混凝土配合比設計影響因素分析及優化策略

盧紹昌

（連江縣三強建材有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

對于施工單位來說，若要有效降低施工成本并使混凝土施工質量得到可靠保障，就必須對混凝土配合比進行合理設計。因此，施工單位應當以提高項目工程的整體質量為目的，在設計混凝土配合比的過程中對原材料、施工環境、結構部位與其他方面進行綜合考慮，并采取切實可行的優化策略。

1 混凝土配合比設計要素概述

一般情況下，混凝土的配合比設計需要考慮多方面的因素：（1）需要確保混凝土耐久性符合設計需求；（2）調配的混凝土應符合施工現場需求，具有操作簡單、無隱患等特點；（3）在滿足前兩點要求的基礎上應精確計算材料的類型與用量；（4）通過合理調配使所設計的混凝土材料符合工程建設需求；（5）盡可能降低材料成本。混凝土的配合比材料包含碎石、水泥、砂、水等，應重點考慮選擇合適的水灰比、膠骨比以及砂率，從而控制材料用量。同時，混凝土的配合比已經離不開外加劑的支持，對外加劑的種類和質量方面要求現場施工經驗表明，在設計混凝土配合比的過程中應重點注意以下幾點：（1）應充分做好前期準備工作；（2）要從數理統計的角度控制好混凝土的配合比，并對強度情況進行評定；（3）在確保混凝土質量滿足施工需求的情況下，就盡量減少成本支出。

2 混凝土配合比設計影響因素分析

2.1 原材料

（1）水泥強度。配制混凝土的諸多案例充分表明，當水泥強度等級提高以后，混凝土的強度也隨之增加，也就是說這兩者之間存在正相關關系。另外，在保持水泥強度等級不變的情況下，增加水泥的使用量則有利于提高混凝土的強度[1]。

（2）砂率。混凝土的強度與性能均可受到砂率的顯著影響，一般來說，確定砂率時應當以施工要求與施工工藝為依據。為防止混凝土強度出現較大變化，確保所配制的混凝土拌和物能夠充分滿足施工要求，應對膠凝材料的用量進行合理控制[2]。

（3）水灰比。在配制混凝土的過程中，過高的水灰比能夠導致顆粒狀水泥在混凝土中的占比降低，進而可使水泥顆粒之間的空隙有所增大，不利于保證混凝土的強度[3]。如果將這種混凝土應用于項目工程中，很有可能導致建筑物出現明顯的變形。反過來，若設計了較小的水灰比，水泥顆粒間距必然縮小，這樣便能夠保證混凝土的性能與密實度。

（4）摻和料。目前，礦粉、粉煤灰等摻和料是常見的混合材，在配制混凝土時合理使用，可在一定程度上提高混凝土的水化熱速度，促使混凝土的性能得到優化。由于一些活性成分存在于摻和料中，這類物質可在混凝土后期發揮積極的作用，能夠增強混凝土的強度與耐久性。

（5）骨料。傳遞荷載是混凝土骨料的基本作用，但在選擇骨料時應當充分考慮項目工程的實際需求，保證該物質的添加具有合理性與科學性。否則，不僅會因為荷載壓力增加而導致混凝土結構出現變形，還會使混凝土的耐久性、強度、抗變形能力等受到不良影響。

（6）外加劑。使用一定量的外加劑可使混凝土的強度得到合理調節，倘若在混凝土中添加早強劑，其硬化速度能夠明顯提高。基于此，當工程需要緊急搶修時，施工人員通常會優先使用早強劑。將適量的緩凝劑添加到混凝土中，可使混凝土的水化速度得到抑制，進而避免因過大溫差而導致混凝土構件出現裂縫。通常而言，應用緩凝劑的基本條件為高溫天氣或需要遠距離輸送大體積混凝土。減水劑也是建筑工程中常用的一種外加劑，該物質具有增加混凝土強度的作用，但只有在水泥用量不得減少并且需要控制水量的情況下才能對其進行添加。

2.2 環境

所謂環境，是指混凝土配制區域的空間狀況與溫濕度狀況。如果在大風、高溫環境中配制混凝土，性能將會受到嚴重影響，高溫、大風天氣容易增加混凝土水分的蒸發量，在未能采取養護措施的情況下，混凝土后期的強度將無法保證，進而可造成混凝土構件出現變形或開裂[4]。若要妥善解決這類問題，應當根據實際情況增加用水量。如果在低溫嚴寒的環境中配制混凝土，其水化速度將會明顯變慢，不利于保證其早期強度，其抗凍抗裂的性能也會顯著減弱。為防止產生這些不良狀況，有必要采取降低水灰比的措施，添加適量的減水劑與粉煤灰摻和料，使水化熱受到混凝土早期硬化的限制，最終可減小混凝土因后期硬化而出現收縮變形的概率。

2.3 結構部位

建筑工程的柱、板、梁不僅用途不同，而且所處的部位也具有差異性，因此對其進行構建時不能使用強度完全相同的混凝土。一般來說，樓板、支撐梁的強度要弱于柱。對于橋梁工程來說，其構件不僅包括橋臺還包括橋墩，而這兩者的性質也明顯不同，因此需要使用不同強度的混凝土。為了降低水灰比，在設計混凝土配合比時，既要考慮到水泥強度等級（一般為1.5～2 倍），也要選擇連續粒級石子與級配較好的中粗砂，這樣才能確保混凝土構件具有良好的強度，從而保證建筑、橋梁等工程的安全性與穩定性[5]。

