水工普通混凝土配料單分析與計算

李紅軍，隆文非，鄒小平

(1.四川省武都引水工程蓬船灌區(qū)建設(shè)管理局，四川 遂寧 629100；2.四川省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全技術(shù)中心，四川 成都 610000；3.四川精衡信建設(shè)工程檢測有限公司，四川 瀘州 646000)

1 概述

水工普通混凝土配料單是在經(jīng)批準的基準施工配合比基礎(chǔ)上，根據(jù)原材料物理性能檢測結(jié)果而計算出的每方混凝土材料用量配置表，是混凝土拌和生產(chǎn)最基本的技術(shù)依據(jù)。混凝土配料單計算可分為6個步驟：①填寫配料單基本資料；②計算用砂量與砂料含水量；③計算粗骨料用量；④計算外加劑用量；⑤計算混凝土總體實際用水量；⑥配料單復(fù)核驗證。

在計算混凝土配料單之前，要讀懂混凝土配合比設(shè)計術(shù)語含義及原則，理解粗細骨料的狀態(tài)含水物理含義及計算，要對生產(chǎn)使用的骨料表面含水率及飽和面干吸水率等指標進行檢測和準確計算，以便調(diào)整實際用水量，是避免混凝土配料單錯算錯用的有效途經(jīng)。在計算混凝土配料單時，要考慮骨料超遜徑含量，根據(jù)計算結(jié)果對其用量進行相應(yīng)調(diào)整。

因?qū)胶土霞巴饧觿┑膿搅俊⒐橇系臓顟B(tài)含水、配料的計算基準和方法等方面的標準存在行業(yè)有別，用詞不統(tǒng)一，配料的計算沒有算式等，再加上從業(yè)人員認識上的偏差，混凝土配料單錯算錯用情況不少，給混凝土結(jié)構(gòu)帶來質(zhì)量與安全隱患，應(yīng)當(dāng)引起從業(yè)者高度重視。

2 摻和料及外加劑

膠凝材料是指混凝土中水泥和礦物摻合料的總稱。膠凝材料用量是指混凝土中水泥用量和礦物摻合料用量之和。

礦物摻合料是指以硅、鋁、鈣等一種或多種氧化物為主要成分，具有規(guī)定的細度，能改善普通混凝土性能的粉體材料。主要包括粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、石灰石粉、鋼渣粉、磷渣粉、沸石粉和復(fù)合等。礦物摻合料摻量(βb)是指礦物摻合料用量占膠凝材料用量的質(zhì)量百分比。在礦物摻合料用量計算時，時常用mp=βb×mc式計算，出現(xiàn)錯用錯算。正確計算式：

(1)

外加劑是指在混凝土拌制之前或拌制過程中加入的，用于改善新拌制混凝土和(或)硬化混凝土性能，對人、生物和環(huán)境安全無有害影響的材料。外加劑摻量是指外加劑用量相對于膠凝材料用量的質(zhì)量百分比(β)，外加劑用量按下式計算[1-2]：

mβ=β×(mc+mp)

(2)

施工配合比一般是以每m3普通混凝土中各種材料的用量表示，配料單中摻和料及外加劑用量直接給出，只需按每盤混凝土方量進行調(diào)整，錯用錯算情況較少。

3 骨料的狀態(tài)含水計算

(1)規(guī)范GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》規(guī)定，砂的狀態(tài)含水項目或指標用含水率和飽和面干吸水率表示[3]；規(guī)范GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》規(guī)定，石的狀態(tài)含水項目或指標用含水率和吸水率表示[4]。吸水率的叫法出現(xiàn)了差異，雖然石的吸水率指標名稱少了“飽和面干”幾個字，但其實質(zhì)仍為飽和面干吸水率。含水率和飽和面干吸水率計算公式如下：

含水率計算公式：

(3)

式中，ω(s、g)0—砂或石含水率，%；m(s、g)0—砂或石樣質(zhì)量，g；m(s、g)s—烘干砂或石樣質(zhì)量，g。

飽和面干吸水率計算公式：

(4)

式中，ω(s、g)sat—砂或石樣飽和面干吸水率，%；m(s、g)sat—砂或石樣飽和面干質(zhì)量，g；m(s、g)s—砂或石樣烘干質(zhì)量，g。

(2)規(guī)范JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》規(guī)定，砂、石的狀態(tài)含水項目或指標用吸水率和含水率表示[5]。同規(guī)范GB/T 14685—2011一樣，吸水率的叫法出現(xiàn)了差異，雖然砂、石的吸水率指標名稱少了“飽和面干”幾個字，但其實質(zhì)仍為飽和面干吸水率。吸水率和含水率計算公式與GB/T 14684—2011中的砂、GB/T 14685—2011中的石相同。

