浅谈混凝土配合比设计及应用

关键词：混凝土 原材料 配合比设计 生产配合比

混凝土是主要由砂、石、水泥和水等材料按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而成的工程复合材料，具有原材料来源广泛、便于施工、能适应各种使用环境、经久耐用等特点，因此，其用途越来越广泛，在建筑工程中的地位不断提高。根据所在部位及使用环境的不同，混凝土可分为：抗渗混凝土、抗冻混凝土、高强混凝土、泵送混凝土和大体积混凝土等。因不同种类混凝土的技术要求不同，故在进行配合比设计时需要考虑的因素也有所区别。本文中主要讲述的是普通混凝土的配合比设计。所谓普通混凝土，是指干表观密度为2000kg/m3～2800kg/m3的混凝土。混凝土配合比是生产、施工的关键环节之一，对于保证混凝土工程质量和节约资源具有重要意义。

现结合以往工作经验，简要分析一下混凝土配合比设计的步骤和需要注意的几个方面。

一、首先要选用合适的原材料

1、砂

1）砂的粗细程度按细度模数分为粗、中、细、特细四级，配制泵送混凝土，宜选用中砂。

2）除特细砂外，砂的颗粒级配可按公称直径630μm筛孔的累计筛余量，分成三个级配区：Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，且砂的颗粒级配应处其中的某一区内。配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。当采用Ⅰ区砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，满足混凝土的和易性；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率。

3）不同强度等级的混凝土对含泥量、泥块含量等指标的要求有所不同。

4）对于长期处于潮湿环境的重要结构用砂应进行骨料的碱活性检验。

2、石

1）碎石或卵石的颗粒级配应符合相关标准要求。混凝土用石应采用连续粒级，单粒级宜用于组合成满足要求的连续粒级，也可与连续级混合使用，以改善其级配。

2）不同强度等级的混凝土对针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、压碎指标值等指标的要求有所不同。

3、水泥

1）通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。因混合材料的不同，不同品种的水泥的性能指标也有所不同，从而影响混凝土的性能，在进行混凝土配合比设计时，应充分考虑到这一点。

2）水泥的性能指标一般包括：凝结时间、安定性、强度、细度、不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子等。

4、水

凡是符合国家标准的生活饮用水都可作为混凝土拌合用水。对于地表水与地下水、再生水、海水、饮用水认为性质可疑的水，都必须经过检验后方可使用。 拌合水应不影响混凝土的和易性与凝结；不影响混凝土强度的发展；不降低混凝土的耐久性；不加快钢筋的锈蚀及导致预应力钢筋的脆断；不污染混凝土表面。

5、外加剂

1）混凝土外加剂包括：高性能减水剂、高效减水剂、普通减水剂、引气减水剂、泵送剂、早强剂、缓凝剂及引气剂等八类。

2）根据不同混凝土的技术性能要求恰当地选择外加剂品种，可以大大改善新拌和硬化混凝土的性能，促进混凝土新技术的发展，促进了工业副产品在胶凝材料系统中的应用，还有助于节约资源和环境保护。混凝土外加剂已逐步成为优质混凝土必不可少的材料。

二、混凝土配合比设计的计算

混凝土配合比设计中粗、细骨料用量的计算可采用质量法和体积法，但在实际工程中通常采用质量法。与质量法比较，体积法需要测定水泥和矿物掺合料的密度以及骨料的表观密度等，对技术条件要求较高。现以质量法为例，简要讲述一下C60以下的普通混凝土配合比设计的计算。

1、当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度应按下式确定： ≥ +1.645

式中： ——混凝土配制强度（MPa）； ——混凝土立方体抗压强度标准值，这里取混凝土的设计强度等级值（MPa）； ——混凝土强度标准差（MPa）， 一般取值为：4.0（≤C20时）、5.0（C25～C45时）、6.0（C50～C55时）。

2、水胶比

当混凝土强度等级小于C60时，混凝土水胶比宜按下式计算：W/B=

式中：W/B——混凝土水胶比； 、 ——回归系数，碎石时， =0.53、 =0.20，卵石时， =0.49、 =0.13； ——胶凝材料28d胶砂抗压强度（MPa），可实测，当无实测值时，可按公式 = 计算，式中 、 分别为粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数， 为水泥28d胶砂抗压强度（MPa）。

