，在實際的測量中，由于以絕干基試配的混凝土會因為試拌坍落度過小導致質量控制誤差，面干飽和基試配的方法可以隨時調控拌和水，相對可控。

而在工程中需要按照標準對骨料和砂子進行面干飽和狀態(tài)的界定，其浸泡時間大于24 h，當這一定量的石子取出擦干肉眼未發(fā)現(xiàn)水的亮光時，才能作為石子的飽和面干，并且可通過水中重法計算表觀密度；砂子則可利用吹風機吹干，當表面有變色產生時可以截頭圓錐環(huán)裝入，判斷其狀態(tài)。然后通過對比等量的實際含水的砂子和面干飽和狀態(tài)所得的砂子的體積，判定實際砂子的狀態(tài)，表示含水量差異。此試驗常在試驗室或拌和樓的上料口開展，還可采用傳感器和電流表予以控制，為保證混凝土的高質量，須嚴格按照標準操作，并注意儲存方式。

2.2 骨料的級配和粒形對質量的影響

骨料，顧名思義，于混凝土中擔任骨架作用，可穩(wěn)定體積。實際工程中，采石場會對石子進行級配，但運輸和投料等過程還會造成混亂，因此需要再次進行級配，而我國現(xiàn)階段的生產工藝存在弊漏，未嚴格遵循砂石標準，以連續(xù)級配的方式導致石子的粒形很差，存在斷級，我國的一些建筑工作者屢次提出石子質量問題導致混凝土質量不佳，且極為消耗水泥和用水量，是一種對于資源的低效浪費。

2.3 摻用礦物摻合料混凝土配合比的計算問題

在混凝土配合比的計算中，方法包括等水膠比法、超量取代法、等水灰比法、等漿體體積法等，下面將進行詳細的說明。

第一是等水膠比法。也就是簡單的等量取代，摻料后水膠比與未摻料水灰比值相同，漿體體積（漿骨比）增大，會導致硬化混凝土收縮值發(fā)生變化，致使混凝土的體積穩(wěn)定性受到影響；且粉煤灰反應速率和反應率低，若用粉煤灰簡單取代水泥則會導致水灰比增大、混凝土強度下降，為維持其強度可降低水膠比，但又會導致水灰比、孔隙率較大，使得混凝土早期碳化嚴重，產生惡性循環(huán)。除此之外，礦物摻合料的強度對水膠比更加敏感，因此，單純地等水膠比摻粉煤灰是不明智的，無法發(fā)揮后者的作用，應當進行改善。

第二是超量取代法，在一定范圍內以摻量代替水泥，在實際的應用中，常常仍以膠凝材料進行代替，因此可以起到增加漿體含量、減小水膠比的作用。但是這種方法也存在一些問題，主要是因為水膠比界定差異，一些單位認為摻粉煤灰前后水灰比是固定的，膠凝材料中無需計算超量取代部分，但是實際案例中無法從所報的配合比上分析所出現(xiàn)的質量問題原因，或許與混凝土抗裂性改善效果差有關。

第三是等水灰比法，在實際的調研中發(fā)現(xiàn)，一些單位將水泥廠生產的混合水泥也稱作水泥，而未將礦物摻合料算在水泥中，就可維持水灰比不變，使得用水量和水膠比降低，希望維持混凝土強度，但實際效果是水膠比過大，實際強度與標準不符。而相關數(shù)據(jù)證實摻入粉煤灰越多，要維持水灰比不變所降低的水膠比越多。然而計算中沒有考慮粉煤灰的性質，結果不準確，水膠比過低時會影響拌合物的施工性，使得試配工作量加大，造成了混凝土體積的不穩(wěn)定。

第四是等漿體體積法，水泥密度較礦物摻合料密度更大，當按質量摻入時會使得混凝土漿體體積增加，如按等漿體設計會維持混凝土的體積穩(wěn)定性，更深入的研究發(fā)現(xiàn)兩種方法的混凝土強度等級沒有較大差異，但是后者的抗?jié)B性更高。

3 總結

總結全文，絕對體積法更能適應現(xiàn)今的混凝土組分情況，具體的設計計算中，飽和干面干基的砂子更易掌控，對材料的級配和分級投料能增加工程的經濟和耐久性，等漿體體積法更適用于摻合料摻量變化時調整混凝土配合比，增強穩(wěn)定性。總體來說，混凝土的配合比問題是一個復雜的問題，需要從多個角度進行考慮，提高質量。

[1]劉靖，朱平.高性能混凝土配合比設計及其存在的問題[J].四川水泥，2017，12( 12) : 112-114

[2]馬保國，王信剛，李相國.高性能混凝土配合比設計及其存在的問題[J].混凝土，2005，30( 16) : 196-198