混凝土配合比的方法與探討

2018-10-11 10:05:24王烜

商品混凝土 2018年9期

王烜

（蘭州瑞原混凝土有限公司，甘肅蘭州 730030）

0 前言

改革開放后，我國的經濟發生了日新月異的變化，不斷的加強了現代化的發展步伐，與此同時，建筑業得到了快速的發展。由于建筑施工是一項比較復雜的施工體系，在其施工過程中難免會存在一些質量問題，這也成為制約建筑企業發展的主要因素。然而，商品混凝土的出現有效的緩解了這一問題，混凝土不僅具有超高的耐久性、工作性以及強度性，而且還是一種可持續發展的建筑施工材料。

假定容重法是現階段全國普遍采用的混凝土配合比設計方法，本方法是借鑒和利用西方國家最初配合比設計方法。這種設計方法憑經驗假定不完全科學、經濟。數字量化混凝土配合比設計方法，根據不同材料實事求是地測定出各種原材料的用量、狀態，從而確定各種原材料的重量，既科學又經濟，避免浪費和質量波動，從而達到經濟、環保、高效的準配合比。

本文以某一具體的混凝土配合比設計為例，同時使假定容重法與數字量化法對其進行設計，將兩種方法進行對比分析。

1 假定容重法

1.1 準備工作

（1）通過單位或公司試驗室現有資料查詢混凝土的相關數據，并詳細查閱所有相關資料（包括配合比設計報告書、原材料情況、外加劑使用情況記錄、相關工程實例報告、部分工程各種事故分析及解決辦法等），從而掌握相關信息。

（2）統計各種環境等級和環境類型，以便在配合比設計過程中確定摻合料的摻量和控制水膠比。

（3）統計混凝土的工程用量、強度等級，用于快速設計配合比時適當控制減水劑的摻量。

（4）統計混凝土配合比設計的數量、部位、強度等級以及混凝土配合比成型試件組數、種類和試模，以便安排工作。

（5）確定各強度等級混凝土的坍落度和含氣量要求。

（6）確定單位或公司中所有各種原材料的產地、種類、等級，掌握各種原材料各項指標原始記錄和結果分析報告（參照以前地材使用情況）；找到其中質量波動較大的一種或幾種原材料。

1.2 混凝土配合比計算過程

1.2.1 計算混凝土的配制強度

混凝土的配制強度按公式 (1) 計算：

當混凝土施工部位為水下樁時：根據 TB 10424—2010《鐵路混凝土施工質量驗收標準》中“水下混凝土配合比設計，其配制強度應較普通混凝土的配制強度提高 10%～20%”的規定，其混凝土的配制強度按公式

(2) 計算：

根據強度設計等級選取 σ 的值。

1.2.2 計算水膠比

水膠比按公式 (3) 計算：

根據石子的類型選取 αa、αb的取值。

?b為膠凝材料膠砂 28d 的實測抗壓強度，如果沒有數據，可按公式 (4) 計算：

λc為水泥的富余系數，λf、λk分別為粉煤灰和礦粉的取代系數，?ce為水泥強度等級。

經驗所得：λc、λf、λk三者的取值嚴格控制在行業標準 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》規定的范圍內，λc、λf、λk三者的取值可以根據計算需要進行調整（目的是為了讓水灰比計算結果接近經驗值），并做好詳細記錄，如說明 λc、λf、λk取值的原因。

判斷水膠比是否符合耐久性的要求。

1.2.3 確定單方用水量

根據粗骨料的類型、工程結構特點、環境類型及等級、混凝土坍落度等，選取混凝土單方用水量 mw0。

經驗所得：各從事混凝土行業的相關人士在確定混凝土單方用水量 mw0時，一定要充分考慮所有相關影響因素，如當水泥或粉煤灰需水量偏大時，或當地砂中含泥量偏高時，需確定混凝土單方用水量是否需要調高一些。當使用細骨料為機制砂時，由于機制砂與天然砂混凝土單方用水量有差別，配制機制砂混凝土時，要充分考慮石粉含量吸附水的影響，確定混凝土單方用水量是否需要調高一點。并把相關信息詳細記錄下來。

