設計混凝土配合比的影響因素與優化策略

吳 猛

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

混凝土配合比參數不同，其帶來的經濟效益、施工質量也存在明顯差異。因此，科學、合理地設計混凝土配合比尤為關鍵。然而，在設計混凝土配合比的過程中，往往會受到諸多因素影響，致使混凝土性能、強度無法達標。為了設計出最佳的配合比，筆者從混凝土配合比的設計概念、設計原則出發，總結了影響混凝土配合比設計的因素，提出了優化策略，以期為從業人員提供有益的參考與借鑒。

1 混凝土配合比的設計概念與設計要求

混凝土配合比主要是指各種組成材料在混凝土中的比例關系。而設計混凝土配合比恰恰是混凝土工程施工的重要前提條件，也是保證整個工程施工質量、控制工程施工成本的關鍵。因此，在設計混凝土配合比的過程中，應嚴格遵循《普通混凝土配合比設計規程》《混凝土結構施工質量驗收規范》等標準。

2 混凝土配合比的設計原則

2.1 應遵循和易性原則

設計混凝土配合比的首要原則是和易性原則，也是新攪拌的混凝土應達到的基本標準，包含流動性、黏聚性和保水性3 個方面。由于和易性原則是一個整體性概念，單純使用一種簡單的方式無法界定其標準，需要采取不同的實驗方式分別測定。

2.2 應遵循強度適應性原則

設計混凝土配合比的過程中，施工對象必須滿足強度等級要求。因此，必須遵循強度適應性原則。而不同的施工環節與結構對強度設計要求存在明顯差異，且不同的施工材料、施工工藝、施工方法，在強度設計要求上也略有不同。所以，在實驗室內，設計人員應提前確定不同設計方案的匹配配合比，并全面考量可能影響設計配合比的因素，遵循國家、行業相關標準，調整方案，以保證設計配合比方案滿足實際施工需求。

2.3 應遵循耐久性原則

隨著混凝土施工應用范圍不斷拓展，極端天氣、化學侵蝕等因素都會影響混凝土結構。因此，為了讓混凝土適應不同環境，在設計混凝土配合比時，應遵循耐久性原則，這也是最基本的要求之一。而為了實現耐久性原則，在設計混凝土配合比時，設計人員應從原材料入手，進一步加大設計力度。

2.4 應遵循經濟性原則

設計混凝土配合比的過程中，應遵循經濟性原則。經濟性原則需基于上述3 個原則得以實現，以降低混凝土的施工成本，提高企業的經濟收益，促進企業持續發展。

3 影響混凝土配合比的因素

3.1 原材料影響

（1）水泥強度。通過大量實踐數據分析可知，水泥自身的強度與混凝土的強度成正相關，即水泥強度提升，混凝土強度也提升。在設計混凝土配合比的過程中，若保持水泥強度不變，適當增加水泥比例，也能提升混凝土強度。但需注意的是，不可盲目使用高強度水泥材料，避免造成浪費。

（2）骨料。混凝土中骨料肩負著傳遞荷載的重要作用，會對混凝土的強度產生影響。因此，要想滿足混凝土的強度等級，需要使用適合的骨料，以保證混凝土結構能夠承載較大的荷載壓力，且不影響混凝土的耐久性。

（3）砂率。砂率會影響混凝土的性能與強度。因此，在設計混凝土配合比時，應結合工程施工要求和混凝土強度等級要求，進一步確認砂率。砂率過大，會增大混凝土的孔隙率，需要加大水泥用量，以平衡材料的孔隙率；砂率過低，雖然可降低孔隙率和水泥用量，但孔隙率無法達標，混凝土的流動性會被迫下降，無法黏結成型，進而引發施工質量問題。

（4）外加劑。外加劑可調節、改善混凝土強度，且不同的用量會改變混凝土的性能與質量。因此，在設計混凝土配合比的過程中，應重點考量外加劑。需要注意的是，不同的外加劑，效果不同，在應用的過程中，應結合實際需求，選擇適合的外加劑。外加劑應滿足以下幾項技術指標：減水率＞20% ；堿、硫酸鈉的含量＜10%；氯離子含量＜2%；含氣量＞3%。

（5）水膠比。水膠比是水與膠凝材料的用量比例，將二者混合在一起即可形成水泥漿，在混凝土中起到黏結作用。因此，水膠比能夠影響混凝土強度。若水膠比過大，黏性不足，無法黏結骨料，會導致混凝土結構固結后存在聚水分孔洞；若水膠比過小，混凝土的流動性變差，無法保證黏結的緊密性，混凝土結構固結后仍會出現較多孔洞，這些情況會危害混凝土結構強度。

（6）摻合料。礦粉、粉煤灰、硅灰是最常見的摻合料，在制備混凝土的過程中使用摻合料是為了改善材料性能，提升材料強度，減少用水量。當水泥水化熱摻合料與氫氧化鈣之間發生反應時，產生的水化產物呈現出膠凝效果，能有效提升混凝土的流動性、保水性、粘聚性，固結后能大幅度提升混凝土的耐久性。摻合料的選用必須滿足以下幾個指標：細度≤20%；燒失量≤5%；含水量為0；氯離子含量≤2%。

