混凝土配合比設(shè)計(jì)影響因素分析及優(yōu)化策略

盧紹昌

（連江縣三強(qiáng)建材有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

對于施工單位來說，若要有效降低施工成本并使混凝土施工質(zhì)量得到可靠保障，就必須對混凝土配合比進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。因此，施工單位應(yīng)當(dāng)以提高項(xiàng)目工程的整體質(zhì)量為目的，在設(shè)計(jì)混凝土配合比的過程中對原材料、施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)部位與其他方面進(jìn)行綜合考慮，并采取切實(shí)可行的優(yōu)化策略。

1 混凝土配合比設(shè)計(jì)要素概述

一般情況下，混凝土的配合比設(shè)計(jì)需要考慮多方面的因素：（1）需要確?；炷聊途眯苑显O(shè)計(jì)需求；（2）調(diào)配的混凝土應(yīng)符合施工現(xiàn)場需求，具有操作簡單、無隱患等特點(diǎn)；（3）在滿足前兩點(diǎn)要求的基礎(chǔ)上應(yīng)精確計(jì)算材料的類型與用量；（4）通過合理調(diào)配使所設(shè)計(jì)的混凝土材料符合工程建設(shè)需求；（5）盡可能降低材料成本。混凝土的配合比材料包含碎石、水泥、砂、水等，應(yīng)重點(diǎn)考慮選擇合適的水灰比、膠骨比以及砂率，從而控制材料用量。同時，混凝土的配合比已經(jīng)離不開外加劑的支持，對外加劑的種類和質(zhì)量方面要求現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)表明，在設(shè)計(jì)混凝土配合比的過程中應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)充分做好前期準(zhǔn)備工作；（2）要從數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度控制好混凝土的配合比，并對強(qiáng)度情況進(jìn)行評定；（3）在確保混凝土質(zhì)量滿足施工需求的情況下，就盡量減少成本支出。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)影響因素分析

2.1 原材料

（1）水泥強(qiáng)度。配制混凝土的諸多案例充分表明，當(dāng)水泥強(qiáng)度等級提高以后，混凝土的強(qiáng)度也隨之增加，也就是說這兩者之間存在正相關(guān)關(guān)系。另外，在保持水泥強(qiáng)度等級不變的情況下，增加水泥的使用量則有利于提高混凝土的強(qiáng)度[1]。

（2）砂率?；炷恋膹?qiáng)度與性能均可受到砂率的顯著影響，一般來說，確定砂率時應(yīng)當(dāng)以施工要求與施工工藝為依據(jù)。為防止混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)較大變化，確保所配制的混凝土拌和物能夠充分滿足施工要求，應(yīng)對膠凝材料的用量進(jìn)行合理控制[2]。

（3）水灰比。在配制混凝土的過程中，過高的水灰比能夠?qū)е骂w粒狀水泥在混凝土中的占比降低，進(jìn)而可使水泥顆粒之間的空隙有所增大，不利于保證混凝土的強(qiáng)度[3]。如果將這種混凝土應(yīng)用于項(xiàng)目工程中，很有可能導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)明顯的變形。反過來，若設(shè)計(jì)了較小的水灰比，水泥顆粒間距必然縮小，這樣便能夠保證混凝土的性能與密實(shí)度。

（4）摻和料。目前，礦粉、粉煤灰等摻和料是常見的混合材，在配制混凝土?xí)r合理使用，可在一定程度上提高混凝土的水化熱速度，促使混凝土的性能得到優(yōu)化。由于一些活性成分存在于摻和料中，這類物質(zhì)可在混凝土后期發(fā)揮積極的作用，能夠增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度與耐久性。

（5）骨料。傳遞荷載是混凝土骨料的基本作用，但在選擇骨料時應(yīng)當(dāng)充分考慮項(xiàng)目工程的實(shí)際需求，保證該物質(zhì)的添加具有合理性與科學(xué)性。否則，不僅會因?yàn)楹奢d壓力增加而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，還會使混凝土的耐久性、強(qiáng)度、抗變形能力等受到不良影響。

