淺談原材料計量誤差對混凝土強度的影響

摘要：對混凝土施工過程中混凝土原材料用量計量誤差大小對混凝土強度影響大小的問題進行定量分析，并提出相應的預防糾正措施。

關鍵詞：混凝土； 計量誤差； 影響

中國分類號：TU528.0A

［定稿日期］2022-05-12

［作者簡介］張永根（1970—），男，本科，高級工程師，主要從事工程試驗檢測工作。

0 引言

在施工現場生產混凝土時，有許多影響因素會制約混凝土強度的發展，如水泥強度等級、水膠比大小、骨料的種類及質量、外加劑的種類及質量、養護的溫度和濕度、原材料用量計量的準確性等因素。現僅就目前施工過程中最容易被忽視和最常出現的影響因素——原材料用量計量誤差大小對混凝土強度發展的影響大小進行一個定量分析；依據JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設計規程》中膠水比與混凝土強度的關系式fcu，o=0.53×fb×（B/W—0.20） ［1］（以粗骨料為碎石的混凝土為例，式中B為膠凝材料質量，W為水的質量，fb為膠凝材料強度，fcu，o混凝土配制強度）可以看出，混凝土的水膠比對強度發展起著至關重要的作用，基本規律是在一定程度范圍內水膠比與混凝土強度成反比。同等條件下，水膠比越大，最終混凝土強度就越低，水膠比越小，最終混凝土強度就越高。為了要更好地控制混凝土強度，使其達到預期的設計混凝土強度等級，控制混凝土的水膠比成為極為關鍵和重要的決定性因素。

在實際施工過程中，往往存在忽視原材料用量計量的準確性從而改變了混凝土配合比的實質比例，在施工現場隨意加水導致水膠比增大，隨意用原材料的體積比代替質量比進行混凝土施工，這些都是混凝土施工質量意識淡薄的表現。由于原材料用量的計量誤差，從根本上改變了混凝土的實質比例，最終造成混凝土強度等級達不到設計要求。更為嚴重的情況下，可能會造成結構實體混凝土強度嚴重不滿足設計要求，導致施工成本增加，企業經營效益降低，甚至于影響企業良好的社會聲譽。因此，有必要清醒認識到混凝土施工時原材料用量計量準確的重要性。下面就各種原材料用量計量誤差的影響大小分別進行定量分析。

1 水膠比與混凝土強度關系定量分析

首先計算出一般情況下不同水膠比對應的混凝土強度值，見表1。從表1可以看出：在一定范圍內，混凝土的水膠比（為膠水比的倒數）對混凝土強度增長有相當大的影響，近似反比例關系。圖1為水膠比與混凝土強度關系曲線。

2 混凝土施工現場生產現狀

在混凝土施工生產的全過程中原則上必須嚴格控制生

產混凝土的水膠比和用水量。混凝土拌和、運輸、施工時均不能隨意增加用水量和變動水膠比。然而在實際混凝土施工中，一些施工操作人員力圖簡單、省工、省事，擅自通過加大用水量以增加混凝土的流動性，而不管最終混凝土強度、耐久性是否能達到設計要求；現場施工管理人員也由于缺乏相應的混凝土專業知識或者管控不到位，對施工現場隨意加水的情況熟視無睹，使得混凝土實際用水量遠大于理論用水量，改變并增大了混凝土的水膠比值，從而導致最終混凝土強度的偏低。從混凝土膠水比與混凝土強度的關系式fcu，o=0.53×fb×（B/W-0.20）可以看出當膠水比不變時，企圖用增加同比例漿體材料的用量來提高最終混凝土強度的思維觀念是錯誤的，此種情況下，也只能簡單地增大混凝土流動性，但同時也存在增大了混凝土的收縮和徐變的風險，這樣反而對混凝土結構的耐久性造成更進一步的危害。

