當(dāng)前混凝土配合比設(shè)計(jì)存在的問題

張晶元

(中交三航局第三工程有限公司， 江蘇 南京 210011)

相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段只有我國(guó)還在采用以骨料絕干密度為基準(zhǔn)的手段進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，而隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土配合原材料的研究，混凝土的組成物發(fā)生了變化，其核心仍為水泥、骨料和水組成的硬化體，但拌合物的形式、流動(dòng)性、水泥強(qiáng)度、細(xì)度等都發(fā)生了較大變化，外加劑和礦物摻合料更為普遍的被用運(yùn)于混凝土配合設(shè)計(jì)中，此時(shí)原有的測(cè)定方法不再適用，需要尋求轉(zhuǎn)變。

1 基本概念和測(cè)定方法對(duì)比

混凝土施工配合比，在定義上，指的就是混凝土中各組成材料之間的比例關(guān)系，是混凝土工程中不可缺少的一項(xiàng)工作，直接影響施工的進(jìn)度、質(zhì)量和成本。“假定密度法”又被稱為假定容重法，是據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料假定混凝土表觀密度為混凝土各組分用量之和的配合比設(shè)計(jì)方法，在施工中依照設(shè)計(jì)要求可確定用水量、水灰比和水泥用量等參數(shù)，假定混凝土表觀密度，計(jì)算出集料總重、砂重和粗集料重，在此過程中需要以實(shí)測(cè)混合料表觀密度進(jìn)行校正，與絕對(duì)體積法相比計(jì)算更為簡(jiǎn)單。

下面以實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行說明，假定當(dāng)混凝土具有0.5左右的水灰比時(shí)，其表觀密度為2400kg/m3，高強(qiáng)混凝土為2450kg/m3，試拌后實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)誤差不大，因此這種方法在以往的工程施工中非常常見，但是隨著使用材料的變化，水泥、砂石的表觀密度發(fā)生改變，大量礦物摻合料的使用導(dǎo)致各原料的密度差異增加，對(duì)比其表觀密度，粉煤灰為1.90-2.40 g/cm3，磨細(xì)礦渣2.60g/cm3，相對(duì)比3.0g/cm3的水泥表觀密度就顯得差距較大，再采用假定表觀密度計(jì)算則體積都會(huì)偏大，且隨著摻合料的增加，這個(gè)誤差也就越大。因此假定密度法已不再具有普適性，與之相比，絕對(duì)體積法指的是忽略水泥水化去除的部分水，在后續(xù)計(jì)算時(shí)為了減少這部分水體積的誤差，建議無須計(jì)算攪拌式加入的孔隙體積，兩相綜合。

2 采用絕對(duì)體積法計(jì)算混凝土配合比時(shí)的問題

2.1 原材料密度的取值問題

物理學(xué)上將密度定義為單位體積的質(zhì)量，而在實(shí)際工程中，指的多是絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，如鋼鐵這樣的無孔材料，可測(cè)實(shí)體積；而一些含有孔隙的固體材料，則需磨成細(xì)粉測(cè)試密度，如磚瓦。而此時(shí)，所磨的粗細(xì)程度和密度精確度成正比，因此在計(jì)算中需要將這些材料磨到與水泥相同的細(xì)度。

砂石這樣的散粒狀材料具有開放孔和封閉孔，砂石的計(jì)算以面干飽和狀態(tài)中的材料為標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)如今只有我國(guó)還在采用絕干狀態(tài)的骨料計(jì)算混凝土配合比。飽和面干狀態(tài)骨料中所含的水不計(jì)入混凝土的拌和水，除此之外所含的水被稱為有效水，也是混凝土配合比中用水量所指的部分，其與膠凝材料總量的比值被稱為水膠比，在實(shí)際的測(cè)量中，由于以絕干基試配的混凝土?xí)驗(yàn)樵嚢杼涠冗^小導(dǎo)致質(zhì)量控制誤差，面干飽和基試配的方法可以隨時(shí)調(diào)控拌和水，相對(duì)可控。

而在工程中需要按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)骨料和砂子進(jìn)行面干飽和狀態(tài)的界定，其浸泡時(shí)間大于24 h，當(dāng)這一定量的石子取出擦干肉眼未發(fā)現(xiàn)水的亮光時(shí)，才能作為石子的飽和面干，并且可通過水中重法計(jì)算表觀密度；砂子則可利用吹風(fēng)機(jī)吹干，當(dāng)表面有變色產(chǎn)生時(shí)可以截頭圓錐環(huán)裝入，判斷其狀態(tài)。然后通過對(duì)比等量的實(shí)際含水的砂子和面干飽和狀態(tài)所得的砂子的體積，判定實(shí)際砂子的狀態(tài)，表示含水量差異。此試驗(yàn)常在試驗(yàn)室或拌和樓的上料口開展，還可采用傳感器和電流表予以控制，為保證混凝土的高質(zhì)量，須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作，并注意儲(chǔ)存方式。

