混凝土配合比的試配及原材料的選取

王愛(ài)彬 劉彥哲 張常軍

（河北大地工程檢測(cè)有限公司）

工程環(huán)境的日新月異帶來(lái)了傳統(tǒng)工程技術(shù)的不停拓展。為適應(yīng)更為嚴(yán)苛的工程環(huán)境，做為任意基建工程都不可或缺的角色—水泥混凝土，在最近十年中，滿足各種不同要求的水泥混凝土更是層出不窮。但是混凝土配合比設(shè)計(jì)由于各種原因，出現(xiàn)了很多問(wèn)題。這些問(wèn)題歸根結(jié)底是由于對(duì)混凝土配合比理解不夠深刻、對(duì)其各組分與混凝土狀態(tài)之間的關(guān)系認(rèn)識(shí)不夠到位造成的。本文對(duì)混凝土配合比試配前原材料的選取和配合比的試配及優(yōu)化方面提出一些自己的觀點(diǎn)。

一個(gè)成功的混凝土配合比不僅僅是抗壓強(qiáng)度的合格以及坍落度符合現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，其還應(yīng)滿足工作性、凝結(jié)時(shí)間、耐久性等技術(shù)要求。為滿足如此多的要求，原材料的選擇就顯得格外重要了。原材料選擇的正確與否，直接影響到混凝土配合比的可使用性。

在原材料的選擇上，混凝土配合比中共識(shí)認(rèn)為最重要的材料是水泥。其實(shí)不然，配合比最關(guān)鍵的材料應(yīng)該是混凝土外加劑。假設(shè)混凝土中的粗集料相當(dāng)于人體的骨骼，那么膠砂（即膠凝材料、細(xì)集料和水拌合物）則可以看做是人體的血肉，而混凝土外加劑則是人體的靈魂?，F(xiàn)如今，混凝土外加劑在經(jīng)歷了普通減水劑、高效減水劑、高性能減水劑、復(fù)合型高性能減水劑四個(gè)發(fā)展階段之后，在高強(qiáng)、高泵送、高耐久性混凝土的高要求推動(dòng)下，外加劑的研發(fā)品種呈現(xiàn)了“井噴”的現(xiàn)象。各種各樣符合不同要求，適應(yīng)各種環(huán)境下的外加劑給工程設(shè)計(jì)人員提供了足夠的技術(shù)支持，給一線施工生產(chǎn)人員帶來(lái)了很大的便利?？梢哉f(shuō)沒(méi)有混凝土外加劑，混凝土配合比很難滿足高強(qiáng)、高泵送、高耐久性等要求；外加劑在混凝土配合比選定、優(yōu)化過(guò)程中，有著至關(guān)重要的作用。

在實(shí)際適配混凝土配合比中，如何選用合適的外加劑就變得十分關(guān)鍵了?；炷镣饧觿┖细衽c否，國(guó)標(biāo)有兩本現(xiàn)行有效的規(guī)范，分別是《混凝土外加劑》GB 8076-2008和《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/T 8077-2012。其中《混凝土外加劑》GB 8076-2008針對(duì)外加劑的物理性能指標(biāo)、耐久性能指標(biāo)等分別做了一一規(guī)定，并規(guī)范了相應(yīng)試驗(yàn)方法。而《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/T 8077-2012則對(duì)外加劑化學(xué)性能的試驗(yàn)方法進(jìn)行了統(tǒng)一和規(guī)定。在實(shí)際選用外加劑時(shí)，必須首先滿足規(guī)范的技術(shù)要求。當(dāng)然如果設(shè)計(jì)圖紙中對(duì)于混凝土有其他要求、混凝土施工中有其他需要滿足的條件，我們也應(yīng)該選用現(xiàn)行有效規(guī)范以及設(shè)計(jì)圖紙選取合格的泵送劑。其他常用規(guī)范有《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》GB 50119-2013、《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082-2009等。