由于施工現場原材料料源的不穩定，很容易造成粗、細骨料質量波動，造成粗、細骨料級配不良，含泥量、泥塊含量增加，粗骨料的針、片狀含量增大等問題，這些原材料質量問題都會對混凝土強度和拌合物和易性造成直接影響，特別是當施工現場混凝土坍落度偏小或降低時，現場混凝土施工人員感覺操作困難、勞動強度偏大時，操作人員由于懶惰意識作祟，往往就會考慮私自增大混凝土的流動性，方便施工操作，而現場最簡便和快捷的方式就是在施工現場隨意增加混凝土拌合物的用水量，從而造成水膠比的實質性變化，致使最終混凝土強度發生較大波動。因此，要求對進入施工現場的粗、細骨料增加抽檢頻率，嚴格控制其進場質量，盡可能使其與混凝土配合比設計時的原材料質量相符，才能保證混凝土配合比的基本穩定，確保能達到設計的強度等級。一旦粗、細骨料料源發生變化，粗、細骨料質量和之前選配混凝土時情況不一致時，應及時重新進行混凝土配合比的選定。

3 用水量變化對混凝土強度影響的定量分析

假設混凝土配合比中其他原材料的質量不發生變化而只是用水量發生變化，來看其對混凝土強度影響的大小程度。基于現場實際情況，從考慮不利因素影響的角度出發，計算隨意加水后，膠水比變化后混凝土強度的變化，見表2。

圖2為用水量增加與強度變化曲線，反映了隨著用水量增加混凝土強度的變化趨勢。在其他條件不變的情況下，隨著用水量的增加，混凝土強度降低顯著。

4 膠凝材料用量變化對混凝土強度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質量不變的同等條件情況下，對膠凝材料用量變化對混凝土強度的影響作了一個計算比較。膠凝材料用量增加，在其他條件不變化的情況，混凝土強度會增加，但從考慮不利因素影響的角度出發，先考慮以膠凝材料用量減少后，計算分析混凝土強度變化的發展趨勢，見表3。

圖3為膠凝材料用量減少與混凝土強度關系曲線。可以看出在其他條件不變的情況下，隨著混凝土中所用膠凝材料用量的不斷減少，混凝土強度降低明顯。也即膠凝材料用量的多少對混凝土最終強度的影響較為明顯。

5 用水量和膠凝材料用量同時變化對混凝土強度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質量不變的同等條件情況下，基于不利因素考慮，對水和膠凝材料用量同時變化，即用水量增加，膠凝材料用量減少對混凝土強度的影響作了一個計算分析，見表4。

圖4為膠凝材料用量減少、水用量增加與混凝土強度變化的關系曲線。由圖4可以看出，在其他條件不變的情況下，隨著用水量的增加和膠凝材料用量的減少對混凝土強度降低影響非常顯著，不可忽視。因此必須嚴格控制混凝土拌和物的用水量和膠凝材料的用量，確保施工時的水膠比保持穩定，不發生變化，從而不會影響最終混凝土強度值。

6 水泥用量變化對混凝土強度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質量不變的同等條件情況下，對混凝土膠凝材料用量中水泥變化對混凝土強度的影響作了一個計算分析，基于不利因素考慮，計算分析同等條件下水泥用量減少時對混凝土強度的影響，見表5。

圖5為膠凝材料中水泥用量減少與強度關系。從圖5中也可明顯得出，同等條件下，水泥用量減小對混凝土強度影響明顯。因此在施工過程須嚴格控制膠凝材料中水泥用量的多少，嚴格計量，防止因計量錯誤，影響最終混凝土強度。

7 粉煤灰用量變化對混凝土強度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質量不變的同等條件情況下，計算分析膠凝材料用量中粉煤灰變化對混凝土強度的影響。基于不利因素的考慮，只計算分析粉煤灰用量減少時對混凝土強度的影響，見表6。

圖6為膠凝材料中粉煤灰用量減少與混凝土強度關系曲線。從圖6可以看出在其他條件不變的情況下，隨著用粉煤灰材料用量的不斷減少，混凝土強度降低較為明顯。

8 外加劑用量計量的準確性對混凝土強度影響的定量分析

當外加劑摻量小于最佳摻量時，生產的混凝土很容易出現坍落度小、流動性差的情況，增加現場施工難度，如果在施工過程中加水調整，增大混凝土坍落度和流動性，水膠比也相應增大，結果造成混凝土強度降低。當外加劑使用過量，超出最佳摻量時，一是混凝土容易出現泌水、坍落度太大，會出現分層離析，這樣會形成混凝土不均勻，使得混凝土局部強度降低；二是摻量過大，對于使用含緩凝成分的外加劑時會導致混凝土的緩凝時間過長影響施工工期，混凝土的強度也會有一定程度降低。外加劑摻量與混凝土強度關系見表7（以減水劑為例，水膠比為0.50的試驗數據）。

