混凝土配合比的设计验证及影响因素分析

混凝土配合比的设计验证及影响因素分析

江伟锋

广东天泰工程检测有限公司  510700

摘要:普通材料试验室日常工作中，常有混凝土配合比的试配和验证，如道路、房屋、桥梁等构部件，都是水泥混凝土和混凝土构件组成，在建筑工程施工中常遇到，并且还在长期使用中。而怎样做好混凝土配合比的设计和验证,正确使用水泥及其建筑相关材料,合理提高建筑结构和构件的品质，是今后的研究和实施方向。在建筑施工中,不同的设备、不同的结构、不同的工艺及其配套方法,会产生多种不同的结果。对混凝土配合比及相关材料进行设计、统计、评估，及周围供货商的成本分析，得到合理的方案，提供给委托方。而普通试验室，只能对所送来的材料进行相关的检测和试配，以达到最佳的物理、力学使用性能，而对其他功能性要求高的、难度大的或有特殊性要求的只能探索研究了。

关键词:混凝土；配合比；设计验证；影响因素

1.混凝土配合比设计

1.1.混凝土配合比设计前期工作

1.1.1.了解混凝土的功能要求

根据施工设计图纸要求，明确各种混凝土配合比的种类,对所要求用到的水泥种类和其它相关的原材料做好充份配备。并根据结构部件的强度、刚度、承重特点、耐久性等方面的要求,以及结构的尺寸大小和构件的钢筋配置情况等,进行相关性能的测试和试配验证，并对各数据参数信息进行统计和分析。

1.1.2.明确工艺技术应用要点

根据自身的测控设备和条件，明确工艺技术应用要点，结合自身行业设备和特点，比如要设计高强混凝土或超高强混凝土，必须要具有大吨位的压力试验机或万能试验机等，结合企业机械化、产业化的程度要求,决定水泥混凝土运输的形式以及管理的方式与方法,掌握水泥初凝、终凝的凝结时间的管理,以及使用外加剂、运输设备的运行时间、距离,还有对后期进行构件维护管养等都能给出相应的管理依据及要求。

1.1.3.了解项目预算管理要求

在水泥配合比设计阶段,为了保证经济效益和实用性,必须将项目经济水平合理把控,合理运用计划管理的方法,明确水泥及各原材料的供应形式和品质管理的方法,科学合理供应水泥以及各材料,避免材料过剩的情况。明确了各技术细节后,再运用相关的技术标准和项目施工要求,进行混凝土配合比的设计和优化。

1.2.混凝土配合比影响因素分析

1.2.1.原材料对混凝土的影响因素

(1).各原材料对混凝土和易性的影响

和易性是指混凝土易于各施工操作过程中获得质量均匀、成形密实的性能，它包含混凝土流动性、粘聚性、及保水性。也称混凝土的工作性。混凝土水灰比的大小与水泥拌和物料的和易性有很大关系:水灰比与流动性成正比,但水灰比和强度成反比。一旦水灰比过大,则容易产生拌和物料离散，后期强度变低的情况;水灰比太小容易导致混凝土流动性不够,导致混凝土很难浇筑，如薄壁墙、密配筋的剪力墙等，所以骨料粒径、混凝土的流动性、外加剂的应用等都必须严格按试配数据计量配置。在满足各试验数据时尽量减少水灰比,以便有效的减少混凝土施工用水量,还可以减少材料，节约成本。

(2).原材料对混凝土力学及各性能的影响

混凝土原材料是由水泥、石子、砂子、粉煤灰和各种外加剂添加组成。混凝土的强度与所使用材料的硬度成正比,当建筑材料如粗骨料在选用花岗岩、玄武岩等硬度较高的骨料时，其混凝土强度也相对会较高，这在高强混凝土中常用到;而细骨料,一般会选用河沙，因其主要成份为石英，硬度高。而海砂的氯离子含量会偏高，要经反复清洗，并经检测，各性能指标符合规范要求才可用于建设用砂；水泥的选用，也是根据设计和施工要求，不同的配合比，选用不同等级的水泥，使用部位不同，其水泥选用组成成份也有很大区别;粉煤灰可改善混凝土的和易性、可泵性，降低水化热，取代部份水泥，起到润滑、缓凝的作用，还能降低成本，节约能源。外加剂有很多种，有早强型、缓凝型，减水型，引气型等。外加剂可减少泌水和离析，可以提高工程质量，节约水泥，改善混凝土耐久性，降低工程造价，缩短工期等性能。

