市政道路普通混凝土的配合比設計實踐

摘 要：混凝土工程在施工過程中，配合比的設計是較為重要的內容，同時也是混凝土質量得以保證的根本條件。混凝土施工時的配合比設計要根據實驗的配合比來最終確定，既要保證強度等級，又要保證良好的耐久性、和易性及經濟性。文章以工程實例為基礎，對市政道路工程進行常規混凝土配合比設計的要點作了詳細闡述和分析，以期為同類研究提供有效的數據參考。

關鍵詞：市政；路面混凝土；配合比設計

一、混凝土配合比設計方法概述

在常規的混合料配制中，通常采用假設容重或絕對容積方法，選取不同等級的水泥，利用Bolomey公式來計算和預測水灰比和強度之間的相互影響。以下是基于上述理論開發和改良的一些混合比例的設計方法。

（一）基于強度的混凝土配合比設計方法

混凝土屬于基于力學的一種建筑物質，在其配合比設計中，最重要的目標是要獲得其本身的強度。其強度較高，同時還具有較低的水灰比，所以，一般用作混凝土搭配比設計的 Bolomey公式已經不適合使用了，必須對其進行修改和完善。以不同的砂率和設計強度系數強度因子，分別對C65、C70、C75和C90四種不同類型的高強混凝土進行了試驗研究，并對試驗結果進行了檢驗。研究結果顯示，用重心設計方法估算了復合水泥的壓縮強度，再將其與所建議的外加劑混凝土的抗壓強度聯系起來，利用 Bolomoy公式，即可得到更為準確的外加劑混凝土的水膠比值，采用容積法，能較為準確地得到外摻水泥的混合比例。這個辦法會用來設定期望的強度，但實際的強度往往與期望的差距很大，這也是其問題所在。

（二）全因子混凝土配合比設計方法

全因素設計法在其計算中將各組分的參數都考慮了進去，具體內容有：水泥實測強度、水膠比、單位用水量以及砂率等，有些情況下還會用到有限元分析。旨在探討其作用機理，或對類型的配合比設計有一定借鑒作用。讓專業人員采用全因素試驗的方法進行試驗，試驗對象則是會對混凝土配合比產生影響的因素，并對其抗壓強度、孔隙率及攪拌時的流動特性進行了試驗。該方法的關鍵是尋找相關的參量之間的變化規律，建立相應的計算模型，以求解特定類型的混合料，但是，當其他類型的混合料具有相同的組成功能時，該方法的作用就很小了。

（三）基于致密堆積的混凝土配合比設計方法

本項目以可壓堆模式為基礎，以透水混凝土為研究對象，通過試驗和理論分析，提出可壓堆填模式下透水混凝土的骨料摻量。通過本項目的實施，采用致密混合料優化方法，建立基于壓實的混凝土結構設計理論，并通過實驗驗證，闡明水固比對其影響，為之后混凝土擁有良好的性能奠定基礎，在自密實混凝土中，提高了混凝土的粒徑分布，可降低膠凝材料的摻入量約為20%，同時提高了混凝土的強度。對集料堆積模式進行了優選。根據顆粒堆積理論，利用顆粒堆積理論規律對集料級配，降低空隙，讓混凝土性能大幅提升。原料的均一性也是至關重要的，而這一方面在實際的項目中表現得比較突出，由于原料之間的差異，很可能會導致原料之間的不均衡。

（四）基于計算－試配的混凝土配合比設計方法

在進行混合料的配制時，必須有足夠的實踐經驗才能保證混合料可以順利進行，而且還需要與以往的數據進行對比，按照自己的設計要求進行測試。在測試之后，如果在某個方面出現了一些問題，那么就可以對其進行修改，通常情況下，會使用正交試驗的方式，最后得出一個完美的搭配比。因為，在不同的流變型的水泥膠結材漿體的流動性、黏性以及粗集料級配和含量存在較大的差異，為了便于進行設計，通過篩選出具有不同流變特性的水泥漿體及摻和用水，在此基礎上建立4種計算公式，以此實現對不同流變特性的水泥漿體的適宜粗集料率。參照已有的施工配合比例，對其進行了反復的試驗，并對其進行了優選。如果項目工程是在沿海附近，那么項目工程為了克服氯鹽侵蝕和硫酸鹽侵蝕等多種因素對結構的影響，工作人員在使用材料時必須使用高性能混凝土。項目工程首先要對混凝土進行分析，然后進行試驗，進行調節，最后得出一個適合的配比的方式，它屬于一種半量化、半經驗的方式，它的優勢是可以根據一個標準的配合比進行變通，但是它的缺點是比較麻煩，不僅要耗費大量的時間、精力，而且還對操作者的專業知識需求很大。