（6）外加劑。使用一定量的外加劑可使混凝土的強(qiáng)度得到合理調(diào)節(jié)，倘若在混凝土中添加早強(qiáng)劑，其硬化速度能夠明顯提高?；诖?，當(dāng)工程需要緊急搶修時，施工人員通常會優(yōu)先使用早強(qiáng)劑。將適量的緩凝劑添加到混凝土中，可使混凝土的水化速度得到抑制，進(jìn)而避免因過大溫差而導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。通常而言，應(yīng)用緩凝劑的基本條件為高溫天氣或需要遠(yuǎn)距離輸送大體積混凝土。減水劑也是建筑工程中常用的一種外加劑，該物質(zhì)具有增加混凝土強(qiáng)度的作用，但只有在水泥用量不得減少并且需要控制水量的情況下才能對其進(jìn)行添加。

2.2 環(huán)境

所謂環(huán)境，是指混凝土配制區(qū)域的空間狀況與溫濕度狀況。如果在大風(fēng)、高溫環(huán)境中配制混凝土，性能將會受到嚴(yán)重影響，高溫、大風(fēng)天氣容易增加混凝土水分的蒸發(fā)量，在未能采取養(yǎng)護(hù)措施的情況下，混凝土后期的強(qiáng)度將無法保證，進(jìn)而可造成混凝土構(gòu)件出現(xiàn)變形或開裂[4]。若要妥善解決這類問題，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況增加用水量。如果在低溫嚴(yán)寒的環(huán)境中配制混凝土，其水化速度將會明顯變慢，不利于保證其早期強(qiáng)度，其抗凍抗裂的性能也會顯著減弱。為防止產(chǎn)生這些不良狀況，有必要采取降低水灰比的措施，添加適量的減水劑與粉煤灰摻和料，使水化熱受到混凝土早期硬化的限制，最終可減小混凝土因后期硬化而出現(xiàn)收縮變形的概率。

2.3 結(jié)構(gòu)部位

建筑工程的柱、板、梁不僅用途不同，而且所處的部位也具有差異性，因此對其進(jìn)行構(gòu)建時不能使用強(qiáng)度完全相同的混凝土。一般來說，樓板、支撐梁的強(qiáng)度要弱于柱。對于橋梁工程來說，其構(gòu)件不僅包括橋臺還包括橋墩，而這兩者的性質(zhì)也明顯不同，因此需要使用不同強(qiáng)度的混凝土。為了降低水灰比，在設(shè)計(jì)混凝土配合比時，既要考慮到水泥強(qiáng)度等級（一般為1.5～2 倍），也要選擇連續(xù)粒級石子與級配較好的中粗砂，這樣才能確?；炷翗?gòu)件具有良好的強(qiáng)度，從而保證建筑、橋梁等工程的安全性與穩(wěn)定性[5]。

2.4 其他方面

除了上述三種影響因素以外，混凝土澆筑操作、運(yùn)輸距離、運(yùn)輸方式等也會影響到混凝土的配合比性能。如果遠(yuǎn)距離輸送混凝土，不僅要平穩(wěn)駕駛車輛，還有必要采取可靠的防護(hù)措施。如果混凝土輸送方式為泵送，應(yīng)當(dāng)確保混凝土的包裹性與流動性與設(shè)計(jì)要求相符。一旦確定采用泵送方式，應(yīng)通過改變砂率或添加泵送劑來調(diào)整混凝土配合比，達(dá)到降低混凝土阻性提高其流動性的目的。另外，不規(guī)范的澆筑操作會導(dǎo)致混凝土的配合比性能有所降低，因此設(shè)計(jì)方案應(yīng)詳細(xì)闡明混凝土配制的具體操作步驟，以及操作過程中需要注意的問題。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

3.1 掌握多種類型混凝土配合比技術(shù)要求

充分了解工程施工的技術(shù)要求是設(shè)計(jì)混凝土配合比的前提與基礎(chǔ)，為此設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)掌握與項(xiàng)目工程相關(guān)的信息，比如構(gòu)件尺寸、鋼筋之間的距離、工程要求達(dá)到的強(qiáng)度等級等等，然后以此為依據(jù)對水泥品種和石子粒徑進(jìn)行合理選擇。除此之外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)明確有關(guān)混凝土配制的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與工藝要求，并且能夠設(shè)計(jì)特種混凝土，而其設(shè)計(jì)的混凝土配合比應(yīng)能夠完全滿足項(xiàng)目工程的建設(shè)需求。對于大體積混凝土來說，設(shè)計(jì)其配合比時務(wù)必首先了解其施工技術(shù)要求，然后基于此來確定一些參數(shù)，比如強(qiáng)度等級、坍落度、初凝時間等等，接下來再對配合比進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，并通過不斷試驗(yàn)使其得到優(yōu)化[6]。在這一過程中，既要保證混凝土滿足強(qiáng)度要求，也要適當(dāng)控制水泥在混凝土中的百分比，并注意提高粉煤灰的使用量，這樣才能達(dá)到降低水化熱、減少經(jīng)濟(jì)成本、增強(qiáng)混凝土工作性能的目的。若需要設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比，應(yīng)對此類混凝土的流動性、保塑性、抗收縮性等進(jìn)行深入分析，也可在調(diào)配過程中通過改變石子粒徑以及膨脹劑與外加劑的添加量，來開展不同的試驗(yàn)，以便于獲得最佳配合比。在設(shè)計(jì)路面混凝土配合比時，應(yīng)重點(diǎn)考慮坍落度，并將控制對象確定為大粒徑石子摻入量，以保證混凝土的耐磨性滿足相關(guān)要求?？偟膩碚f，不同的工程對混凝土的強(qiáng)度、坍落度、流動性等均提出了不盡相同的要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在充分了解工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況對混凝土配合比進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

