浅析混凝土配合比设计

浅析混凝土配合比设计

张健钟灿坚

张健钟灿坚

东莞市交港建材有限公司523000

摘要：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）。伴随着混凝土材料科学的不断发展，其用途也越来越广泛。

关键词：普通混凝土；配合比

一、混凝土的基本组成

普通混凝土混凝土的基本组成材料是水泥、水、天然砂和石子，砂石在混凝土中起骨架作用。水泥和水形成水泥浆，包裹在沙粒表面并填充沙粒间的空隙而形成水泥砂浆，水泥砂浆又包裹石子，并填充石子间的空隙而形成混凝土。必要时还需要新的化学添加剂以及矿物掺合料。掺合料的性质和数量，影响混凝土的强度、变形、水化热、抗渗性和颜色等。

普通的混凝土配合比指的是混凝土中各个组成材料的用量之间的比例关系。其常用表示方法有两种：一种是用1m3混凝土中各项材料的质量来表示，例如：水泥（mc）350kg、石子（mg）1260kg、水（mw）180kg、砂子（ms）670kg；另一种是通过各个组成材料的用量之间的质量比例来表示（例如，令水泥质量为1），将上述例子换算成质量的比例则为水泥：砂子：石子=1：1.91：3.60，W/C=0.51。水泥混凝土配合比设计一般需要由四个步骤组成，即初步计算配合比；试拌调整，提出基准配合比；检验强度，确定试验室的配合比；换算施工的配合比。

二、配合比的设计原则

1、水胶比适当原则

水胶比是混凝土中用水量与胶凝材料用量的比值，是影响混凝土强度、粘度、坍落度及坍落度扩展度的主要因素，同时对混凝土的收缩也有较大影响。

2、最小单位用水量原则

在水胶比固定，原材料一定的条件下，使用满足工作性能的最小单位用水量，可得到体积稳定的、经济的混凝土。

3、最小水泥用量原则

假如水泥用量过大，拌合用水偏高，必定会增大混凝土的收缩值而发生裂缝。再有水泥用量过大，水泥水化产生的水化热就多，使混凝土内外产生很大的温差，而引起的内应力，可能使正在凝结硬化的混凝土产生裂缝，降低耐久性。所以降低水泥用量可提高混凝土体积稳定性及收缩，同时降低工程成本。

4、混凝土密实体积原则

混凝土的组成是以石料为骨架，砂子填充石料间的空隙，浆体又填充砂石之间的空隙，并包裹砂石表面，以减少砂石间的摩擦阻力，保证混凝土有足够的流动性。可塑状态下混凝土总体积是水泥、砂、石、水密实体积之和，这一原则是计算混凝土配合比的基础。

三、配合比设计时的一般要求

1、原材料的选择及技术要求

①水泥

水泥的矿物组成和颗粒组成直接影响到水泥水化反应的速度，水化热和水化产物的组成和结构特点，也直接影响到混凝土的开裂，影响混凝土的强度和耐久性。

②矿物掺合料

在试配时应该选择不同的掺量进行试拌，根据限制膨胀率的检测值选择适宜的膨胀剂掺量，通过各项技术指标的检测值确定符合委托要求的经济配合比。

2、胶凝材料总量的要求

对不同强度等级混凝土的胶凝材料总量应进行控制，C40以上不宜大于400kg/m3，C40～C50不宜大于450kg/m3，C60及以上的非泵送混凝土不宜大于500kg/m3，泵送混凝土不宜大于530kg/m3。配有钢筋的混凝土结构，在不同的环境条件下，其最大水胶比和单方混凝土中胶凝材料的最小用量一般应符合下表规定。

3、混凝土中总碱含量的要求

按规范要求，每立方米混凝土的总碱含量，对一般桥梁不宜大于3.0kg/m3，对特大桥、大桥和重要桥梁不宜大于1.8kg/m3，当混凝土结构处于受严重侵蚀的环境时，不得使用有碱活性反应的集料。同时还要控制氯离子含量，钢筋混凝土不应超过胶凝材料总质量的0.10%，预应力混凝土不应超过0.06%。