（五）基于骨料裹漿厚度的混凝土配合比設計方法

包裹層的厚度對混凝土的性能同樣具有很大的影響，包裹層過厚會對其混凝土的性能產生不利的影響。在此基礎上，依據混凝土的力學性能指標，確定混凝土包裹層的厚度及水灰比例，進而確定混凝土的摻入量，并通過摻入混凝土中的減水劑對混凝土的工作狀況進行調控，最終建立混凝土混合材料的混合比例優化設計理論。試驗結果表明，水泥摻入量對混凝土包裹層的黏結力有較大的作用。在不改變水膠比值的情況下，其厚度會隨減水劑用量而發生改變。根據粗骨料緊密堆積理論，結合粗集料包覆區的厚度，提出了相應的配制方案，以提高其強度和工作性能。以包裹層為基礎的結構設計理論大多以流動性能為切入點，其關鍵是確定能夠滿足預期流動性能要求的最小包裹層，再以包裹層厚度調節包裹層的流動性能來實現對其流動性能的均衡。

二、路面普通混凝土配合比設計舉例

對其進行混合比試驗時，必須選用在工程中所用的原料，并與現場所用的混合方式一樣。在試驗混合料時，必須在試驗混合料的基礎上，對混合料的性質進行試驗。如果一個試樣拌制出來的拌合物，其坍落度或維勃稠度達不到設計的標準，或者是粘聚性和持水性較差，那么就應該在保持水灰比不變化的前提下，對用水量和砂率進行適當的調節，直至達到所需的標準，之后再給出一個用于進行混凝土強度測試的參考配合比。

（一）坍落度過小應采取的措施

對于坍落度較低，可以采用兩種方法：一是保持原有的水灰比值，適當地提高用水量，適當地提高水泥的摻入量；二是適當地提高砂率。

（二）每調整增大10mm坍落度，增加水泥量及水量2%

例1：C20等級的混凝土，需要的是其坍落度在75mm～90mm之間，經過設計和計算，對應的使用率具體為：mw=5.18kg、mc=9.41kg、ms=17.89kg、mg=34.72kg，在進行試拌后，拌化物的坍落度為50mm，沒有達到75mm～90mm的坍落度設計需求，需要對其進行修正。解決：通過對攪拌材料的觀測，確定了中等粒徑的砂率，采用了加大含水率及水泥加入量的辦法，使其達到了設計的坍落程度。按照每一次調節增大10mm的坍落度，增加的水泥量及水量為原來的水泥量及水量的2%，現在要對其進行調節，使其增大30mm （設計要求的塌落度為75mm～90mm，試拌后的坍落度為50mm，因此，兩者之間的差別大概是30mm），那么需要額外的水泥量為336kg×2%×3=20.16kg；需要補充的水分是85×2%×3=11.10kg；對應于28L的調整量為：水泥量=20.16×0.028=0.56kg，水用量=11.10×0.028=0.30kg。摻入混凝土后，混凝土的總塌落率為85mm，達到了75mm～90mm的設計值。實際測量的濃度為2 420 kg，然而，其計算的濃度為（185+11.1）+（336+20.16）+639+1 240=2 431 kg，實際測量的濃度與計算的濃度之差的絕對值為2 431-2 420=11lkg，11/2 431=0.1%，不大于計算的濃度的2%，因此，調節后配合比的用量為： mw=196kg， mc=356kg， ms=635kg， mg=1 233kg，濃度為2 420kg。本例調節后的水泥與水泥之比值仍為0.55，符合水泥與水泥之比值恒定的條件。將該算法應用于實踐，取得了較好的效果。

（三）提高砂率1%的方法

增加的砂量值=原始石材用量/（1-原始砂率）-原始石材用量-原始沙量。參考示例1分析這個函數。解決方法：通過對混合料的觀測，發現其含沙量較小，采用增加含沙量的方法。首先增加1%的砂率，那么：增加的砂率數量為1 240/（1-35%）-1 240-