圖7是外加劑摻量與混凝土強度關系。由圖7可知，外加劑的摻量有一個飽和點，過大或過小均不能達到最佳效果。

9 粗、細集料計量誤差對混凝土強度影響的定量分析

GB50164-2011《混凝土質量控制標準》［2］明確規定粗、細集料的計量允許偏差±3%。假定粗、細骨料用量計量存在負誤差，則會實質性改變配合比比例，造成混凝土制成量系數降低從而造成多用水泥，無形中造成浪費，也不能確保混凝土設計強度等級。假定普通混凝土容重為2 400 kg/m3，其中拌和用水190 kg/m3，膠凝材料水泥用量為410 kg/m3，則混凝土中粗、細骨料總用量為1 800 kg/m3。按規范規定粗、細骨料允許負誤差為3%計算，如果少稱粗細骨料3%＝1800×3%＝54 kg，折合絕對體積20.6 L（升）（假定粗、細骨料表觀密度按2.62 g/cm3計算，則V=54/2.65=20.6），少用的粗、細骨料則需要用水泥漿體來填充。水灰比為0.5時水與水泥漿體的體積比分量為0.61∶0.39，經過計算分析多用水泥24.9 kg/m3（20.6×0.39×3.1=24.9 kg）。相當于施工過程中每1 m3混凝土需要多用24.9÷410×100%＝6.1%的水泥，很明顯是一個巨大的浪費，同時大大增加了施工成本，降低了了企業的效益。假定粗、細骨料的用量計量誤差為正誤差3%，即多稱了粗、細骨料54 kg，由于細骨料吸水將使混凝土拌和用水量相對降低，從而使混凝土拌合物和易性變差，導致施工操作人員為了增大混凝土的流動性，會隨意加水從而增大水膠比，其結果是拌合物流動性可能達到了施工要求，但無形之中卻降低了混凝土強度。

總之，所用混凝土的原材料都應準確稱量計量，絕不允許憑經驗以體積方式來計量。因為原材料中的粗、細骨料的體積會隨自身含水率的變化、裝料方式的不同而出現明顯波動，即使是同樣的體積其質量也是不一定相同的，很可能造成混凝土制成量系數降低而多增加水泥用量。

從上述分析可以看出，原材料用量計量準確性對混凝土最終強度影響的重要性，因此混凝土施工過程中必須對原材料用量實施嚴格稱量計量、準確計量，嚴格控制水膠比，從而保證所施工的混凝土強度達到設計強度等級的目的。

考慮到原材料用量計量準確性對混凝土強度影響的重要性，根據以往混凝土施工經驗，可以采取一定措施，來確保混凝土強度及耐久性能等達到設計要求。

（1）混凝土施工操作人員必須樹立良好的質量意識，工作上嚴禁偷工減料。

（2）對混凝土施工操作人員實施嚴格的獎罰制度，建立相應的應急處理機制，加強混凝土施工過程管控力度，嚴格控制混凝土施工拌和用水量。

（3）加強對混凝土施工操作人員的混凝土相關知識的教育培訓，使其初步了解影響混凝土強度和工作性（流動性、保水性、粘聚性）的諸多因素，明白違規操作的嚴重后果。

（4）明確各級崗位責任。混凝土施工操作現場若發現混凝土質量波動較大，拌和物工作性能變差、流動性不足等問題，應及時向試驗室反饋實際狀況，由試驗員根據現場問題分析原因、制定對策，采取措施后，由試驗員進行配合比調整，直到符合要求，現場施工操作人員不得擅自更改施工配合比。

10 結論

混凝土原材料用量計量的準確性對最終混凝土強度是否能達到設計強度等級影響極為顯著，因此必須要注重混凝土施工的過程管控，不斷加強原材料用量計量準確性的管理工作，防患于未然，才能保證達到混凝土工作性、強度、耐久性的同時降低施工成本，為企業創造良好的社會效益和經濟效益。

參考文獻

［1］ 中國建筑科學研究院. 普通混凝土配合比設計規程： JGJ 55-2011 ［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［2］ 中國建筑科學研究院. 混凝土質量控制標準： GB50164-2011 ［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.