在滿足外加劑原材料符合現(xiàn)行有效規(guī)程的前提下，我們就進(jìn)入了取舍外加劑的階段。

混凝土外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性問(wèn)題，涉及膠凝材料化學(xué)、高分子材料學(xué)、表面物理化學(xué)和電化學(xué)等多方面的知識(shí)。這是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，但也是配合比試配中選取外加劑品種時(shí)不可或缺的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。外加劑和膠凝材料的適應(yīng)性試驗(yàn)，可以很好的反應(yīng)和提高試配配合比的成功率。膠凝材料與外加劑的相容性是指使用相同外加劑或膠凝材料時(shí)，由于膠凝材料或外加劑的質(zhì)量而引起膠凝材料漿體流動(dòng)性、經(jīng)時(shí)損失的變化程度以及獲得相同的流動(dòng)性減水劑用量的變化程度。

凈漿流動(dòng)性試驗(yàn)：將制備好的膠凝材料漿體裝入一定容量的圓模后，穩(wěn)定提起圓模，使?jié){體在重力作用下，在玻璃板上自由流動(dòng)，穩(wěn)定后的直徑即流動(dòng)度。這個(gè)試驗(yàn)既簡(jiǎn)單又實(shí)用，可快速直接的反應(yīng)出外加劑和水泥的相容性。

膠凝材料漿體流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失的變化程度試驗(yàn)：先進(jìn)行凈漿流動(dòng)性試驗(yàn)，然后覆蓋（覆蓋物不和漿體表面接觸）膠凝材料凈漿漿體。經(jīng)30min、60min后，再進(jìn)行膠凝材料凈漿流動(dòng)性試驗(yàn)。前后兩次的試驗(yàn)結(jié)果之差就是膠凝材料漿體流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失值。此試驗(yàn)直觀反映成品混凝土的坍落度損失程度的多少。

數(shù)據(jù)處理：由這兩個(gè)試驗(yàn)可以確定哪種混凝土外加劑經(jīng)30min、60min后坍落度損失值最少，此種外加劑在使用時(shí)最佳摻量是多少，最大摻量是多少。

在我們實(shí)際試配混凝土配合比時(shí)，往往會(huì)遇到A種外加劑和Ⅰ號(hào)水泥相容性好，而B種外加劑和Ⅱ號(hào)水泥相容性好。這時(shí)，我們就要多進(jìn)行試驗(yàn)，橫向?qū)Ρ龋⑼ㄟ^(guò)各項(xiàng)化學(xué)試驗(yàn)，從耐久性、施工條件、材料成本等方面綜合考慮選取正確的方案進(jìn)行試配。

外加劑的選取應(yīng)該和膠凝材料的主要成分--水泥的選用相輔相成的?！锻ㄓ霉杷猁}水泥》GB175-2007對(duì)國(guó)內(nèi)建設(shè)用水泥分為了七大類，規(guī)定了通用硅酸鹽水泥的定義與分類、組分與材料、強(qiáng)度等級(jí)、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則和包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸與儲(chǔ)存等。我們的混凝土配合比用水泥除了應(yīng)該符合《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007中相應(yīng)的技術(shù)要求外，還應(yīng)該考慮水泥在混凝土中使用后，對(duì)混凝土的性能影響?；炷僚浜媳仍嚺淝斑x取水泥還應(yīng)注意：1）設(shè)計(jì)圖紙的其他要求；2）水泥和外加劑的相容性；3）盡量選取低水化熱的水泥；4）盡量選用低標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的水泥；5）盡量選用較長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間的水泥，泵送混凝土在施工中一般都需要較長(zhǎng)的凝結(jié)時(shí)間；6）盡量選用安定性值較小的水泥，水泥安定性雷氏夾法試驗(yàn)；7）盡量選用水泥抗折、抗壓強(qiáng)度較高的水泥；8）盡量選用比表面積較大的水泥；9）盡量選用低總堿量、低氯離子含量、氧化鎂含量等的水泥。