(3).混凝土的耐久性有哪些因素影响

a.环境水作用，混凝土构件在淡水、含盐水或酸性水浸溶和侵蚀下，会产生化学反应而导致被腐蚀，最终结构破坏。b.风化作用，主要包括干湿、冷热的循环，在温湿度幅度变化大和变化快的地方，会加速混凝土的崩溃。c.集料的化学反应，在构件使用过程中常见的就是水泥或是水中的碱性物质和某些活性集料起反应，然后产生硅酸盐凝胶，碱硅酸盐凝胶会使体积膨胀变大，然后使混凝土构筑物整体崩解，这样的反应又称碱-硅酸盐反应，还有相同的碱-碳酸盐反应等。d.钢筋锈蚀，构件中的钢筋会因为电化学作用而生锈导致体积增大而胀坏混凝土保护层，继而加速钢筋锈蚀，这也是成为毁坏钢筋混凝土构件最主要的原因。e.冻融循环，这个也是混凝土构件最常见的破坏作用之一，也是导致很多人经常用抗冻性来代表混凝土的耐久性。冻融循环在混凝土中会产生内应力，会促使混凝土裂缝的发展，造成结构的疏松，甚至导致表层剥落或整体崩溃的情况。

1.2.2设备对混凝土的影响因素

（1）.检测设备对混凝土强度的影响

 普通的材料检测试验室，相对应会配置有检测能力范围内的试验设备，当要配制高强混凝土或超高强混凝土时，必须要配置大吨位的压力试验机或万能试验机。

（2）.运输设备对混凝土强度的影响

混凝土在浇筑过程中，是有时间限制的，必须在混凝土初凝前完成运输、浇筑和上下层的衔接振捣。所以精密良好的运输设备，对混凝土的浇筑质量是很有保障的。

1.2.3.环境对混凝土的影响因素

(1).环境对混凝土的和易性影响

环境温度与湿度都会影响混凝土拌和物的和易性,而温度偏高则会导致混凝土在拌制中的水份更快蒸发掉,也会减少水泥的流动性能,从而减少混凝土的坍落度,会产生较差的和易性,所以在干燥高温季节施工，要适当在混凝土中添加缓凝剂来保证混凝土浇筑过程中的顺利进行。

(2).环境对混凝土力学性和耐久性的影响

气温增高、风速增加等因素会提高混凝土内部的水份挥发,导致水泥早期强度提高和后期强度的下降,这会造成混凝内的压缩应力变大,裂缝产生的因素也加大，这也是常说的水化热效应。所以,铝酸三钙、硅酸三钙含量高的硅酸盐水泥水化热放热量大，次之的是普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥放热较低。因此，技术人员在进行混凝土配合比研究的时候必须因地制宜，适时增加单位重量中的掺合料的使用量。在高寒的霜冻条件下,由于周围气温很低,混凝土水化热速率也较慢,这也是不利混凝土早期强化,而且很容易对后期的抗冻性能和抗裂稳定性产生不良作用。在高寒地区浇筑混凝土，要添加防冻剂，混凝土用水在使用时要加热，骨料也要适当进行加热。北方寒冷地区，在浇筑混凝土时，还是要尽量避开寒冷的季节，以保证混凝土不受冻融侵害。而南方的高温季节，在浇筑混凝土时，也是要有防晒防高温的措施，以确保混凝土的长期性和耐久性。

2. 混凝土配合比调整及优化工作

2.1.配合比的确定

2.1.1首先进行混凝土配制强度的确定，按不同标准选择和计算标准差，进行水胶比的计算和分析,根据工程中所用到的原材料，确定试配强度。

2.1.2通过查表或试验建立的水胶比和混凝土强度关系式来确定回归系数，合理选择粗骨料的回归系数。

2.1.3计算水胶比。

2.1.4按要求选择不同级别的水泥，并兼顾考虑掺入掺合料时粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉的影响系数。

2.1.5根据工程施工坍落度，计算用水量和外加剂用量。

2.1.6计算胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量。

2.1.7合理选择砂率，计算出粗、细骨料用量。

2.1.8最终计算出混凝土配合比各原材料的用量。

2.2.配合比的试配

2.2.1试验室根据计算出的各材料用量，得出试拌配合比，根据试验室搅拌机每槽用量按比例称量进行试配，并测出结果。试验室搅拌机应为强制式搅拌机，并应符合《混凝土试验用搅拌机》JG244的规定，搅拌方法宜与施工方法相同。

2.2.2试验室成型条件应符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080的规定。每盘混凝土试配的最小搅拌量应符合规定要求，根据试拌配合比调整计算配合比，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，得出实际配合比。在试拌配合比的基础上应进行混凝土强度试验，并还应符合下列规定：

