混凝土配合比设计问题研究

摘要：对混凝土配合比设计中值得注意的几个问题进行分析，并提出相应的防治措施。

关键词：混凝土；配合比设计；评定；问题；防治

混凝土是现代建筑主要建筑材料之一，也是目前世界上生产量最大的人造材料。在现代土建工程中的铁路与公路的隧道、大桥，水利水电的大坝、电站，河道整治中的河堤、河坝，工业与民用建筑等各项工程中，混凝土对整个工程的质量和成本影响，起着举足轻重的作用。混凝土配合比设计牵涉到几个方面的内容：一要保证混凝土硬化后的强度和所要求的其他性能和耐久性；二要满足施工工艺易于操作而又不遗留隐患的工作性；三是在符合上述两项要求下选用合适的材料和计算各种材料用量；四是对上述设计的结果进行试配、调整，使之达到工程的要求；五是达到上述要求的同时，设法降低成本。

普通混凝土是由水泥、水、砂、石四种材料组成的，混凝土配合比设计就是解决4种材料用量的3个比例，即水灰比、砂率、胶骨比（胶凝体与骨料的比例）。

根据笔者的观察和较深入的了解，认为混凝土在配合比设计方面应注意以下几个问题：a） 配合比设计前的准备工作应充分；b） 区分数理统计及非数理统计方法评定混凝土强度的不同；c） 在保证质量的前提下，应注重经济效益。

1 配合比设计前的准备工作应充分

在配合比设计前，设计人员要做好下列工作：

1.1 掌握设计图纸对混凝土结构的全部要求，重点是各种强度和耐久性要求及结构件截面的大小、钢筋布置的疏密，以考虑采用水泥品种及石子粒径的大小等参数；

1.2 了解是否有特殊性能要求，便于决定所用水泥的品种和粗骨料粒径的大小；

1.3 了解施工工艺，如输送、浇筑的措施，使用机械化的程度，主要是对工作性和凝结时间的要求，便于选用外加剂及其掺量；

1.4 了解所能采购到的材料品种、质量和供应能力。

根据这些资料合理地选用适当的设计参数，进行配合比设计。

2 区分统计方法及非统计方法评定混凝土强度的不同

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55―2011），当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度应按下式计算：

fcu，0≥fcu，k+1.645σ （1）

式中：fcu，0―混凝土配制强度（MPa）；

fcu，k―混凝土立方体抗压强度标准值，这里取设计混凝土强度等级值（MPa）；

σ―混凝土强度标准差（MPa）。

a） 当具有近1个月～3个月的同一品种、同一强度等级混凝土的强度资料时，其混凝土强度标准差σ应按下式计算：

式中，fcu，i――第i组的试件强度（MPa）；mfcu――n组试件的强度平均值（MPa）；n――试件组数，n值应大于或者等于30。对于强度等级不大于C30的混凝土：当σ计算值不小于3.0MPa时，应按照计算结果取值；当σ计算值小于3.0MPa时，σ应取3.0MPa。对于强度等级大于C30且不大于C60的混凝土：当σ计算值不小于4.0MPa时，应按照计算结果取值；当σ计算值小于4.0MPa时，σ应取4.0MPa。

b） 当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差σ可按表1取值。

表1 标准差σ值（MPa）

混凝土强度标准值 ≤C20 C25～C45 C50～C55

σ 4.0 5.0 6.0

根据此公式，配制C40砼（以C40砼为例）的强度为：

fcu，0≥40+1.645x5.0=48.2MPa （2）

在正常情况下，（2）式可以采用等号，但当现场条件与试验条件有显著差异时，或重要工程对混凝土有特殊要求时，或30级及其以下强度混凝土在工程验收采用非统计方法评定时，则应采用大于号。

《混凝土强度检验评定标准》（GB/T 50107-2010）中对混凝土抗压强度合格标准的评定方法分统计法和非统计法两种。下面着重比较采用统计法和非统计方法评定的差异之处。[《混凝土强度检验评定标准》（GB/T 50107-2010）中对混凝土抗压强度合格标准的评定方法为例]

2.1 采用统计方法评定

试件≥10组时，应以统计方法按下述条件评定：

≥+.（3）

≥. （4）

式中：――同一检验批混凝土立方体抗压强度的平均值（N/mm2），精确到0.1 （N/mm2）；

――混凝土立方体抗压强度标准值（N/mm2），精确到0.1（N/mm2）；

――同一检验批混凝土立方体抗压强度的最小值（N/mm2），精确到0.1（N/mm2）。

――同一检验批混凝土立方体抗压强度的标准差（N/mm2），精确到0.01（N/mm2）；当检验批混凝土强度标准差计算值小于2.5N/mm2时，应取2.5N/mm2；

、――合格评定系数，按表2取用；n――本检验期内的样本容量。

表2 混凝土强度的合格评定系数

试件组数 10-14 15-19 ≥20

1.15 1.05 0.95

0.90 0.85

由公式（3）、（4）可计算得（假定试件组数为10～14组标准差取2.5 N/mm2）：

≥40+1.15×2.5=42.9MPa，≥0.9×40=36.0MPa.

因此，只要该批试件的平均强度大于等于42.9MPa，且 ≥36.0MPa，即可判定为合格。

2.2 采用非统计方法评定

试件少于10组时，可用非统计方法按下述条件进行评定：

≥.（5）

≥.（6）

式中：字母含义同统计法公式；

、――合格评定系数，应按表3取用。

表3 混凝土强度的非统计法合格评定系数

混凝土强度等级

1.15 1.10

0.95

若按公式（5）、（6）评定，则合格的条件为：

≥1.15×40=46.0MPa ≥0.95×40=38.0MPa

从两种评定方法来看，最低值均易于保证，但后者的平均值比前者高出46-42.9=3.1MPa，在实际工程中，由于结构部位的不同，往往应用不同的评定方法，但很多单位仅按统计的方法进行混凝土配合比设计，导致实际试配强度均达不到理论计算值。对于一般单位而言，在一个工程中通常只有混凝土配合比，加之管理不到位，也往往用于要求非统计方法的工程部位，结果出现评定后混凝土强度达不到设计要求的后果。

3 在保证质量的前提下，应注重经济性

不少单位在配合比设计时纯粹是追求强度达到设计强度等级，按规范要求或以往经验进行一组配合比设计，试配后强度达到要求就算完成了；若达不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，很少从材料调配、经济效益、混凝土工作质量等方面综合考虑。水泥用量过多，往往导致混凝土收缩裂缝的产生和徐变增大，而且也相应增加了成本。

防治措施：在规范要求允许的条件下，配制不同的配合比，从经济、工作性能、质量等方面综合考虑择优选用，并应针对不同施工部位、不同评定方法给予适当调整，尽量避免凡是同一强度均使用一个配合比的做法。试验室还应收集每次配合比及施工情况的详细数据，并注意对这些数据进行统计分析，以便得出水灰比、用水量、砂率、水泥用量范围及σ 数值，日积月累，就能成为一个很可观、很宝贵的参考资料，对以后的施工将会起到不可估量的作用。以上是本人在工作中的一些看法，若有不当之处，还望各位专家同仁们指正。

参考文献：

[1] GB/T50107--2010 《混凝土强度检验评定标准》

[2] JGJ55―2011 《普通混凝土配合比设计规程》

[3] 现代混凝土配合比设计手册

[4] GB50204―2002 《混凝土结构工程施工质量验收规范》