系列混凝土配合比設(shè)計

尹科宇

（中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司科研院，陜西咸陽 71200）

國家大型水利樞紐工程，常常涉及到多種標(biāo)號不同特性要求的混凝土配合比。在實際工程施工中，考慮施工工藝、季節(jié)變化、等情況對混凝土工作度及設(shè)計的其他特殊要求，混凝土配合比的設(shè)計就成了一個繁重的工作，如何提高混凝土配合比設(shè)計的效率，是每個工地實驗室必須面對的問題。本文就結(jié)合《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》DL/T5330-2005和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ 55-2011的設(shè)計理論和要求，談?wù)勏盗信浜媳鹊脑O(shè)計。

1 混凝土配合比設(shè)計必須達(dá)到的基本要求

(1) 滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度等級要求。

(2) 滿足混凝土施工所要求的工作性。

(3) 滿足工程所處環(huán)境對混凝土耐久性要求。

(4) 滿足質(zhì)量、經(jīng)濟、環(huán)保節(jié)能要求選定貨源穩(wěn)定充足的原材料供應(yīng)商，配合比的設(shè)計盡可能節(jié)約水泥降低混凝土成本。

2 系列配合比的歸類

做一個系列的配合比，首先得從工程設(shè)計資料眾多混凝土標(biāo)號中歸納出一個系列的不同標(biāo)號混凝土。應(yīng)按照坍落度、粗骨料級配（即骨料最大粒徑）、選用水泥強度等級、原材料相同的要求歸類。

例如：工程需要坍落度 70～90mm，最大粒徑40mm、采用P.O42.5等級水泥及其他原材料相同的C20、C25、C30、C35、C40混凝土配合比設(shè)計可歸為一類。

3 混凝土配合比基本參數(shù)的確定

3.1 選定設(shè)計水膠比的范圍

根據(jù)選擇的系列混凝土強度標(biāo)號計算配制強度和水膠比，然后選定設(shè)計水膠比的范圍。

混凝土配制強度的計算及系列水膠比的確定：

A、B —回歸系數(shù)，應(yīng)根據(jù)工程使用的水泥、摻合料、骨料、外加劑等，通過試驗由建立的水膠比與混凝土強度關(guān)系式確定，當(dāng)無確定的關(guān)系時，可以按照表1進行選取（依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ 55-2011）。

表1 回歸系數(shù)A、B選用值

例如：根據(jù)以上歸類的系列混凝土標(biāo)號結(jié)合公式可計算并選擇水膠比范圍，見表2。

表2

3.2 用水量的確定

根據(jù)粗骨料的品種、粒徑、施工要求以及混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時損失確定施工混凝土拌合物坍落度，依據(jù)設(shè)計規(guī)程初步選定基準(zhǔn)配合比單方用水量。隨著混凝土外加劑的廣泛應(yīng)用，混凝土外加劑的添加能有效改善混凝土性能，降低水泥用量，有利于混凝土質(zhì)量、成本、環(huán)保節(jié)能的控制，混凝土外加劑的選用已成了混凝土配合比設(shè)計的基本要求。

依據(jù)混凝土配合比設(shè)計規(guī)程，其外加劑的減水率應(yīng)經(jīng)混凝土試驗確定。但具體應(yīng)通過怎樣的過程方法，由哪些控制指標(biāo)去確定外加劑的摻量和對應(yīng)的減水率卻沒有具體的描述。因外加劑的性能與摻量有對應(yīng)關(guān)系，在混凝土試驗中應(yīng)考慮混凝土的坍落度、和易性、坍落度經(jīng)時損失等指標(biāo)的情況下確定最佳摻量及對應(yīng)的減水率，（此時最佳摻量不是外加劑最大減水率對應(yīng)的最大摻量，而是最適應(yīng)混凝土工作性的摻量。）然后才能計算摻外加劑后的單方用水量。

在混凝土配合比設(shè)計過程中，會發(fā)現(xiàn)外加劑的摻量與混凝土的設(shè)計標(biāo)號有一定的關(guān)系。在坍落度要求一定的情況下，當(dāng)混凝土標(biāo)號偏小時其水泥漿用量也偏少，外加劑的摻量選擇不能太大，否則會因水泥漿的同步減少導(dǎo)致混凝土容易離析；在坍落度要求一定的情況下，混凝土標(biāo)號偏大時其水泥漿用量也較多，外加劑的摻量選擇不能太小，否則不能滿足降低水泥用量節(jié)約成本的要求。所以設(shè)計規(guī)程上提到的外加劑減水率不能簡單理解為生產(chǎn)廠家簡易摻量下對應(yīng)的最大減水率，而是通過實際試驗確定的摻量及對應(yīng)減水率。

3.3 砂率的確定

配合比最優(yōu)砂率的選擇，是在系列水膠比中選擇中間的水膠比（按上例可選0.55）作為基準(zhǔn)，根據(jù)骨料品種、品質(zhì)、粒徑、水膠比和砂的細(xì)度模數(shù)等先查表選擇，然后按規(guī)程計算基準(zhǔn)配合比并試拌，對初步確定的砂率通過增減砂率1%～2%進行試拌調(diào)整，在滿足坍落度、含氣量、和易性等混凝土拌合物的工作性要求下，選出坍落度最大時對應(yīng)的砂率，即為最優(yōu)砂率，此時的最優(yōu)砂率是基準(zhǔn)水膠比（例選0.55）對應(yīng)的最優(yōu)砂率。