2.4 其他方面

除了上述三種影響因素以外，混凝土澆筑操作、運輸距離、運輸方式等也會影響到混凝土的配合比性能。如果遠距離輸送混凝土，不僅要平穩駕駛車輛，還有必要采取可靠的防護措施。如果混凝土輸送方式為泵送，應當確保混凝土的包裹性與流動性與設計要求相符。一旦確定采用泵送方式，應通過改變砂率或添加泵送劑來調整混凝土配合比，達到降低混凝土阻性提高其流動性的目的。另外，不規范的澆筑操作會導致混凝土的配合比性能有所降低，因此設計方案應詳細闡明混凝土配制的具體操作步驟，以及操作過程中需要注意的問題。

3 混凝土配合比設計優化策略

3.1 掌握多種類型混凝土配合比技術要求

充分了解工程施工的技術要求是設計混凝土配合比的前提與基礎，為此設計人員應當掌握與項目工程相關的信息，比如構件尺寸、鋼筋之間的距離、工程要求達到的強度等級等等，然后以此為依據對水泥品種和石子粒徑進行合理選擇。除此之外，設計人員還應當明確有關混凝土配制的規范標準與工藝要求，并且能夠設計特種混凝土，而其設計的混凝土配合比應能夠完全滿足項目工程的建設需求。對于大體積混凝土來說，設計其配合比時務必首先了解其施工技術要求，然后基于此來確定一些參數，比如強度等級、坍落度、初凝時間等等，接下來再對配合比進行科學設計，并通過不斷試驗使其得到優化[6]。在這一過程中，既要保證混凝土滿足強度要求，也要適當控制水泥在混凝土中的百分比，并注意提高粉煤灰的使用量，這樣才能達到降低水化熱、減少經濟成本、增強混凝土工作性能的目的。若需要設計自密實混凝土配合比，應對此類混凝土的流動性、保塑性、抗收縮性等進行深入分析，也可在調配過程中通過改變石子粒徑以及膨脹劑與外加劑的添加量，來開展不同的試驗，以便于獲得最佳配合比。在設計路面混凝土配合比時，應重點考慮坍落度，并將控制對象確定為大粒徑石子摻入量，以保證混凝土的耐磨性滿足相關要求。總的來說，不同的工程對混凝土的強度、坍落度、流動性等均提出了不盡相同的要求，設計人員應當在充分了解工程的基礎上，結合現場實際情況對混凝土配合比進行合理設計。

3.2 總結和統計混凝土配合比試驗數據信息

首先應當明確配制混凝土需要使用的原材料，及其性能指標對配合比的影響，然后以設計要求為根據，通過計算得出配合比，最后形成混凝土配合比計算書。按照計算書的相關要求，將水膠比浮動幅度控制在±0.05 之間并開展三組試驗。在試驗過程中，試驗人員必須詳細記錄各種數據，比如混凝土的流動速度、抗壓強度、凝結時間等等[7]。試驗結束后，及時對比分析每組試驗結果，根據設計要求選擇最佳配合比，并結合工程實際狀況對其進行調整，以保證工程既具有良好的安全性與穩定性，又能夠創造較高的經濟效益。

3.3 結合施工實際嚴控混凝土生產過程

（1）對混凝土原材料的質量關口進行嚴格把控。在原材料流入工地之前必須落實相關的質量檢驗工作，如果發現劣質原材料，應當立即對其進行更換，否則混凝土的配合比就會受到影響，其工作性能也必然會降低，進而可對施工質量與施工安全造成嚴重威脅。因此在配制混凝土時，應基于對砂石料含水率的考慮來調整用水量，避免因含水率未得到及時調整而致使混凝土水膠比出現變動，從而無法保證混凝土的抗壓強度[8]。（2）注意檢測混凝土中的氯離子成分并控制外加劑與砂石的用量，若氯離子超標，鋼筋銹蝕問題將會不可避免地產生。在混凝土配制過程中，在水泥和水量的使用上不得具有隨意性，應以降低配制成本、保證混凝土強度為出發點，嚴格按照設計要求來控制用量。

3.4 嚴格遵循混凝土配合比設計技術要求

在設計混凝土配合比時，首先應明確施工工藝與工程建設狀況，然后對強度、耐久性、和易性等不同的配合比設計技術要求進行綜合考慮。一般情況下，混凝土拌和物的和易性主要與其保水性、黏結性、流動性等有關[9]。進入混凝土成型養護階段以后，應當關注混凝土的力學性能，考慮其抗折強度、抗壓強度與抗變形能力。當混凝土投入使用以后，其耐久性必須滿足工程需求，應考慮其抗凍、抗裂、抗滲透、抗侵蝕等能力[10]。總之，若要設計出科學合理的混凝土配合比，設計人員應當遵循相關的設計原則，充分了解相關的設計要求。

4 結束語

綜上所述，混凝土配合比直接關系到項目工程的整體施工質量，而最佳配合比有利于同時兼顧施工質量、施工安全與經濟效益。為此，相關人員應當對原材料、施工環境、結構部位等影響混凝土配合比的主要因素進行深入分析，并從工程實際狀況出發采取合理可行的優化策略，這樣才能獲得最理想的混凝土配合比設計方案，才能保證混凝土構件具有良好的工作性能，確保工程項目的整體質量和后期使用安全。