2.2 骨料的級(jí)配和粒形對(duì)質(zhì)量的影響

骨料，顧名思義，于混凝土中擔(dān)任骨架作用，可穩(wěn)定體積。實(shí)際工程中，采石場(chǎng)會(huì)對(duì)石子進(jìn)行級(jí)配，但運(yùn)輸和投料等過程還會(huì)造成混亂，因此需要再次進(jìn)行級(jí)配，而我國(guó)現(xiàn)階段的生產(chǎn)工藝存在弊漏，未嚴(yán)格遵循砂石標(biāo)準(zhǔn)，以連續(xù)級(jí)配的方式導(dǎo)致石子的粒形很差，存在斷級(jí)，我國(guó)的一些建筑工作者屢次提出石子質(zhì)量問題導(dǎo)致混凝土質(zhì)量不佳，且極為消耗水泥和用水量，是一種對(duì)于資源的低效浪費(fèi)。

2.3 摻用礦物摻合料混凝土配合比的計(jì)算問題

在混凝土配合比的計(jì)算中，方法包括等水膠比法、超量取代法、等水灰比法、等漿體體積法等，下面將進(jìn)行詳細(xì)的說明。

第一是等水膠比法。也就是簡(jiǎn)單的等量取代，摻料后水膠比與未摻料水灰比值相同，漿體體積（漿骨比）增大，會(huì)導(dǎo)致硬化混凝土收縮值發(fā)生變化，致使混凝土的體積穩(wěn)定性受到影響；且粉煤灰反應(yīng)速率和反應(yīng)率低，若用粉煤灰簡(jiǎn)單取代水泥則會(huì)導(dǎo)致水灰比增大、混凝土強(qiáng)度下降，為維持其強(qiáng)度可降低水膠比，但又會(huì)導(dǎo)致水灰比、孔隙率較大，使得混凝土早期碳化嚴(yán)重，產(chǎn)生惡性循環(huán)。除此之外，礦物摻合料的強(qiáng)度對(duì)水膠比更加敏感，因此，單純地等水膠比摻粉煤灰是不明智的，無法發(fā)揮后者的作用，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改善。

第二是超量取代法，在一定范圍內(nèi)以摻量代替水泥，在實(shí)際的應(yīng)用中，常常仍以膠凝材料進(jìn)行代替，因此可以起到增加漿體含量、減小水膠比的作用。但是這種方法也存在一些問題，主要是因?yàn)樗z比界定差異，一些單位認(rèn)為摻粉煤灰前后水灰比是固定的，膠凝材料中無需計(jì)算超量取代部分，但是實(shí)際案例中無法從所報(bào)的配合比上分析所出現(xiàn)的質(zhì)量問題原因，或許與混凝土抗裂性改善效果差有關(guān)。

第三是等水灰比法，在實(shí)際的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，一些單位將水泥廠生產(chǎn)的混合水泥也稱作水泥，而未將礦物摻合料算在水泥中，就可維持水灰比不變，使得用水量和水膠比降低，希望維持混凝土強(qiáng)度，但實(shí)際效果是水膠比過大，實(shí)際強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)不符。而相關(guān)數(shù)據(jù)證實(shí)摻入粉煤灰越多，要維持水灰比不變所降低的水膠比越多。然而計(jì)算中沒有考慮粉煤灰的性質(zhì)，結(jié)果不準(zhǔn)確，水膠比過低時(shí)會(huì)影響拌合物的施工性，使得試配工作量加大，造成了混凝土體積的不穩(wěn)定。

第四是等漿體體積法，水泥密度較礦物摻合料密度更大，當(dāng)按質(zhì)量摻入時(shí)會(huì)使得混凝土漿體體積增加，如按等漿體設(shè)計(jì)會(huì)維持混凝土的體積穩(wěn)定性，更深入的研究發(fā)現(xiàn)兩種方法的混凝土強(qiáng)度等級(jí)沒有較大差異，但是后者的抗?jié)B性更高。

3 總結(jié)

總結(jié)全文，絕對(duì)體積法更能適應(yīng)現(xiàn)今的混凝土組分情況，具體的設(shè)計(jì)計(jì)算中，飽和干面干基的砂子更易掌控，對(duì)材料的級(jí)配和分級(jí)投料能增加工程的經(jīng)濟(jì)和耐久性，等漿體體積法更適用于摻合料摻量變化時(shí)調(diào)整混凝土配合比，增強(qiáng)穩(wěn)定性?？傮w來說，混凝土的配合比問題是一個(gè)復(fù)雜的問題，需要從多個(gè)角度進(jìn)行考慮，提高質(zhì)量。

[1]劉靖，朱平.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及其存在的問題[J].四川水泥，2017，12( 12) : 112-114

[2]馬保國(guó)，王信剛，李相國(guó).高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及其存在的問題[J].混凝土，2005，30( 16) : 196-198