3.4 膠材用量的確定

根據(jù)初步確定的用水量和水膠比，計算膠材用量，當(dāng)需要添加礦物摻合料時，用等量代換法進行初設(shè)礦物摻合料的摻量代換，計算水泥和礦物摻合料的各自用量。

3.5 粗骨料級配比例及用量的確定

因工程中粗骨料常用到多個級配，在確定混凝土配合比中粗骨料的摻配比例上，通過對不同摻配比例混合均勻的粗骨料，以緊密堆積密度最大法進行試驗來確定骨料級配比例。

不同水膠比配合比中粗骨料用量的確定，可依據(jù)混凝土配合比設(shè)計規(guī)程按質(zhì)量法或體積法確定。

4 混凝土配合比的試拌、調(diào)整和確定

4.1 調(diào)整和易性，確定基準(zhǔn)配合比

在系列水膠比范圍內(nèi)取中間水膠比（按上例可選0.55）后，初步計算配合比各種原材料的用量并進行試拌。混凝土拌合物攪拌均勻后測坍落度，并檢查其粘聚性和保塑性的好壞。如實測坍落度小于或大于設(shè)計要求，可保持水灰比不變，增加或減少用水量；如出現(xiàn)粘聚性較差，可適當(dāng)提高砂率1%～2%，每次調(diào)整后再試拌配合比直到符合要求為止。當(dāng)試拌工作完成后，記錄好各種材料調(diào)整后用量，并測定混凝土拌合物的表觀密度。此滿足工作性的配合比為基準(zhǔn)配合比。

4.2 系列水膠比的混凝土配合比試拌調(diào)整和確定

確定基準(zhǔn)配合比后，其他水膠比的配合比用水量與基準(zhǔn)配合比相同情況下，通過水膠比依次增減0.05，砂率可相應(yīng)增減1%調(diào)整砂率，試拌系列水膠比中其他水膠比對應(yīng)計算的配合比，并使其滿足工作性需要。當(dāng)不同水膠比的混凝土拌合物坍落度與要求值的差超過允許偏差時，可在水膠比不變的情況下通過增、減用水量調(diào)整。

在規(guī)程理論指導(dǎo)下通過試拌、試驗調(diào)整最終能確定出滿足混凝土拌合物工作性需要的系列配合比，然后成型混凝土立方體抗壓強度試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護到規(guī)定齡期進行抗壓強度試驗。根據(jù)試驗得出混凝土抗壓強度與水膠比關(guān)系曲線，用作圖法或計算法求出與混凝土配合比配置強度相對應(yīng)的水膠比。 然后依據(jù)系列配合比計算不同原材料的用量，試拌不同混凝土配置強度相對應(yīng)水膠比的配合比，驗證其工作性。稱量混凝土拌合物容重計算配合比校正系數(shù)，最終確定不同混凝土標(biāo)號的同系列混凝土配合比。

5 特殊要求混凝土配合比的設(shè)計

針對有抗?jié)B、抗凍、抗裂等要求的混凝土配合比設(shè)計，其理論思路和普通混凝土配合比相同，只需結(jié)合混凝土配合比設(shè)計規(guī)程中相應(yīng)的特殊要求進行調(diào)整試拌試驗驗證，最后選定出適合特殊性能的混凝土配合比。

6 混凝土配合比設(shè)計應(yīng)注意的問題

(1)原材料必須合格，且在做系列混凝土標(biāo)號配合比設(shè)計過程中用相同原材料。確保不會因為原材料的差異而影響系列配合比設(shè)計。

(2)因系列配合比涉及水膠比較多，可能會出現(xiàn)在相同用水量情況下砂率變化較大，而產(chǎn)生混凝土拌合物的工作性差異較大，甚至不滿足工作性要求，此時可適當(dāng)調(diào)節(jié)用水量和外加劑的摻量來改善混凝土拌合物的工作性，滿足工程施工對混凝土的性能要求。本文混凝土拌合物的工作性為混凝土坍落度、和易性，混凝土坍落度經(jīng)時損失，含氣量等性能指標(biāo)。

(3)在不同混凝土標(biāo)號歸類時，應(yīng)區(qū)分偏低和高強混凝土標(biāo)號對水泥強度等級的選擇，合理的水泥強度等級選擇可改善混凝土的和易性、降低水泥用量。同時還應(yīng)考慮混凝土耐久性要求結(jié)合規(guī)程，選擇合適的膠材用量和水膠比。

(4)對設(shè)計配合比原材料的檢測項目盡可能全面，以便在實際工程施工過程中，當(dāng)原材料有變化時能對比參考，動態(tài)掌握混凝土性能的變化。尤其在骨料考慮是干燥狀態(tài)還是飽和面干狀態(tài)下進行混凝土配合比的設(shè)計，都必須認(rèn)真檢測骨料的吸水率，為滿足混凝土拌合物的坍落度及時調(diào)整生產(chǎn)中骨料吸水變化所產(chǎn)生的用水量。