(3)規(guī)范SL 352—2006《水工混凝土試驗規(guī)程》規(guī)定，砂、石的狀態(tài)含水項目或指標用吸水率、飽和面干吸水率、表面含水率表示[6]。與GB/T 14684—2011中的砂、GB/T 14685—2011中的石相比，多了一項表面含水率。

砂、石表面含水率計算公式如下：

(5)

(6)

式中，ω(s)sur、ω(g)sur—砂、石表面含水率，%；G(s)0、G(g)0—濕砂、石質(zhì)量，g；G(s)sat、G(g)sat—飽和面干砂、石質(zhì)量，g；G1—濕砂+容量瓶+排水后水質(zhì)量，g；G2—容量瓶+裝滿水質(zhì)量，g；ρsat——飽和面干砂表觀密度，g/cm3。

綜上所述， SL 352—2006、GB/T 14684—2011、GB/T 14685—2011和JGJ 52—2006四本規(guī)范表征粗細骨料的狀態(tài)含水項目或指標用詞不統(tǒng)一，容易混淆，易錯用混用，致使混凝土配料單錯用錯算。其實，表征粗細骨料的狀態(tài)含水項目或指標只有含水率、飽和面干吸水率和表面含水率3個，其他的只是名稱或叫法不同而已。

為了避免狀態(tài)含水項目或指標的錯用混用，須完整正確理解狀態(tài)含水項目或指標的物理意義及計算方法：骨料含水率是指骨料中水的質(zhì)量與骨料干質(zhì)量之比的百分數(shù)；飽和面干吸水率是指骨料飽和面干時骨料中水的質(zhì)量與骨料干質(zhì)量之比的百分數(shù)；表面含水率是指骨料表面含水量占飽和面干質(zhì)量百分數(shù)；骨料表面含水量是指骨料總含水量減去飽和面干含水量。規(guī)范明確，砂表面含水率是砂料穩(wěn)定或溫控所需的表面含水率試驗項目，砂的表面含水率大于6%，水膠比控制及普通混凝土拌和物出機口坍落度穩(wěn)定性得不到保障，對普通混凝土溫度控制也非常不利[7-8，15-16]。

4 配料計算原則分析

4.1 普通混凝土配合比表示方法

普通混凝土配合比表示方法包括單位用量表示法和相對用量表示法兩種。單位用量為每m3普通混凝土中各種材料的用量。更多用于實際工程現(xiàn)場調(diào)整后配合比表示法。相對用量表示法：以水泥的質(zhì)量為1，并按“水泥∶摻和料∶細集料∶粗集8料∶外加劑∶水”的順序排列表示。更多用于試驗室試配工作。兩種表示法可以互換。普通混凝土配合比表示法示例見表1。

表1 普通混凝土C30配合比表示法示例表

4.2 混凝土配合比材料計算原則

規(guī)范JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》第3.0.2條款規(guī)定：普通混凝土配合比設(shè)計應(yīng)采用工程實際使用的原材料，并應(yīng)滿足國家現(xiàn)行標準的有關(guān)要求。配合比設(shè)計應(yīng)以干燥狀態(tài)骨料為基準，細骨料含水率應(yīng)小于0.5%，粗骨料含水率應(yīng)小于0.2%[9]。

規(guī)范SL 352—2006附錄A.3.1條款規(guī)定：普通混凝土配合比計算應(yīng)以飽和面干狀態(tài)骨料為基準[6]。

規(guī)范DL/T 5330—2015《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》第4.1.0條款規(guī)定：普通混凝土配合比計算應(yīng)以飽和面干狀態(tài)骨料為基準[10]。該條款條文說明進一步解釋：普通混凝土配合比計算，以飽和面干狀態(tài)骨料為基準，是水工普通混凝土配合比設(shè)計特點之一，也是水工普通混凝土配合比設(shè)計與建工配合比設(shè)計不同之處，比較符合水工普通混凝土施工實際情況。在水工普通混凝土配料單計算時，既沒有認真讀懂配合比，也未區(qū)分是水工混凝土還是建工混凝土，拿到單子就計算，配料單錯用錯算情況不少。