(1).应采用三个不同的配合比，其中一个配合比应为上述提出的试拌配合比，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%；

(2).进行混凝土强度试验时，拌合物性能应符合设计和施工要求；

(3).进行混凝土强度试验时，每个配合比应至少制作一组试件，并应标准养护到28天或设计规定龄期时进行试压。

2.3. 配合比的调整

2.3.1配合比调整步骤

(1).根据上述2.2.1的试拌配合比强度试验结果，宜绘制强度和胶水比的线性关系图或插入法确定略大于配制强度对应的水胶比；

(2).在试拌配合比的基础上，用水量(mm)和外加剂用量 (m₈)应根据确定的水胶比作调整；

(3).胶凝材料用量(mb)应以用水量乘以确定的胶水比计算得出；

(4).粗骨料和细骨料用量(mg和ms)应根据用水量和胶凝材料用量进行调整。

2.3.2配合比校正系数计算

(1).配合比调整后的混凝土拌合物的表观密度应按下式计算：

Pc，c=mc+mf+mg+ms+mw（式1）

式中：Pc，c——混凝土拌合物的表观密度计算值(kg/m³);

mc——每立方米混凝土的水泥用量(kg/m³);

mf——每立方米混凝土的矿物掺合料用量(kg/m³);

mg——每立方米混凝土的粗骨料用量(kg/m³);

ms——每立方米混凝土的细骨料用量(kg/m³);

mw——每立方米混凝土的用水量(kg/m³)。

(2).混凝土配合比校正系数应按下式计算：         

  （式2）

式中：δ——混凝土配合比校正系数；

ρc，t——混凝土拌合物的表观密度实测值(kg/m³)。

ρc，c——混凝土拌合物的表观密度计算值(kg/m³);

2.3.3配合比调整方法

(1).当混凝土拌合物表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，按上述第2.2.1条调整的配合比可维 持不变；当二者之差超过2%时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ。

(2).配合比调整后，应测定拌合物水溶性氯离子最大含量，试验结果应符合JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中表3.0.6中拌合物水溶性氯离子最大含量的规定。其测试方法应符合现行行业标准《水运工程混凝土试验规程》JTJ270中混凝土拌合物中氯离子含量的快速测定方法的规定。

2.3.4配合比调整验证

(1).对耐久性有设计要求的混凝土应进行相关耐久性试验验证。

(2).生产单位可根据常用材料设计出常用的混凝土配合比备用，并应在启用过程中予以验证或调整。遇有下列情况之一时， 应重新进行配合比设计：

a).对混凝土性能有特殊要求时；

b).水泥、外加剂或矿物掺合料等原材料品种、质量有显著变化时。

2.4. 混凝土配合比的优化

当混凝土配合比确定后,首先要从原材料的使用过程开始,防止在混凝土施工管理的过程中,采用不满足设计和标准要求的材料及不规范操作方法。在拌制配合比前期,应根据行业标准特点,可采取抽样检验的方法,进行各类数据的管控处理[3]。在细骨料使用阶段,项目部及实验室部门都应重视氯化物氯离子的测定，并必须进行现场的材料质量检测,不得发生未检定的海砂混入使用的现象。水泥的质量控制也是至关重要，防止不合格或过期的水泥进入施工现场。现场施工中，各种材料都要严把质量关，严格按标准计量称重，最好能用先进的电子测量仪器设备。确保工程质量符合设计和标准要求。

3. 结束语

水泥混凝土配合比的优化应用,对水泥的使用具有重要作用。优化应用混凝土配合比技术,可以在工程施工前期,进行工艺调整,提高混凝土的品质,缩短工期，节约能源，有效地实现工程施工需求。对于企业单位,应重视工艺技术的设计运用如BIM建模技术,确定标准化施工方式,进行系统优化设计,使现场施工能够根据规划实施预期目标。特别对未来的建筑，希望广大的工程施工设计人员，施展聪明才智，发扬基建狂魔精神，建造出更适合人居的智慧城市。

参考文献

[1]陈岩.高强轻骨料混凝土配合比设计及性能研究[D].吉林大学.

[2]陈拴发，高蕾，董小坤.高性能混凝土配合比设计参数对温缩系数的影响[J].长安大学学报(自然科学版)，2005(04):1-4

[3] 长沙理工大学，清华大学 .JTG/TB07-01-2006.公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范 [S]. 北京 ：人民交通出版社，2006.

[4] 中华人民共和国行业标准JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，中国建筑工业出版社，2011年7月出版。

[5]中华人民共和国行业标准JTJ270-2019《水运工程混凝土试验规程》，人民交通出版社股份有限公司，2019。

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