水工普通混凝土配料單分析與計(jì)算

李紅軍，隆文非，鄒小平

(1.四川省武都引水工程蓬船灌區(qū)建設(shè)管理局，四川 遂寧 629100；2.四川省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全技術(shù)中心，四川 成都 610000；3.四川精衡信建設(shè)工程檢測(cè)有限公司，四川 瀘州 646000)

1 概述

水工普通混凝土配料單是在經(jīng)批準(zhǔn)的基準(zhǔn)施工配合比基礎(chǔ)上，根據(jù)原材料物理性能檢測(cè)結(jié)果而計(jì)算出的每方混凝土材料用量配置表，是混凝土拌和生產(chǎn)最基本的技術(shù)依據(jù)?；炷僚淞蠁斡?jì)算可分為6個(gè)步驟：①填寫配料單基本資料；②計(jì)算用砂量與砂料含水量；③計(jì)算粗骨料用量；④計(jì)算外加劑用量；⑤計(jì)算混凝土總體實(shí)際用水量；⑥配料單復(fù)核驗(yàn)證。

在計(jì)算混凝土配料單之前，要讀懂混凝土配合比設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)含義及原則，理解粗細(xì)骨料的狀態(tài)含水物理含義及計(jì)算，要對(duì)生產(chǎn)使用的骨料表面含水率及飽和面干吸水率等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和準(zhǔn)確計(jì)算，以便調(diào)整實(shí)際用水量，是避免混凝土配料單錯(cuò)算錯(cuò)用的有效途經(jīng)。在計(jì)算混凝土配料單時(shí)，要考慮骨料超遜徑含量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)其用量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

因?qū)胶土霞巴饧觿┑膿搅?、骨料的狀態(tài)含水、配料的計(jì)算基準(zhǔn)和方法等方面的標(biāo)準(zhǔn)存在行業(yè)有別，用詞不統(tǒng)一，配料的計(jì)算沒(méi)有算式等，再加上從業(yè)人員認(rèn)識(shí)上的偏差，混凝土配料單錯(cuò)算錯(cuò)用情況不少，給混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)質(zhì)量與安全隱患，應(yīng)當(dāng)引起從業(yè)者高度重視。

2 摻和料及外加劑

膠凝材料是指混凝土中水泥和礦物摻合料的總稱。膠凝材料用量是指混凝土中水泥用量和礦物摻合料用量之和。

礦物摻合料是指以硅、鋁、鈣等一種或多種氧化物為主要成分，具有規(guī)定的細(xì)度，能改善普通混凝土性能的粉體材料。主要包括粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰、石灰石粉、鋼渣粉、磷渣粉、沸石粉和復(fù)合等。礦物摻合料摻量(βb)是指礦物摻合料用量占膠凝材料用量的質(zhì)量百分比。在礦物摻合料用量計(jì)算時(shí)，時(shí)常用mp=βb×mc式計(jì)算，出現(xiàn)錯(cuò)用錯(cuò)算。正確計(jì)算式：

(1)

外加劑是指在混凝土拌制之前或拌制過(guò)程中加入的，用于改善新拌制混凝土和(或)硬化混凝土性能，對(duì)人、生物和環(huán)境安全無(wú)有害影響的材料。外加劑摻量是指外加劑用量相對(duì)于膠凝材料用量的質(zhì)量百分比(β)，外加劑用量按下式計(jì)算[1-2]：

mβ=β×(mc+mp)

(2)

施工配合比一般是以每m3普通混凝土中各種材料的用量表示，配料單中摻和料及外加劑用量直接給出，只需按每盤混凝土方量進(jìn)行調(diào)整，錯(cuò)用錯(cuò)算情況較少。

3 骨料的狀態(tài)含水計(jì)算

(1)規(guī)范GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》規(guī)定，砂的狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)用含水率和飽和面干吸水率表示[3]；規(guī)范GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》規(guī)定，石的狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)用含水率和吸水率表示[4]。吸水率的叫法出現(xiàn)了差異，雖然石的吸水率指標(biāo)名稱少了“飽和面干”幾個(gè)字，但其實(shí)質(zhì)仍為飽和面干吸水率。含水率和飽和面干吸水率計(jì)算公式如下：

含水率計(jì)算公式：

(3)

式中，ω(s、g)0—砂或石含水率，%；m(s、g)0—砂或石樣質(zhì)量，g；m(s、g)s—烘干砂或石樣質(zhì)量，g。

飽和面干吸水率計(jì)算公式：

(4)

式中，ω(s、g)sat—砂或石樣飽和面干吸水率，%；m(s、g)sat—砂或石樣飽和面干質(zhì)量，g；m(s、g)s—砂或石樣烘干質(zhì)量，g。

(2)規(guī)范JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，砂、石的狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)用吸水率和含水率表示[5]。同規(guī)范GB/T 14685—2011一樣，吸水率的叫法出現(xiàn)了差異，雖然砂、石的吸水率指標(biāo)名稱少了“飽和面干”幾個(gè)字，但其實(shí)質(zhì)仍為飽和面干吸水率。吸水率和含水率計(jì)算公式與GB/T 14684—2011中的砂、GB/T 14685—2011中的石相同。