3.2 環境影響

制備混凝土的過程中，制備區域溫度、濕度、風力都會影響混凝土的配合比。所以，為了降低環境因素對混凝土配合比的影響，必須采取相應措施。例如，制備混凝土時，區域溫度較高且有大風，會加劇混凝土的水分蒸發，無法保證混凝土強度，導致混凝土構件變形、開裂，可結合實際情況加大用水量。

3.3 運輸與澆筑的影響

設計混凝土配合比的過程中，需要考慮混凝土的運輸方式、澆筑操作等內容，這些因素同樣會影響混凝土配合比的實際性能。因此，遠距離運輸混凝土時，應保證駕駛車輛平穩，并采取必要的防護措施；泵送混凝土時，必須保證混凝土的流動性、包裹性符合設計要求，且可改變砂率或者添加泵送劑，調整混凝土的配合比，以提高混凝土的流動性，降低其阻性。另外，不規范的澆筑操作會降低混凝土配合比性能，可在設計方案中明確澆筑操作步驟與相關注意事項。

4 設計混凝土配合比的優化策略

4.1 準確掌握混凝土配合比技術要求

我國針對混凝土配合比設計和原材料技術參數先后出臺了許多技術規范，頒布了相對完善的技術要求，以規范混凝土配合比設計工作，尤其是混凝土配合比設計的計算、取值都有對應的標準和規章，設計人員只要嚴格套用相關技術要求，就可保證混凝土配合比設計參數滿足標準規定。所以，檢測人員應準確掌握混凝土配合比技術要求、技術規范，準確計取系數，控制好比例，以保證混凝土強度、性能達到工程施工設計要求。

4.2 總結、分析混凝土配合比試驗數據

總結、分析混凝土配合比試驗數據，有助于及時發現混凝土配合比設計中可能存在的不合理參數，進而及時調整、修正。而在設計混凝土配合比時，會先后經歷初步計算配合比、確定基準配合比、認定實驗室配合比、確定施工配合比4個階段。每一個階段都會產生大量的試驗數據，這些數據將支撐工作人員，結合實際工程需求調整、修正配合比，最終獲得最佳配合比。第一個階段，主要負責完成混凝土配合比設計參數計算，包含水膠比、水泥、骨料等材料用量。第二個階段，是結合第一個階段得到的參數進行試拌，得到試拌結果后，對比設計要求，及時調整不符合設計要求的參數。這個階段的混凝土配合比會出現變化，工作人員應詳細記錄這些參數變化，并重新修正參數后，及時計算出各個原材料的使用量和混凝土的基準配合比。例如，坍落度過小時，可在維持水膠比不變的前提下，適當增加水泥漿用量；坍落度過大時，可在維持砂率不變的前提下，適當增加骨料用量。第三個階段，按照第二個階段計算的基準配合比進行實驗室配比，假設混凝土制備區域環境理想，在不考慮其他影響因素的前提下，通過試驗得到計算結果，并結合試驗結果分析各個原材料的實際用量比例，進而再度修正混凝土配合比，使之成為第四個階段的重要計算依據。第四個階段，應結合施工現場的實際要求和各項原材料的實際情況，修正混凝土配合比，再度設計計算后得到最佳的混凝土配合比。

4.3 嚴格監督混凝土生產過程中配合比的執行情況

想要保證混凝土配置達到預期效果，除了要在設計過程中獲得最佳的配合比外，還要有效落實最佳配合比，以發揮混凝土最佳配合比的最大價值。因此，在生產混凝土的過程中，應嚴格控制原材料，保證原材料種類與施工設計要求相符，原材料用量與設計配比要求相符，嚴禁將劣質或質量不達標的原材料用于混凝土生產中。同時，考慮到部分原材料入場后可能無法使用，含水量可能出現一定的變化，所以，在制備混凝土前，應全面檢驗原材料，以避免影響混凝土生產。另外，應加強控制氯離子含量，這是因為在制備混凝土時，砂石、水、外加劑等材料會產生一定的理化反應，增加氯離子含量，進而加速鋼筋氧化速度，出現銹蝕情況。因此，需要嚴格控制混凝土配合比的相關參數，以避免影響整個工程的施工質量。

4.4 強化混凝土強度檢驗工作

為了得到最優配合比，在設計配合比的過程中，應進一步強化混凝土強度檢驗工作，以獲得最佳的配合比設計參數。目前，回彈法和超聲回彈綜合法是檢驗混凝土強度最常用的兩種方法。通過檢驗混凝土強度，可幫助快速確定試配構件的強度參數，完成試配構件強度復核，以提高混凝土的制備質量。

5 結語

混凝土配合比設計工作是一項十分復雜且系統的工作，需要考慮的因素頗多，而設計混凝土配合比的意義又十分重大。所以，在整個設計環節，工作人員需從性能、安全、質量、經濟效益等諸多角度出發，嚴格遵循設計要求與設計原則，經反復校驗，獲得最佳的混凝土配合比，從而有效保證混凝土質量，提高整個工程施工質量與后期使用安全性。