現(xiàn)在主流的混凝土配合比，都在摻加一定的礦物摻合料。常見的礦物摻合料有：粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、?；郀t鋼渣粉、硅灰、?；自V渣粉、復(fù)合摻合料等。雖然礦物摻合料的種類繁多，但是使用頻率最多的還是粉煤灰和?；郀t礦渣粉兩種。在我們?cè)嚺浠炷僚浜媳葧r(shí)，除了使用的原材料要符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2005、《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》GB/T 18046-2008規(guī)定的響應(yīng)要求外，我們還應(yīng)盡量選取需水量比比較小的粉煤灰以及流動(dòng)度比比較大的?；郀t礦渣粉。這樣選用的主導(dǎo)思想是達(dá)到一定稠度，同樣質(zhì)量的礦物摻合料需要的水質(zhì)量最少，從而降低混凝土配合比的水膠比、提高配合比的強(qiáng)度、提高混凝土的和易性。當(dāng)然，在條件允許的情況下，盡可能選用優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料，這需要根據(jù)不同地域、不用環(huán)境、1立方米材料成本等各個(gè)方面綜合考慮。

在確定混凝土配合比中礦物摻合料在膠凝材料總質(zhì)量的比重時(shí)，應(yīng)注意下面這兩種情況?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55-2011中規(guī)定的礦物摻合料最大摻量，是在使用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥時(shí)的最大摻量。而在采用其他通用硅酸鹽水泥時(shí)，宜將水泥混合材摻量20%以上的混合材料計(jì)入礦物摻合料中。在選取C類粉煤灰時(shí)，一定要注意其游離氧化鈣含量，是否滿足現(xiàn)行有效規(guī)范所規(guī)定的技術(shù)要求。曾在不止一個(gè)工地發(fā)現(xiàn)，混凝土施工過(guò)程中泌水十分嚴(yán)重或者混凝土結(jié)構(gòu)拆模后，混凝土表面“水印子”、蜘蛛紋等現(xiàn)象比較嚴(yán)重。而換取F類粉煤灰或者其他廠家優(yōu)質(zhì)的C類粉煤灰后，這種現(xiàn)象幾乎杜絕或明顯減少。其中的原因就是游離氧化鈣含量超標(biāo)，而這個(gè)指標(biāo)往往被一線混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)人員忽略。

水泥混凝土和水泥凈漿、水泥砂漿的區(qū)別就在于，他們使用的集料不同。水泥混凝土中使用的集料包括粗集料和細(xì)集料。

水泥混凝土中使用的粗集料一般指4.75mm以上的顆粒組分，在我們?cè)嚺浠炷僚浜媳葧r(shí)，往往采用4.75mm～9.5mm，以及9.5mm至最大粒徑兩種級(jí)配。現(xiàn)在一些拌合站，已經(jīng)開始試配并使用過(guò)一定量的三級(jí)配粗集料，但是在使用三級(jí)配合成粗集料級(jí)配曲線時(shí)，往往因?yàn)榇旨系娜硬灰?guī)范、單粒級(jí)級(jí)配不穩(wěn)定、拌合站稱量計(jì)量不夠準(zhǔn)確等造成混凝土成品質(zhì)量不穩(wěn)定。無(wú)論是采用兩級(jí)配粗集料還是三級(jí)配粗集料，我們都應(yīng)給予合成級(jí)配曲線足夠的重視程度。在單粒級(jí)篩分、合成級(jí)配曲線以后，我們還可以在合成比例基礎(chǔ)上微調(diào)±5%通過(guò)混合碎石的緊密密度進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如我們進(jìn)行合成級(jí)配曲線后，得到4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=40%：60%（質(zhì)量比），可以再進(jìn)行設(shè)置方案如下：①4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=35%：65%；②4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=40%：60%；③4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=45%：55%。對(duì)此三組方案合成的混合集料進(jìn)行緊密密度試驗(yàn)，選取一個(gè)緊密密度最高的方案。為保證粗集料單粒級(jí)、混合級(jí)配的穩(wěn)定性，如果現(xiàn)場(chǎng)有條件，盡量避免選取由顎式破碎機(jī)生產(chǎn)的碎石，盡可能選用由反擊破破碎機(jī)生產(chǎn)的碎石。碎石生產(chǎn)區(qū)應(yīng)及時(shí)檢查過(guò)濾篩，不得使用已破損篩網(wǎng)進(jìn)行生產(chǎn)?；炷良邪韬蠀^(qū)應(yīng)按批量檢驗(yàn)、驗(yàn)收粗集料，時(shí)刻把控其單粒級(jí)、混合級(jí)配的穩(wěn)定性。粗集料最大粒徑的選取時(shí)，應(yīng)考慮混凝土結(jié)構(gòu)物的最小尺寸、混凝土泵送機(jī)站采用泵送管的直徑以及拌合集中地當(dāng)?shù)氐赜虻木C合情況等。

