关于泵送混凝土配合比设计方法的剖析

摘要:因现今社会基础建设中商品混凝土的普应用，施工浇筑方法以泵送浇筑为主导，而要求混凝土以大流动性混凝土为前提的施工工艺。为保证浇筑质量及保证浇筑施工进度而提高工程效益根据混凝土流动性能及泵送混凝土（大流动性混凝土）生产实践，本人提出以混凝土振实密度为基础的配合比设计方法。

关键词：商品混凝土 粘弹性 流动性 水胶比 砂率 浆骨比 泵送施工 取代

中图分类号：TV331文献标识码： A

一、以振实密度密度法进行配合比设计的理论基础

泵送混凝土应具有一定的流动性能。从流变学的角度，流动性混凝土作为宾汉姆体，具有一定的粘弹性。只有混凝土在自身重力作用下克服浆体的粘性和剪切力，混凝土才能产生变形既流动。这就要求混凝土具有以下两点：

①粗骨料不能产生机械咬合，既粗骨料与浆体的体积比应在适度的比例；

②浆体的黏度适中。黏度过大，混凝土自重不足以克服其粘滞阻力，影响混凝土流动性，黏度太小，砂浆无法包裹石子，混凝土产生分离，粘聚性不能满足要求，泵送施工时容易造成堵管。

在组成混凝土的各种材料中，对混凝土的流动性能影响最大的是粗骨料的含量。

对黏度影响最大的是用水量以及外加剂的掺量和性能。

二、各种材料体积比例

在探讨泵送混凝土时，首先要了解其各种材料在混凝土中所占的比例。

在混凝土分析时我们知道，石子在混凝土中的体积基本没有变化，水的体积也是在一个很小的范围变化，而胶凝材料和砂的体积比例随强度等级的变化有明显的改变。石子在混凝土的体积基本不变，这意味着石子与浆体的体积比相对固定；在用水量相对不变时，胶凝材料体积的增加意味着水胶比的降低。石子与浆体的体积比决定了混凝土的流动性能，用水量和胶凝材料的体积比例决定着混凝土的粘聚性和强度。

三、泵送混凝土分析

通过对混凝土比例的分析，混凝土具备以下特点：

①泵送混凝土应具有一定的流动性

②粗骨料的粒径和级配、砂子的细度模数、混凝土强度等级（水胶比）、掺合料的种类及掺量、单方用水量等对混凝土的流变性能具有不同的影响作用。

③决定混凝土流动性能的主要因素是浆骨比，其中石子含量影响最大；石子含量过大，浆体包裹不实，混凝土无法泵送。石子含量过小使混凝土强度降低。

④用水量以及外加剂掺量和性能对粘度影响显著。

⑤设计混凝土配合比时，强度是很容易达到的，重点要考虑混凝土的和易性和耐久性。

混凝土从流变学的角度看，要求混凝土能够在自身重力或外力作用下，克服剪切力和粘滞阻力，这就要求石子之间有足够的砂浆层来。同时为保证混凝土的粘聚性，混凝土必须具有适度的粘性，这就要求控制用水量和合理使用外加剂。较低的用水量会使混凝土具有较好的密实度。混凝土的抗渗性能和抗侵蚀性能得到提高，耐久性更加得以保证。

四、泵送混凝土配合比设计思路

基于以上的混凝土分析，提出首先要确定石子体积的方法进行泵送混凝土配合比设计。确定了石子的体积，就确定了混凝土的骨浆比，既确定了混凝土的流动性能。

基本思路是：以石子的振实密度为基础，按不同的流动性能要求确定石子的体积系数，得出单方石子用量。再按不同强度等级确定水胶比和用水量，取不同的掺和料取代率，计算水泥、掺和料的用量，扣除含气量后的体积，既为砂子的体积。

五、配合比设计

可用以下两个公式确定试配强度

1.fcu.o≥fcu.k+1.645σ

2.fcu.o=1.2 fcu.k+4

进行配合比设计前,首先测出水泥、掺和料、砂石等各种原材料的表观密度和石子的振实密度。以石子的振实密度乘以系数既为石子的单方用量石子体积系数可按表1选取。根据原材料情况和混凝土配置强度，用水量可按照经验或按照表2选取。