639=28.7kg，對應的28L的砂率數量為：28.7×0.028=0.80kg。摻加混凝土后，混凝土的總塌落率為80mm，達到了75mm～90mm的設計值。實際測量密度為2400kg，然而，其計算密度為185+336+（639+28.7）+1240=2429kg，實際測量密度與計算濃度之間的絕對值為2429-2400=29 kg，29/2429=1.2%，未超出計算的2%，因此，調節后配合比的用量為：mw=185kg， mc=336kg， ms=658kg， mg=1221kg，密度為2400kg，砂率為35%。本例調節后的水灰比仍為0.55，符合水泥與水泥之比值恒定的條件。實踐證明，該算法具有快速、高效的特點。

三、坍落度過大應采取的措施

若塌陷較大，則應保持原有的水灰比例，適當提高含沙量和卵石含量，或降低含沙量。其計算方式是：

（一）每調整減少30mm坍落度增加砂及石量為60kg

例2：C20等級的混凝土配合比都在75mm～90mm，根據設計的結果（每平方米混凝土的摻入量）：mw=185kg、mc=336kg、ms=639kg、mg=1240kg，水灰比對0.55kg，砂率34%，水泥的摻入物占2400kg。調節后的配合率需要經過調節和計算才能決定。解決辦法：通過觀測混合料的含沙量，采用了加大含沙量及卵石數量的辦法。按照每次調節，降低30mm的坍落度，多出的砂和石數量共計60kg（在試驗攪拌后，其坍落度為75mm～90mm，因此，兩者之間的差別大概在30mm左右），那么：額外的砂和石數量為60×34%=20.4kg；所需的碎石數量為60-20.4kg。對應于28升的調整體積為：沙=20.4×0.028=0.57kg，卵石=39.6×0.028=1.11kg。摻入混凝土后，混凝土的總坍落率為85mm，達到了75mm至90mm的設計值。實際測量的濃度為2400kg，然而，其計算的濃度為185+336+（639+20.4）+（1 240+39.6）=2 460 kg，實際測量的濃度與理論的濃度之差為2 460-2 400=60 kg，60/2 460=2.4%，超出了理論的2%，得到δ=2 400/2 460=0.976，因此，調整后配合比的配料量為： mw=181kg， mc=329kg， ms=643kg， mg=1 247kg，密度為2 400kg。

（二）降低砂率1%的方法

增加的石頭數量=后來沙子數量/原始沙子數量-原始石頭數量。例2分析這個函數。解決方法：通過對混合料的觀測，發覺其含沙量過高，采用減沙率的方法。首先將沙粒的比例減少1%，那么所需的碎石數量為639/33%-639-1240=57.4kg，對應的28L的碎石數量為：57.4×0.028=1.61kg。計算機測量的密度為2 420kg，而實際測量的密度為185+336+639+（1 240+57.4）=2 457kg，實際測量的與計算的密度之差的絕對值為2 457-2 400=57 kg，57/2 457=2.3%，超出了計算的2%，得δ=2 400/2 457=0.977，因此，調節后配合比的配料量為： mw=181kg， mc=329kg， ms=634kg， mg=1 256kg，密度為2 400kg，砂率為33%。

四、利用互見法，提高效率

在實際的試配和調整工作中，作者還得出結論：如果在一系列的配合比中，采用相同的原料，那么就可以相互搭配從而節省實驗的周期，并提升實驗的效果（簡稱互借方法）。如果同一物質僅作一個配比，則根據《規程》規定，在進行混凝土的強度測試時，應該使用3種以上的配比。在使用3種混合料時，以一種混合料為先期所規定的參考混合料為基礎，其他兩種混合料，其水灰比對參考混合料的比例，建議分別增大或減小0.05，在用水與標準混合比例一致的情況下，可將砂的比例提高或降低1%。

結論

通以上論述可知，混凝土配合比的方法有很多，但無論哪一種都有一定程度的缺陷程度存在，就這要求混凝土的配合比設計必須與工程實際相結合。在當前混凝土工程的發展中，最近迫切需要解決的問題就是能有一套統一的理論指導標準和簡便操作的科學方法。

參考文獻：

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作者簡介：魏建飛（1990-），男，漢族，安徽濉溪人，本科，工程師，專業：市政道橋。