(3)規(guī)范SL 352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，砂、石的狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)用吸水率、飽和面干吸水率、表面含水率表示[6]。與GB/T 14684—2011中的砂、GB/T 14685—2011中的石相比，多了一項(xiàng)表面含水率。

砂、石表面含水率計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

式中，ω(s)sur、ω(g)sur—砂、石表面含水率，%；G(s)0、G(g)0—濕砂、石質(zhì)量，g；G(s)sat、G(g)sat—飽和面干砂、石質(zhì)量，g；G1—濕砂+容量瓶+排水后水質(zhì)量，g；G2—容量瓶+裝滿水質(zhì)量，g；ρsat——飽和面干砂表觀密度，g/cm3。

綜上所述， SL 352—2006、GB/T 14684—2011、GB/T 14685—2011和JGJ 52—2006四本規(guī)范表征粗細(xì)骨料的狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)用詞不統(tǒng)一，容易混淆，易錯(cuò)用混用，致使混凝土配料單錯(cuò)用錯(cuò)算。其實(shí)，表征粗細(xì)骨料的狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)只有含水率、飽和面干吸水率和表面含水率3個(gè)，其他的只是名稱或叫法不同而已。

為了避免狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)的錯(cuò)用混用，須完整正確理解狀態(tài)含水項(xiàng)目或指標(biāo)的物理意義及計(jì)算方法：骨料含水率是指骨料中水的質(zhì)量與骨料干質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)；飽和面干吸水率是指骨料飽和面干時(shí)骨料中水的質(zhì)量與骨料干質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)；表面含水率是指骨料表面含水量占飽和面干質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；骨料表面含水量是指骨料總含水量減去飽和面干含水量。規(guī)范明確，砂表面含水率是砂料穩(wěn)定或溫控所需的表面含水率試驗(yàn)項(xiàng)目，砂的表面含水率大于6%，水膠比控制及普通混凝土拌和物出機(jī)口坍落度穩(wěn)定性得不到保障，對(duì)普通混凝土溫度控制也非常不利[7-8，15-16]。

4 配料計(jì)算原則分析

4.1 普通混凝土配合比表示方法

普通混凝土配合比表示方法包括單位用量表示法和相對(duì)用量表示法兩種。單位用量為每m3普通混凝土中各種材料的用量。更多用于實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整后配合比表示法。相對(duì)用量表示法：以水泥的質(zhì)量為1，并按“水泥∶摻和料∶細(xì)集料∶粗集8料∶外加劑∶水”的順序排列表示。更多用于試驗(yàn)室試配工作。兩種表示法可以互換。普通混凝土配合比表示法示例見表1。

表1 普通混凝土C30配合比表示法示例表

4.2 混凝土配合比材料計(jì)算原則

規(guī)范JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》第3.0.2條款規(guī)定：普通混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)采用工程實(shí)際使用的原材料，并應(yīng)滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求。配合比設(shè)計(jì)應(yīng)以干燥狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)，細(xì)骨料含水率應(yīng)小于0.5%，粗骨料含水率應(yīng)小于0.2%[9]。

規(guī)范SL 352—2006附錄A.3.1條款規(guī)定：普通混凝土配合比計(jì)算應(yīng)以飽和面干狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)[6]。

規(guī)范DL/T 5330—2015《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》第4.1.0條款規(guī)定：普通混凝土配合比計(jì)算應(yīng)以飽和面干狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)[10]。該條款條文說(shuō)明進(jìn)一步解釋：普通混凝土配合比計(jì)算，以飽和面干狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)，是水工普通混凝土配合比設(shè)計(jì)特點(diǎn)之一，也是水工普通混凝土配合比設(shè)計(jì)與建工配合比設(shè)計(jì)不同之處，比較符合水工普通混凝土施工實(shí)際情況。在水工普通混凝土配料單計(jì)算時(shí)，既沒(méi)有認(rèn)真讀懂配合比，也未區(qū)分是水工混凝土還是建工混凝土，拿到單子就計(jì)算，配料單錯(cuò)用錯(cuò)算情況不少。

按建工要求設(shè)計(jì)的配合比，用于建工行業(yè)。配料單計(jì)算結(jié)果只會(huì)“砂石增用水減”。按水工要求設(shè)計(jì)的配合比，用于水工行業(yè)。當(dāng)骨料含水率大于飽和面干吸水率時(shí)，配料單計(jì)算結(jié)果是“砂石增用水減”，當(dāng)骨料含水率小于飽和面干吸水率時(shí)，配料單計(jì)算結(jié)果是“砂石減用水增”，當(dāng)骨料含水率等于飽和面干吸水率時(shí)，配料單計(jì)算結(jié)果是“不增也不減”，用表面含水率進(jìn)行計(jì)算，配料單計(jì)算結(jié)果是“砂石增用水減”，因?yàn)楸砻婧试囼?yàn)條件是砂石含水量大于飽和面干含水量。工程實(shí)例中個(gè)別配料單上用負(fù)的表面含水率參與計(jì)算，是對(duì)表面含水率誤讀誤用，應(yīng)該視為配料單錯(cuò)用錯(cuò)算。