4、按照经验水胶比宜控制在0.28～0.35之间。

四、生产配合比的调整及施工中的控制

在生产配合比的调整及施工控制中应注意出现以下问题：

1、严格控制混凝土施工时的用水量：在实际行产中，操作者为方便施工，往往追求较大的坍落度，擅自增加用水量而不管强度是否能达到要求；再加上现场质检人员的管理不到位，对水灰比缺少严格的控制等原因，均使混凝土实际用水量大于理论用水量，从而导致砼强度的降低。

防治措施：加大质检抽查力度，控制操作者不得随意增加用水量；若发现混凝土工作性能较差，操作者应及时向试验员反馈实际情况，经试验员现场查找原因、分析情况后采取相应对策，并按试验员的指令调整配合比；现场质检人员也应按规范要求经常检查混凝土的质量动态信息，及时进行调整，确保混凝土按要求进行施工。

2、调整生产配合比时，应准确测量生产现场砂、石的实际含水量：经到现场检查和了解，有部分试验人员没有按规定要求准确测量，而是采用目测法来估计砂、石的实际含水量，这样做会导致生产配合比不准确。

防治措施：砂、石中若含泥量超标，应在混凝土浇筑前三天冲洗完毕，并应在施工前按规范要求取样并准确测量砂、石的实际含水量，调整施工配合比以从用水量中扣除含水量，补回砂、石量，严禁边冲洗边拌制混凝土。

3、砂、石材料应准确计量：不少施工单位在生产时，第一车砂、石用磅秤一下，随后就采用在小推车上画线的办法来控制重量，从而导致了砂、石材料的用量偏差。

防治措施：有条件的单位尽量采用混凝土拌和楼，利用电脑准确计量；若实在没有，应不怕麻烦，坚持每车过磅，以控制材料用量。

五、传统配合比设计方法的缺陷

传统配合比设计方法是一种基于经验的方法，混凝土结构对材料性能提出的要求比较简单，配制混凝土的原材料种类也比较少，因此传统的配合比设计方法还存在许多不足之处。混凝土配合比设计理应是一个完善的体系，包括原材料选择、配合比计算、性能设计和性能检测。事实上，人们在进行配合比设计时已经有意或无意地采用了这一体系，但所采用的体系的完善程度各不相同，而且大都不完善。

1、从原材料选择来看，多数是依据个人经验知识进行的，带有很大的主观性。各人的经验知识不同，知识量也不等。这就为混凝土配合比设计带来了一定的随机性。

2、从配合比设计计算来看，各种没计方法的计算方法互不相同。配合比计算的实质就是四元（单位混凝土中水、水泥和粗细集料用量）一次方程组求解。从数学角度来讲，四元一次方程组求解需要四个独立方程式的联立才能解出。而配合比设计中一般都采用需水性定则、水灰比定则和绝对体积法或假定容重法，这就提供了三个方程式；各配合比设计方法的不同在于第四个方程式的确定。为了完成配合比设计，各种方法都引进了不同的关系式。我国引入了砂率；前苏联引入了砂浆拨开系数；英国引入了骨灰比；美国引入了粗集料最佳用量。另外因对高性能混凝土的认识不足，对它的配合比设计主要依赖于经验和大量的试配，计算过程在各种设计方法中似乎都不甚重要。

3、从性能设计来看，理想的配合比设计应能实现对混凝土的主要性能（即：工作性能、强度和耐久性）的设计，虽然目前的各种设计方法基本都考虑到了这三方面的性能，但是似乎还没有一种方法真正做到了对这三方面性能的设计。

结束语

合理的材料配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求的前提下，确定各种成分的用量，获得最经济和适用的混凝土。要对水泥混凝土路面配合比设计深入系统的研究，使混凝土配合比设计体系更加科学合理、方便快捷，从而推动水泥混凝土科学的发展。

参考文献

[1]李立权.混凝土配合比设计手册.广州：华南理工大学出版社，2012.5

[2]王社欣.建筑材料与检测.北京：人民交通出版社，2017.4

[3]建设部.JGJ-2000混凝土配合比设计规程.北京：中国建筑工业出版社，2016.8