1.2.4 計算膠凝材料用量

按公式 (5) 計算膠凝材料總用量 m0：

確定摻合料粉煤灰（或礦粉）的摻量 βf，并按公式

（6）計算粉煤灰用量 mf0：

經驗所得：摻合料的摻量取值要嚴格按照標準 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》、鐵路或公路或市政相關行業標準，且滿足工程設計（設計年限、環境類型和耐久性等）要求；當粉煤灰或礦粉質量較差或質量波動較大時，盡量降低其摻量，并作好記錄。

判斷水泥用量、粉煤灰或礦粉摻量是否符合工程設計、耐久性、環境等的要求。

1.2.5 確定吵率

由石子的類型、最大粒徑、水膠比，選取混凝土合適的砂率（βs）。

經驗所得：混凝土技術人員在確定混凝土砂率時，一定要把一切影響因素考慮完全，如砂的細度模數、級配（是否斷檔）、含泥量、泥塊含量、表格密度和空隙率等指標的情況；當細骨料為機制砂時，由于機制砂石粉含量較高和級配稍差，機制砂與天然砂混凝土砂率取值有差別，配制機制砂混凝土時，要充分考慮石粉（泥粉）含量、顆粒級配、細度模數、壓碎值、表觀密度和空隙率等因素的影響，要詳細記錄天然砂或機制砂的一切相關性能指標。

1.2.6 計算砂 ms0、石 mg10和石 mg20用量

（1）體積法

按公式 (8) 和 (9) 計算砂石的用量：

其中，ρc，ρf，ρs，ρg1，ρg2，ρw分別為水泥、粉煤灰、砂、石 1、石 2、水的密度（表觀密度），α 為空隙率，根據混凝土含氣量取值。

經驗所得：所有材料的密度必須為真實值（實測值），且需以混凝土技術人員親自試驗測得的結果為準，特別是粗、細骨料的表觀密度（ρs和ρg1、ρg2）數據必須真實可靠，嚴禁使用其他資料或其它單位或公司提供的數據；兩種或三種石子的分級顆粒級配、混合顆粒級配需經試驗測得，需進行多次試驗對比，以便確定分級石子之間的比例；當所用石子廠家或產地較多時，所有石子都需要進行試驗，并記好原始試驗記錄。

（2）質量法

按公式 (10) 和 (11) 計算砂石的用量：

mcp為每立方米混凝土拌合物的假定質量，一般取2350～2450kg/m3。

經驗所得：在混凝土配合比計算時，主要以體積法為主，在時間允許條件下，兩種方法可以結合在一起使用，但要想辦法把兩者的計算結果保持一致。

1.2.7 外加劑用量

根據設計要求及混凝土強度等級、混凝土工程類型、環境條件等，確定各種強度等級混凝土相對應的外加劑摻量 A，按公式 (12) 計算外加劑的用量 mj0：

1.3 混凝土配合比的試拌及調整

1.3.1 再次確認混凝土配合比所用原材料

（1）確定水泥的品種、標號、廠家是否符合要求，以及是否受潮結塊。

（2）確定摻合料的品種、等級、廠家是否符合要求，以及是否受潮結塊。

（3）測定砂石含水率，為保證起見，需翻 3 遍或以上，以便均勻，從而正確計算試驗用砂石用量，若為風干骨料可以直接使用。

另外，試驗用所有原材料，必須確保在試驗室內保持 24h 以上，方可使用。

1.3.2 混凝土配合比試拌

（1）記錄試驗室環境溫濕度。

（2）通過單方混凝土配合比計算出試驗室試拌混凝土的數量，一般為 15～25L 為主，但要控制在攪拌機容量的 20%～80% 范圍內。

（3）當砂石含水時，需要通過詳細計算而算出實際砂、石、水的實際用量。

（4）試驗前，混凝土攪拌站需先試運行，確保正常，并進行潤濕，潤濕標準方法為用試拌所需同比例的砂漿進行試拌。

（5）原材料計量，嚴格稱取各種原材料，并控制在計量誤差范圍內。

（6）投料順序為粗骨料、細骨料、膠凝材料，需干拌 30s 以上后，同時加水和外加劑，進行拌合。

（7）攪拌時間控制：夏季以 120s，冬季或含氣量高時最低控制在 150s。

（8）混凝土出機后，需人工翻拌 2 遍以上，確保混凝土均勻，方可進行混凝土性能（坍落度、含氣量、坍落度損失、容重、泌水率等）的測定，并對混凝土工作性（流動性、粘聚性、包裹性、是否泌水和扒底等）進行判斷和描述，并試驗結果詳細記錄下來。