此外應(yīng)盡量選取含泥量、泥塊含量低的粗集料，含泥量和泥塊含量不僅會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，更會(huì)吸附外加劑，破壞水泥漿膜與外加劑的電離層，大大降低外加劑的減水率。雖然現(xiàn)在主流的外加劑，都以聚羧酸系高性能減水劑為母本進(jìn)行復(fù)合摻配，對(duì)于聚羧酸系高性能減水劑和萘系高效減水劑兩大體系來(lái)說(shuō)，含泥量對(duì)前者的影響相對(duì)較小。但如果粗集料的含泥量、泥塊含量比較高，就只能增加外加劑的摻量，那么混凝土配合比的和易性就會(huì)下降，也會(huì)增加混凝土配合比的1立方米的材料成本。

粗集料的含泥量、泥塊含量要控制，給混凝土中含泥量和泥塊含量提供最多的細(xì)集料更應(yīng)該注意。堅(jiān)決不能使用含泥量、泥塊含量高的細(xì)集料，而施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有條件提供合適的細(xì)集料，我們又需要配制高標(biāo)號(hào)、高耐久性、抗碳化等高要求的混凝土配合比時(shí)，就應(yīng)當(dāng)水洗砂降低其含泥量、泥塊含量。

在選用細(xì)集料時(shí)，還應(yīng)注意應(yīng)該保證細(xì)集料的可溶性氯離子含量、堿骨料反應(yīng)試驗(yàn)合格。在混凝土配合比中，細(xì)集料和膠凝材料、水構(gòu)成的膠砂，對(duì)混凝土的耐久性有直接的關(guān)系。在做細(xì)集料可溶性氯離子含量時(shí)，應(yīng)使用磨粉機(jī)對(duì)細(xì)集料充分磨細(xì)，不能因細(xì)集料的云母含量難以破碎，而中止粉磨，致使最終試驗(yàn)結(jié)果偏離真值。

水是混凝土組分中的最后一個(gè)成分。一般情況下，可飲用水都可以直接用到混凝土中來(lái)。在耐久性要求越來(lái)越高的情況下，水中的化學(xué)物質(zhì)是否合格也應(yīng)受到我們的重視。在堿性較高地區(qū)生產(chǎn)混凝土?xí)r，水的堿含量如果不合格，應(yīng)采取凈化、過(guò)濾等措施后，經(jīng)檢驗(yàn)合格，方可使用。

混凝土原材料的選取合理，在做混凝土配合比時(shí)就會(huì)大大提高試配的成功率。具體試配時(shí)，可依照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55-2011質(zhì)量法或者體積法（體積法應(yīng)先做出各組分表觀密度）進(jìn)行計(jì)算，先假定混凝土配合比各組分摻量。設(shè)計(jì)泵送混凝土配合比時(shí)，坍落度應(yīng)考慮坍落度損失值和入泵坍落度兩個(gè)方面。假定混凝土容重時(shí)，可依據(jù)下表數(shù)據(jù)做為參考。實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)以試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

在試拌時(shí)，后摻入混凝土外加劑，攪拌完成后，卸出拌合料，在平板上手拌均勻后，開始對(duì)其和易性進(jìn)行試驗(yàn)。認(rèn)真做好坍落度、棍度、含砂情況、粘聚性、保水性記錄，必要時(shí)可保存影像資料，以便調(diào)配后，前后比照更清晰。在試驗(yàn)室中試配混凝土配合比，要注意坍落度設(shè)計(jì)值和坍落度損失值。必須做好相關(guān)記錄，可根據(jù)運(yùn)距不同，試配不同等時(shí)的配合比。

