水泥混凝土配合比設(shè)計新思路

安 平 王鵬程

摘要：闡述水泥混凝土配合比設(shè)計新思路。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土；配合比；設(shè)計

Cement concrete mixture ratio design

An Ping, Wang Peng -cheng

( Rizhao City Highway Engineering Department of Shandong RIzhao276826)

Abstract: In this paper, a new design idea of proportioning of cement concrete.

Key words: cement concrete； mixing ratio； design

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。由于具有強度高、原材料儲量大、可塑性能優(yōu)異、成本低廉，在土木工程中起著極其重要的作用，是現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的建筑材料。它是由水泥、砂、石、添加劑、外加劑和適量水混合逐漸硬化形成的人工石材，因此原材料的種類、性質(zhì)和用量等因素直接關(guān)系到混凝土的質(zhì)量、成本和性能，進(jìn)而關(guān)系到土木結(jié)構(gòu)物的品質(zhì)、造價和壽命，但是現(xiàn)有水泥混凝土配合比設(shè)計存在經(jīng)驗成分多，應(yīng)用中不宜量化控制的問題，這就限制了此類結(jié)構(gòu)的推廣及應(yīng)用。

1．傳統(tǒng)配合比設(shè)計方法的缺陷

傳統(tǒng)配合比設(shè)計方法是一種基于經(jīng)驗的方法，混凝土結(jié)構(gòu)對材料性能提出的要求比較簡單，配制混凝土的原材料種類也比較少，因此傳統(tǒng)的配合比設(shè)計方法還存在許多不足之處?；炷僚浜媳仍O(shè)計理應(yīng)是一個完善的體系，包括原材料選擇、配合比計算、性能設(shè)計和性能檢測。

1．1 從原材料選擇來看，多數(shù)是依據(jù)個人經(jīng)驗知識進(jìn)行的，帶有很大的主觀性。各人的經(jīng)驗知識不同，知識量也不等。這就為混凝土配合比設(shè)計帶來了一定的隨機(jī)性。

1．2 從配合比設(shè)計計算來看，各種沒計方法的計算方法互不相同。配合比計算的實質(zhì)就是四元（單位混凝土中水、水泥和粗細(xì)集料用量）一次方程組求解。從數(shù)學(xué)角度來講，四元一次方程組求解需要四個獨立方程式的聯(lián)立才能解出。而配合比設(shè)計中一般都采用需水性定則、水灰比定則和絕對體積法或假定容重法，這就提供了三個方程式；各配合比設(shè)計方法的不同在于第四個方程式的確定。為了完成配合比設(shè)計，各種方法都引進(jìn)了不同的關(guān)系式。我國引入了砂率；前蘇聯(lián)引入了砂漿撥開系數(shù)；英國引入了骨灰比；美國引入了粗集料最佳用量。另外因?qū)Ω咝阅芑炷恋恼J(rèn)識不足，對它的配合比設(shè)計主要依賴于經(jīng)驗和大量的試配，計算過程在各種設(shè)計方法中似乎都不甚重要。

1．3 從性能設(shè)計來看，理想的配合比設(shè)計應(yīng)能實現(xiàn)對混凝土的主要性能（即：工作性能、強度和耐久性）的設(shè)計，雖然目前的各種設(shè)計方法基本都考慮到了這三方面的性能，但是似乎還沒有一種方法真正做到了對這三方面性能的設(shè)計。雖然最終都可能配出滿足三方面性能要求的混凝土，但這似乎不能歸功于該配合比設(shè)計體系的先進(jìn)性，而應(yīng)歸功于設(shè)計人員的大量試配工作。

1．4 從性能檢測來看，每一種配合比設(shè)計體系也都是不甚完善的。對混凝土力學(xué)性能和耐久性的檢測相對來說還比較完善，而對新拌混凝土性能（主要是工作性）的檢測應(yīng)該說是不合理、不完善的。各個設(shè)計體系大都采用Abrams的坍落度試驗（塑性混凝土）和維勃稠度試驗（干硬性混凝土）來檢測新拌混凝土的工作性。但這兩種試驗都不能全面有效地反映新拌混凝土的工作性。

2．現(xiàn)代水泥混凝土配合比設(shè)計思想

隨著現(xiàn)代建筑工程技術(shù)要求的提高，水泥混凝土配合比設(shè)計的指導(dǎo)思想應(yīng)從強度設(shè)計向多種性能設(shè)計轉(zhuǎn)化，從可行性設(shè)計向優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)化。合理的材料配合比設(shè)計應(yīng)該在符合相關(guān)規(guī)范給出的包括強度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經(jīng)濟(jì)性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經(jīng)濟(jì)和適用的混凝土。配合比設(shè)計中主要考慮的因素有：

2．1 試配強度

試配強度是混凝土配合比設(shè)計的首要指標(biāo), 混凝土試配強度與混凝土合格驗收標(biāo)準(zhǔn)有直接的關(guān)系,試配強度可按驗收標(biāo)準(zhǔn)做出選擇合適、經(jīng)濟(jì)的試配強度，在實際施工中應(yīng)消除理論強度與實際強度的差異，對混凝土試配強度公式進(jìn)行分析，使混凝土強度做到精確，又能反映混凝土的質(zhì)量控制。