5 普通混凝土配料單計(jì)算公式推導(dǎo)

5.1 建工普通混凝土配料單計(jì)算公式

(1)配料單砂質(zhì)量計(jì)算公式：

m(s)1=(1+ω(s)0)×m(s)0

(7)

式中，m(s)1—配料單砂質(zhì)量，kg；ω(s)1—砂含水率，%；m(s)0—配合比砂質(zhì)量，kg。

(2)配料單石質(zhì)量計(jì)算公式：

m(g)1=(1+ω(g)0)×m(g)0

(8)

式中，m(g)1—配料單石質(zhì)量，kg;ω(g)1—石含水率,%;m(g)0—配合比石質(zhì)量,kg。

(3)配料單加水量計(jì)算公式：

mω1=mω0-ω(s)1×m(s)0-ω(g)1×m(g)0

(9)

式中，mω0、mω1—配料單加水量,kg；m(s)0、m(g)0—配合比砂、石質(zhì)量,kg；ω(s)1、ω(g)1—砂、石含水率,%。

5.2 水工普通混凝土配料單計(jì)算公式

(1)配料單砂質(zhì)量計(jì)算公式:

(10)

式中，m(s)1—配料單砂質(zhì)量，kg;ω(s)1—砂含水率,%;ω(s)sat—砂飽和面干吸水率,%;m(s)0—配合比砂質(zhì)量，kg;ω(s)sur—砂表面含水率,%。

(2)配料單石質(zhì)量計(jì)算公式：

(11)

式中，m(g)1—配料單石質(zhì)量，kg;ω(g)1—石含水率,%;ω(g)sat—石飽和面干吸水率,%;m(g)0—配合比砂質(zhì)量，kg;ω(g)sur—石表面含水率,%。

(3)配料單加水量計(jì)算公式：

mω1=mω0-ω(s)sur×m(s)0-ω(g)sur×m(g)0

(12)

式中，mω0、mω1—配料單加水量,kg；ω(s)sat、ω(g)sat—砂、石飽和面干吸水率,%;m(s)0、m(g)0—配合比砂、石質(zhì)量，kg;ω(s)1、ω(g)1—砂、石含水率,%;ω(s)sur、ω(g)sur—砂、石表面含水率,%。

上面推導(dǎo)了配料單計(jì)算公式，可供有關(guān)人員參考使用。使用時(shí)要分清楚是水工混凝土配料單計(jì)算，還是建工混凝土配料單計(jì)算，要分清楚是用含水率、飽和面干吸水率進(jìn)行計(jì)算，還是用表面含水率進(jìn)行計(jì)算，不要錯(cuò)用錯(cuò)算[11-14]。

6 配料單錯(cuò)算錯(cuò)用實(shí)例剖析

配料單錯(cuò)算錯(cuò)用實(shí)例是根據(jù)水利部專家組稽察某輸水工程普通混凝土襯砌C30配合比配料單時(shí)，開出嚴(yán)重不合實(shí)例的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)延，詳見表2。

配料單Ⅰ：計(jì)算普通混凝土配料單時(shí)，水工普通混凝土以飽和面干狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)錯(cuò)用了建筑工以干燥狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)，配料單嚴(yán)重出錯(cuò)。

配料單Ⅱ：計(jì)算普通混凝土配料單時(shí)，含水率錯(cuò)用吸水率值，飽和面干吸水率錯(cuò)用含水率值，配料單也嚴(yán)重出錯(cuò)。

配料單Ⅲ：配料單計(jì)算時(shí)，用了含水率-吸水率得到含水率差值，進(jìn)行配料單計(jì)算，雖然在本例含水率吸水率條件下，計(jì)算誤差不大，但是計(jì)算方法不對(duì)，也是錯(cuò)算的一種。

表2 普通混凝土襯砌C30配合比配料單錯(cuò)算錯(cuò)用案例表

7 結(jié)語(yǔ)

水工普通混凝土配料單分析計(jì)算是混凝土拌和物生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，錯(cuò)算錯(cuò)用會(huì)改變拌和物水膠比、砂率、坍落度、和易性等質(zhì)量性能，既影響澆筑施工，又會(huì)導(dǎo)致混凝土實(shí)體質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，給混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件帶來(lái)安全隱患，工程實(shí)際中常常有類似情況發(fā)生。希望本文能夠?yàn)閺氖滤せ炷潦┕さ墓こ碳夹g(shù)人員提供參考，為提高水利工程中的混凝土質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。

本文主要針對(duì)水工普通混凝土配料單錯(cuò)算錯(cuò)用問(wèn)題進(jìn)行了分析，在水利工程施工中具有實(shí)踐意義。有興趣的讀者可對(duì)泵送、碾壓混凝土配料單相關(guān)方面問(wèn)題進(jìn)行探討。