按建工要求設(shè)計的配合比，用于建工行業(yè)。配料單計算結(jié)果只會“砂石增用水減”。按水工要求設(shè)計的配合比，用于水工行業(yè)。當(dāng)骨料含水率大于飽和面干吸水率時，配料單計算結(jié)果是“砂石增用水減”，當(dāng)骨料含水率小于飽和面干吸水率時，配料單計算結(jié)果是“砂石減用水增”，當(dāng)骨料含水率等于飽和面干吸水率時，配料單計算結(jié)果是“不增也不減”，用表面含水率進行計算，配料單計算結(jié)果是“砂石增用水減”，因為表面含水率試驗條件是砂石含水量大于飽和面干含水量。工程實例中個別配料單上用負的表面含水率參與計算，是對表面含水率誤讀誤用，應(yīng)該視為配料單錯用錯算。

5 普通混凝土配料單計算公式推導(dǎo)

5.1 建工普通混凝土配料單計算公式

(1)配料單砂質(zhì)量計算公式：

m(s)1=(1+ω(s)0)×m(s)0

(7)

式中，m(s)1—配料單砂質(zhì)量，kg；ω(s)1—砂含水率，%；m(s)0—配合比砂質(zhì)量，kg。

(2)配料單石質(zhì)量計算公式：

m(g)1=(1+ω(g)0)×m(g)0

(8)

式中，m(g)1—配料單石質(zhì)量，kg;ω(g)1—石含水率,%;m(g)0—配合比石質(zhì)量,kg。

(3)配料單加水量計算公式：

mω1=mω0-ω(s)1×m(s)0-ω(g)1×m(g)0

(9)

式中，mω0、mω1—配料單加水量,kg；m(s)0、m(g)0—配合比砂、石質(zhì)量,kg；ω(s)1、ω(g)1—砂、石含水率,%。

5.2 水工普通混凝土配料單計算公式

(1)配料單砂質(zhì)量計算公式:

(10)

式中，m(s)1—配料單砂質(zhì)量，kg;ω(s)1—砂含水率,%;ω(s)sat—砂飽和面干吸水率,%;m(s)0—配合比砂質(zhì)量，kg;ω(s)sur—砂表面含水率,%。

(2)配料單石質(zhì)量計算公式：

(11)

式中，m(g)1—配料單石質(zhì)量，kg;ω(g)1—石含水率,%;ω(g)sat—石飽和面干吸水率,%;m(g)0—配合比砂質(zhì)量，kg;ω(g)sur—石表面含水率,%。

(3)配料單加水量計算公式：

mω1=mω0-ω(s)sur×m(s)0-ω(g)sur×m(g)0

(12)

式中，mω0、mω1—配料單加水量,kg；ω(s)sat、ω(g)sat—砂、石飽和面干吸水率,%;m(s)0、m(g)0—配合比砂、石質(zhì)量，kg;ω(s)1、ω(g)1—砂、石含水率,%;ω(s)sur、ω(g)sur—砂、石表面含水率,%。

上面推導(dǎo)了配料單計算公式，可供有關(guān)人員參考使用。使用時要分清楚是水工混凝土配料單計算，還是建工混凝土配料單計算，要分清楚是用含水率、飽和面干吸水率進行計算，還是用表面含水率進行計算，不要錯用錯算[11-14]。

6 配料單錯算錯用實例剖析

配料單錯算錯用實例是根據(jù)水利部專家組稽察某輸水工程普通混凝土襯砌C30配合比配料單時，開出嚴重不合實例的基礎(chǔ)上進行擴延，詳見表2。

配料單Ⅰ：計算普通混凝土配料單時，水工普通混凝土以飽和面干狀態(tài)骨料為基準錯用了建筑工以干燥狀態(tài)骨料為基準，配料單嚴重出錯。

配料單Ⅱ：計算普通混凝土配料單時，含水率錯用吸水率值，飽和面干吸水率錯用含水率值，配料單也嚴重出錯。

配料單Ⅲ：配料單計算時，用了含水率-吸水率得到含水率差值，進行配料單計算，雖然在本例含水率吸水率條件下，計算誤差不大，但是計算方法不對，也是錯算的一種。

表2 普通混凝土襯砌C30配合比配料單錯算錯用案例表

7 結(jié)語

水工普通混凝土配料單分析計算是混凝土拌和物生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，錯算錯用會改變拌和物水膠比、砂率、坍落度、和易性等質(zhì)量性能，既影響澆筑施工，又會導(dǎo)致混凝土實體質(zhì)量達不到設(shè)計要求，給混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件帶來安全隱患，工程實際中常常有類似情況發(fā)生。希望本文能夠為從事水工混凝土施工的工程技術(shù)人員提供參考，為提高水利工程中的混凝土質(zhì)量作出貢獻。

本文主要針對水工普通混凝土配料單錯算錯用問題進行了分析，在水利工程施工中具有實踐意義。有興趣的讀者可對泵送、碾壓混凝土配料單相關(guān)方面問題進行探討。