1.3.3 混凝土配合比調整

（1）通過混凝土的工作性能測試結果，找出混凝土工作性能指標不合格等問題出現的具體原因。

（2）考慮混凝土配合比是否合理，如配合比中水灰比、單方用水量和砂率的取值是否合適，可以通過改變單個因素或兩個因素的大小，重拌混凝土，觀看混凝土工作性變化如何；在調整配合比的同時，考慮每個原材料的情況（參考每個原材料的主要性能指標），尤其是對混凝土工作性能影響較大的原材料，需經進行多次試拌和對比試驗。

（3）通過步驟（2）的調整過程，確定一個基礎配合比，然后進行外加劑調整試驗，通過改變外加劑母液比例變化、引氣劑種類或摻量、消泡劑的種類或摻量、增稠劑種類或摻量、緩凝劑種類及摻量等，觀看混凝土工作性的變化和性能指標的改變，然后進行綜合分析，最后確定外加劑的配方。

（4）對通過的混凝土配合比、外加劑最終配方進行驗證，對混凝土工作性（坍落度、含氣量、容重、坍落度損失、粘聚性、包裹性等）進行測試，并根據測試結果，對混凝土配合比、外加劑最終配方進行一定的微調，使混凝土工作性能滿足要求。

（5）最后，重復（1）～（4）的過程，對所有強度等級混凝土的配合比進行拌合確定工作，并且外加劑的配方需根據實際情況作適當變化，找出最終混凝土配合比和外加劑最佳配方。

經驗所得：需要詳細記錄的現象或問題，如在混凝土配合比調整過程中各因素（如水灰比波動、砂率變化、膠凝材料用量、摻合料摻量、石子比例等）變化對混凝土性能的影響，外加劑確定過程中所調整的原因和調整后的現象（各種小料用量變化、保坍劑比例等），以及做混凝土配合比過程中用的所有外加劑配方，并作一定的對比分析；此信息的記錄一定要清楚和完整，可為后期混凝土生產及跟蹤服務做指導。

1.4 數據整理和分析

對配合比設計過程中的一些數據進行分析，主要是配合比調整過程中因素調整的原因，外加劑配方調整的原因，并作一定的詳細記錄，如：

① 混凝土泌水或滯后出現的原因及解決的辦法。

② 混凝土和易性不好、含氣量偏大或偏低的原因及解決的方式。

③ 混凝土包裹性差存在的原因和現象。

④ 混凝土粘度大或小的原因和解決的辦法。

⑤ 混凝土坍落度損失大的原因，采用的措施。

⑥ 外加劑配方變化過程中調整的原因和調整后的結果。

2 數字量化混凝土配合比設計

2.1 試驗內容

為了解決混凝土氣泡和外觀質量問題，處理近期出現的各種混凝土質量事故，我們進行了相關試驗，主要內容是通過水泥和粉煤灰的用量、密度和需水量（比）計算，確定單方混凝土中最佳用水量的計算方法、膠凝材料漿體體積的計算方法、外加劑摻量的調整方法，及砂石骨料的檢測方法以及設計用技術參數的計算。本次試驗以現場的原材料為準，列出了一種砂子和三種石子的測量數據以及砂石骨料計算的公式和步驟，然后到試驗室進行實際操作。首先對三種石子進行測量，主要掌握石子堆積密度、空隙率和吸水率的測量方法，以及表觀密度的計算方法。對一種砂子進行測量，主要是掌握砂子緊密堆積密度測量壓力值 72kN 確定的依據、采用壓力機測試的過程，用 4.75mm 篩子確定含石率的測量方法。在配制混凝土的時候，掌握了壓力吸水法確定砂子用水量的過程。然后進行實際操作檢測砂石，根據砂石檢測出來的參數，采用數字量化混凝土配合比設計方法進行配合比調整計算，得到兩組采用不同砂石的 C30和 C50 混凝土配合比。針對兩組不同配合比，先進行外加劑摻量調整試驗，然后進行配合比試驗。