推荐使用水胶比进行胶凝材料用量计算，根据掺和料性质和混凝土的配置强度确定三个不同的取代率，分别计算出水泥和胶凝材料的用量，考虑混凝土含气量1~2%通过体积计算出砂子的体积，从而得出砂子的单方用量。至此算出三个配合比进行试配，选取混凝土和易性良好、强度满足试配强度的配合比作为施工配合比。

粉煤灰取代率：按照不超过有关规范最高取代限量加超量和外掺部分选取。

石子最大粒径：以不超过钢筋净距的3/4，结构最小截面的1/5或板厚的1/3为原则。

六、计算示例

水泥PO42.5;密度=3.15g/cm3fcu=49Mpa;

石子:碎石5-31.5mm,表观密度=2.7 g/cm3振实密度=1600 g/cm3

砂子: 表观密度=2.7 g/cm3

粉煤灰:Ⅱ级, 表观密度=2.12 g/cm3

外加剂:聚羧酸高性能

以C30泵送混凝土为例,分别计算用于楼板、墙的混凝土配合比。

计算试配强度：

fcu.o≥fcu.k+1.645σ 取σ=5 Mpa 则：fcu.o=38 Mpa

或

fcu.o=1.2 fcu.k+4=36+4=40 Mpa 取fcu.o=40 Mpa

确定石子用量：

板：k=0.68mg=1600×0.68=1088kg/cm3

墙:：k=0.65mg=1600×0.65=1040kg/cm3

确定水灰比：

W/B=0.46

确定用水量：

板：175 kg/cm3 墙：180 kg/cm3

粉煤灰取代率：20%25%30%

则: f1=0.2 f2 =0.25f3=0.3

胶凝材料:

板: 175/0.46=380 kg/cm3

对应的水泥和粉煤灰用量分别为:

水泥 mc1 mc2 mc3

304 285 266

粉煤灰 mf1 mf2 mf3

76 95 114

墙: 180/0.46=391 kg/cm3

对应的水泥和粉煤灰用量分别为:

水泥 mc1 mc2 mc3

313 293 274

粉煤灰 mf1 mf2 mf3

78 98 117

通过体积计算，算出砂子的体积和重量。例如：1#配合比中砂用量的计算：

Vs=1000-175-304/3.15-76/2.12-1089/2.7-18=271.3(L)

mg=271.3×2.65=719 kg/cm3

结果如下：

配合比计算示例：表3

序号 W C Fa G A（%） S

板 1 175 304 76 1088 1.8 719

2 175 285 95 1088 1.8 711

3 175 266 114 1088 1.8 703

墙 4 180 313 78 1040 1.8 744

5 180 293 98 1040 1.8 736

6 180 274 117 1040 1.8 728

七、小结：

1.符合混凝土组成的自然规律，符合流变学定律；

2.配制的混凝土基本符合泵送混凝土对工作性的要求；

3.实验工作量大大减少，成功率高；

4.按体积组成进行设计，试配后的混凝土方量准确，不用调整；

5.避免了用传统方法―调整砂率时容易引起的离析、和易性变化等，基本对流变性能不产生影响。

6.在数据足够的情况下，可以通过统计的方法建立起配合比设计计算程序，只要测试原材料基本参数，输入混凝土强度等级和坍落度就可得出配合比。

影响混凝土流动性的因素很多，如石子的最大粒径、级配、砂子的细度模数、级配、掺合料的种类和性质，用水量大小和外加剂的性能以及各种材料之间的相互作用和关系等，仍需要大量的试验进行探索和验证。

附表：

石子的体积系数（参考）

表1

混凝土种类 板 墙、梁 自密实

石子的体积系数k 0.75-0.65 0.68-0.60 0.65-0.55

用水量选取(参考)

表2

强度等级 C15以下 C20-C25 C30-C45 C50-C60

用水量

（kg/cm3） 190-200 185-190 170-180 160-170

注：根据施工要求每增加20mm塌落度，没立方混凝土增加5Kg用水量。