選擇混凝土的配比，保證混凝土額定強度與和易性的前提下，盡量降低水泥用量維持在最低水平上。施工時，集料的級配和濕度是變化的，導(dǎo)致拌和料粒徑級配、集料間空隙體積產(chǎn)生變化，而這種變化必須影響到混凝土構(gòu)造和產(chǎn)量，因為碎石間的空隙靠砂子來填充，而砂子的空隙由水泥漿填充的，集料中水分的存在改變著拌和料的性能，甚至影響到混凝土各集料的摻配量。

混凝土的成本由材料、人工和設(shè)備費用構(gòu)成，但人工及設(shè)備大都與所生產(chǎn)混凝土的種類和性質(zhì)無關(guān)，因此，混凝土中所發(fā)生的費用材料費是非常重要的。在保證各項工作指標(biāo)的前提下，將水泥降至最低是降混凝土造價的惟一重要因素。降低水泥量，除成本外，還有其他益處：收縮率降低、水化熱降低。

2．2 水灰比

有關(guān)水灰比、水泥品種、外加劑、粗集料級配等因素對路面混凝土性能影響的試驗表明，無論28d抗折強度還是抗壓強度，上述因素的主次為：水灰比一水泥品種一外加劑一粗集料級配。由此可見，水灰比對強度的影響是很大的。水灰比過大，多余水在硬化后的混凝土中形成氣孔，減小了混凝土抵抗荷載作用的有效斷面，在孔隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。水灰比愈小，水泥混凝土的強度也愈高，因此在滿足和易性要求的前提下，應(yīng)盡可能采用小的水灰比。此外，水灰比大小還應(yīng)考慮道路等級、氣候因素等。

2．3 確定最優(yōu)砂率

根據(jù)實踐經(jīng)驗，混凝土的用砂率應(yīng)使所含砂子的松散體積填滿石子的空隙體積外略有富余，才能使混合料的工作性良好，因而最優(yōu)砂率Sp優(yōu)應(yīng)是理論砂率Sp乘以大于1的系數(shù)a，但當(dāng)使用物細(xì)砂時因砂子的表面積大，其混凝土砂率則應(yīng)乘以1的系數(shù)a。

在水泥漿用量一定的條件下，當(dāng)砂率很小時砂漿數(shù)量不足以填滿石子的空隙體積或甚少敷余，在此情況下，石接觸點處的砂漿太少，混合料的流動性很小。當(dāng)砂率過大時，集料的總表面積及空隙率增大，耗用于包裹細(xì)集料表面的水泥漿數(shù)量增多，砂粒接觸點處的水泥漿不足，甚至水泥漿不足以包裹所有砂粒，使砂漿干澀，混合料的流動性隨之變差。

在上述兩種砂率不當(dāng)?shù)那闆r下如要達(dá)到一定的流動性，勢必要參加水泥漿，提高混凝土的成本。通過試驗，可求出在滿足工作性（流動性）要求條件下水泥漿用量最?。ㄒ布此嘤昧孔钌伲┑纳奥?，或者求出在相同水泥量下混合料工作性最好的砂率。這個砂率叫做最優(yōu)（佳）的砂率。a系數(shù)，也是根據(jù)試驗結(jié)果所確定的經(jīng)驗系數(shù)。

2．4 集灰比

對混凝土強度的影響在混凝土強度較高時表現(xiàn)得較明顯，當(dāng)水灰比相同時，混凝土隨集灰比的增長呈增長趨勢，這與集料數(shù)量增大、集料吸收的水分量增大、實際水灰比變小有關(guān)，與混凝土內(nèi)部孔隙總體積減少有關(guān)，還與較高標(biāo)號混凝土水泥用量較大有關(guān)。在適當(dāng)增大集灰比后，水泥膠結(jié)作用和集料的連鎖作用得到了充分的發(fā)揮。

提高混凝土性能的核心在于提高集料與砂漿界面的粘結(jié)強度，這可以通過合理選擇原材料和正確的配合比設(shè)計來實現(xiàn)。選用水泥或C3S和C4AF含量高的其他水泥品種；選用細(xì)度模數(shù)大，耐磨性好的細(xì)集料；巖石品種是選擇粗集料的關(guān)鍵，應(yīng)綜合考慮巖石的物理力學(xué)性能，通過比較試驗確定。

3．結(jié)語

合理的材料配合比設(shè)計應(yīng)該在符合相關(guān)規(guī)范給出的包括強度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經(jīng)濟(jì)性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經(jīng)濟(jì)和適用的混凝土。要對水泥混凝土路面配合比設(shè)計深入系統(tǒng)的研究，使混凝土配合比設(shè)計體系更加科學(xué)合理、方便快捷，從而推動水泥混凝土科學(xué)的發(fā)展。

適量地節(jié)約水泥而不影響混凝土的質(zhì)量?？晒?jié)約能源、節(jié)約水泥就是節(jié)約了能源，增加和易性使搗固、抹平工藝易于進(jìn)行，自然就使能源消耗減少。減少養(yǎng)成蒸養(yǎng)時間也就節(jié)省了能源。

按不同批次的水泥強度，調(diào)整混凝土配合比，既保證強度又合理利用水泥?；炷恋呐渲茝姸?，無法根據(jù)原材料質(zhì)量的變動情況及時調(diào)整配比，每批混凝土的強度因原材料差異而帶來較大的波動。

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【文章編號】1627-6868（2013）03-0080-02

【作者簡介】安平（1973-），男，山東日照人，工程師，從事公路工程試驗檢測。王鵬程（1976-），男，山東日照人，工程師，從事公路工程管理。