3、用水量和外加剂用量

1）每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量（ ）可查表选取；

2）掺外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量（ ）可按下式计算： = （1- ）

式中： ——计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m3）； ——未掺加外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m3）。 ——外加剂的减水率（%），应经混凝土试验确定。

3）每立方米混凝土中外加剂用量（ ）应按下式计算： =

式中： ——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量（kg/m3）； ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3）； ——外加剂掺量（%），应经混凝土试验确定。

4、胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量

1）每立方米混凝土的胶凝材料用量（ ）应按下式计算，并应进行试拌调整，在拌合物性能满足的情况下，取经济合理的胶凝材料用量。

=

式中： ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3）； ——计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m3）； / ——混凝土水胶比。

2）每立方米混凝土的矿物掺合料用量（ ）应按下式计算： =

式中： ——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量（kg/m3）； ——矿物掺合料掺量（%）。

3）每立方米混凝土的水泥用量（ ）应按下式计算： = -

式中： ——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量（kg/m3）。

5、砂率

砂率（ ）应根据骨料的技术指标、混凝土拌合物性能和施工要求，参考既有历史资料确定；当缺乏砂率的历史资料时，混凝土砂率的确定可查表选取或作适当调整。

6、粗、细骨料用量

当采用质量法计算混凝土配合比时，粗、细骨料用量应按式（1）计算；砂率应按式（2）计算。

+ + + + = （1）

= ×100% （2）

式中： ——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m3）； ——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量（kg/m3）； ——砂率（%）； ——每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg），可取2350kg/m3～2450kg/m3。

三、混凝土配合比试配、调整与确定

混凝土试配应采用强制式搅拌机进行搅拌，搅拌方法宜与施工采用的方法相同。每盘混凝土试配的最小搅拌量应符合相关规定，并不应小于搅拌机公称容量的1/4且不应大于搅拌机公称容量。试验室成型条件应符合相关标准的规定。

1、在计算配合比的基础上进行试拌。计算水胶比宜保持不变，并应通过调整配合比其他参数使混凝土拌合物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出试拌配合比。

2、在试拌配合比的基础上应进行混凝土强度试验。应采用三个不同的配合比，其中一个为试拌配合比，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加和减少0.05，用水量应与试拌配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。拌合物性能应符合设计和施工要求。每个配合比应至少制作一组试件，并应标准养护到28d或设计规定龄期时试压。

3、配合比的调整与确定。根据混凝土强度试验结果，绘制强度和胶水比的线性关系图或插值法确定略大于配制强度对应的胶水比；在试拌配合比的基础上，各种原材料用量应根据确定的水胶比作相应调整。

四、在生产配合比的调整及施工控制中应注意的问题

1、严格控制混凝土施工时的用水量：在实际施工中，操作者为方便施工，擅自增加用水量而不管强度是否能达到要求；再加上现场管理不到位，对水灰比缺少严格的控制，使混凝土实际用水量大于理论用水量，从而导致混凝土强度的降低。

2、调整生产配合比时，应准确测量现场砂、石的实际含水量：试验室确定的配合比需根据现场砂、石的含水量作进一步调整后方可使用。实际施工中普遍存在未准确测量，而是只目测估计砂、石的实际含水量的现象，这样做会导致生产配合比不准确，从而影响混凝土性能。

3、砂、石材料应准确计量：不少施工单位在施工时贪图方便，未准确计量骨料重量，而是用车粗略控制，从而导致了砂、石材料用量的偏差。这样做的后果将直接影响混凝土的性能。

4、在保证质量的前提下，应注重经济效益：有些单位在进行配合比设计时基本是只考虑设计强度，而忽略了经济效益，从而有可能导致水泥用量偏高。水泥用量并不是越多越好，水泥用量过多，往往会导致混凝土收缩裂缝的产生，也相应增加了生产成本。

结束语：

一种好的混凝土配合比，一方面在于设计时考虑全面，运用恰当，另一方面在于施工中的严格控制，只有科学规范地施工才能从中获得效益，所以科学的应用混凝土配合比，保证工程质量，降低生产成本，才是混凝土配合比设计的最终目的。

参考资料：

《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ 55-2011

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》 JGJ 52-2006

《通用硅酸盐水泥》 GB 175-2007

《混凝土用水标准》 JGJ 63-2006

《混凝土外加剂》GB 8076-2008