3.2 總結(jié)和統(tǒng)計(jì)混凝土配合比試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息

首先應(yīng)當(dāng)明確配制混凝土需要使用的原材料，及其性能指標(biāo)對配合比的影響，然后以設(shè)計(jì)要求為根據(jù)，通過計(jì)算得出配合比，最后形成混凝土配合比計(jì)算書。按照計(jì)算書的相關(guān)要求，將水膠比浮動幅度控制在±0.05 之間并開展三組試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)人員必須詳細(xì)記錄各種數(shù)據(jù)，比如混凝土的流動速度、抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時間等等[7]。試驗(yàn)結(jié)束后，及時對比分析每組試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇最佳配合比，并結(jié)合工程實(shí)際狀況對其進(jìn)行調(diào)整，以保證工程既具有良好的安全性與穩(wěn)定性，又能夠創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 結(jié)合施工實(shí)際嚴(yán)控混凝土生產(chǎn)過程

（1）對混凝土原材料的質(zhì)量關(guān)口進(jìn)行嚴(yán)格把控。在原材料流入工地之前必須落實(shí)相關(guān)的質(zhì)量檢驗(yàn)工作，如果發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)原材料，應(yīng)當(dāng)立即對其進(jìn)行更換，否則混凝土的配合比就會受到影響，其工作性能也必然會降低，進(jìn)而可對施工質(zhì)量與施工安全造成嚴(yán)重威脅。因此在配制混凝土?xí)r，應(yīng)基于對砂石料含水率的考慮來調(diào)整用水量，避免因含水率未得到及時調(diào)整而致使混凝土水膠比出現(xiàn)變動，從而無法保證混凝土的抗壓強(qiáng)度[8]。（2）注意檢測混凝土中的氯離子成分并控制外加劑與砂石的用量，若氯離子超標(biāo)，鋼筋銹蝕問題將會不可避免地產(chǎn)生。在混凝土配制過程中，在水泥和水量的使用上不得具有隨意性，應(yīng)以降低配制成本、保證混凝土強(qiáng)度為出發(fā)點(diǎn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來控制用量。

3.4 嚴(yán)格遵循混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求

在設(shè)計(jì)混凝土配合比時，首先應(yīng)明確施工工藝與工程建設(shè)狀況，然后對強(qiáng)度、耐久性、和易性等不同的配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行綜合考慮。一般情況下，混凝土拌和物的和易性主要與其保水性、黏結(jié)性、流動性等有關(guān)[9]。進(jìn)入混凝土成型養(yǎng)護(hù)階段以后，應(yīng)當(dāng)關(guān)注混凝土的力學(xué)性能，考慮其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度與抗變形能力。當(dāng)混凝土投入使用以后，其耐久性必須滿足工程需求，應(yīng)考慮其抗凍、抗裂、抗?jié)B透、抗侵蝕等能力[10]。總之，若要設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的混凝土配合比，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，充分了解相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，混凝土配合比直接關(guān)系到項(xiàng)目工程的整體施工質(zhì)量，而最佳配合比有利于同時兼顧施工質(zhì)量、施工安全與經(jīng)濟(jì)效益。為此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)對原材料、施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)部位等影響混凝土配合比的主要因素進(jìn)行深入分析，并從工程實(shí)際狀況出發(fā)采取合理可行的優(yōu)化策略，這樣才能獲得最理想的混凝土配合比設(shè)計(jì)方案，才能保證混凝土構(gòu)件具有良好的工作性能，確保工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量和后期使用安全。