在混凝土試配完成后，試配成功的配合比應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化，而需要調(diào)整的配合比應(yīng)增加或減少各組分用量。調(diào)整的內(nèi)容主要分為：1）膠凝材料的質(zhì)量，2）砂率，3）集料總質(zhì)量，4）水的質(zhì)量，5）外加劑的摻量。

往往在沒(méi)有條件得到試配配合比強(qiáng)度的情況下，需進(jìn)行配合比的調(diào)整。調(diào)整優(yōu)化配合比應(yīng)如何進(jìn)行，現(xiàn)在做以下幾點(diǎn)介紹。

1. 調(diào)整膠凝材料的質(zhì)量時(shí)，為保持配合比強(qiáng)度不變，應(yīng)繼續(xù)調(diào)整水膠比，提高了水的質(zhì)量，坍落度就會(huì)增大，而為了保持坍落度不變，可降低砂率或者降低外加劑摻量來(lái)調(diào)整。因此，調(diào)整配合比各組分質(zhì)量，會(huì)影響到混凝土的狀態(tài)，為了保持原來(lái)的混凝土和易性等，必須相應(yīng)調(diào)整其他組分質(zhì)量來(lái)保持原有狀態(tài)。這樣才能對(duì)前后兩次配合比的狀態(tài)前后比照，取優(yōu)者選取。配合比和易性不好，往往通過(guò)調(diào)整膠凝材料質(zhì)量、砂率或者集料總質(zhì)量來(lái)進(jìn)行調(diào)整。而調(diào)整配合比中一種組分的質(zhì)量，在保持混凝土狀態(tài)保持不變時(shí)，必須相應(yīng)調(diào)整其他一種或幾種組分質(zhì)量來(lái)保持原有狀態(tài)。

2. 用水的質(zhì)量來(lái)調(diào)整配合比坍落度時(shí)，應(yīng)注意普通混凝土中±5kg水，坍落度±20mm。而在摻外加劑的混凝土中，坍落度±20mm，水質(zhì)量應(yīng)該為±（5×（1-減水率）kg）。外加劑中引氣劑的含量，與混凝土的和易性成正比，但調(diào)整時(shí)不可摻加過(guò)多。《混凝土泵送技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 10-2011中3.2.7規(guī)定，摻用引氣型外加劑的泵送混凝土的含氣量不宜大于4%。外加劑成分發(fā)生變化，必須重新對(duì)其化學(xué)指標(biāo)重新進(jìn)行試驗(yàn)并評(píng)定，合格后配合比方可使用。

3. 膠凝材料組成成分調(diào)整時(shí)，可以對(duì)膠凝材料的各組成成分質(zhì)量發(fā)生變化，而膠凝材料總質(zhì)量不能發(fā)生變化。膠凝材料總質(zhì)量改變，水質(zhì)量不變，配合比的坍落度就會(huì)變小，強(qiáng)度就會(huì)變大。

4. 配合比的壓力泌水率是泵送混凝土的重要指標(biāo)?！痘炷帘盟图夹g(shù)規(guī)程》JGJ/T 10-2011中規(guī)定壓力泌水率S10不宜超過(guò)40%，其直接關(guān)系到混凝土的可泵性。

在確定混凝土配合比后，應(yīng)再對(duì)其受控指標(biāo)做一次檢測(cè)，尤其是化學(xué)指標(biāo)總堿量、總氯離子含量等重新試驗(yàn)。

混凝土施工中，選定一個(gè)工作性強(qiáng)的合格混凝土配合比只是第一步。在實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)時(shí)刻控制原材料的性能的穩(wěn)定性，及時(shí)與一線施工各部門間積極溝通，并根據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整試拌配合比，確認(rèn)配合比合格后，方可使用。只有不斷改進(jìn)，才能讓我們的混凝土配合比更好的服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)，為工程的工程質(zhì)量保駕護(hù)航。