材料配合比对混凝土流动性影响的研究

材料配合比对混凝土流动性影响的研究

杨荣玉

（广州市粤砼混凝土有限公司 广州 510000）

摘要：随着城市交通建设的不断推进，混凝土作为重要的建筑材料，其性能优化对工程的可持续发展至关重要。本研究以广州市增城区新塘立交项目二期一标段总承包工程为背景，通过调整混凝土材料配合比，解决了混凝土凝结时间、内部黏着力等问题，提升了混凝土的稳定性、可塑性和流动性能力。实验方法包括实地考察、资料收集、试验设计等，通过对水泥、砂、粗骨料、粉煤灰等原材料的选取和配合比实验，确定了最优混凝土配合比。结果分析表明水灰比、砂率和粉煤灰掺量对混凝土坍落度和扩展度有显著影响，为提高混凝土性能提供了实验依据。

关键词：混凝土配合比；混凝土流动性；实验设计

1 引言

在新塘立交项目二期一标段总承包工程施工中，面临着铝模板的应用、楼梯和阳台施工的特殊要求，这对混凝土的流动性和稳定性提出了更高的挑战。为此，我们深入研究混凝土配合比的优化，关注水泥、砂、粗骨料、粉煤灰等原材料的选择与搭配。通过实地考察、资料搜集和系统试验，力求找到最佳的配合比，以确保混凝土在面对复杂工程条件时具备卓越的性能[1]。通过我们的试验研究和探讨水灰比、砂率和粉煤灰掺量对混凝土坍落度、扩展度等性能指标的影响，旨在为混凝土在特殊工程背景下的应用提供科学的技术支持和实用的经验指导，并为类似工程的混凝土设计与施工提供切实可行的解决方案。这不仅对于当前新塘立交项目的成功实施具有现实意义，同时也为未来类似工程的混凝土优化设计提供有益的参考。

2 工程概况

华润新塘立交项目二期一标段总承包工程位于广州市增城区新塘镇新塘收费站出口处。该工地使用铝模板，楼梯和阳台的施工浇筑特殊方法特殊，需要混凝土有很好的流动性。我们通过调整混凝土材料配合比，并认真进行多组试验对比，确定出最优配合比，最终有效解决了混凝土凝结时间，增加混凝土内部的黏着力，使其更加稳定的可塑性和流动性能力便于施工。

3 实验方法

结合华润新塘立交工程第二标段一标段总承包项目，通过对该地区建材机制砂市场现状、项目部实验室条件及现场所拥有的检测手段等方面的调查，对该项目进行了现场调研，搜集了有关资料。本文所得到的资料，可作为制订混凝土实验计划的基础。同时，通过查阅有关文献及数据，对实验研究中所用原料配合比的范围进行了初步确定。

基于以上研究，本项目拟研制不同材料和配合比的混凝土，进行高强机制砂混凝土配合比试验，测定各组合混凝土的塌落度、扩展度等指标，实现对其性能的优化。为了进一步优化混凝土性能，我们将混凝土组分配合比视为影响因素，以流动度为优化目标，通过系统的实验研究综合分析配比及流动特性。最后，根据试验结果提出一种适合于实际使用的混凝土的最佳配合比。

4 混凝土配合比的设计优化

4.1 配合比实验原材料选取

此次工程当中我们选用的的相关原材料信息如下。

（1）水泥：英德海螺水泥有限公司的普通硅酸盐水泥，品种规格为P.0，强度等级为42.5R，其性能如下表1示。

表1 水泥物理性能

（2）砂：源自北江，级配区II级。由于江砂或河砂较为纯净，含泥量较低，且砂中石英颗粒含量丰富，其级配通常符合要求。此次选用的河砂石性能详见下表2。需要指出的是，表观密度是指包含空隙在内的单位外形体积物料的质量[3]。

表2 砂物理性能

（3）粗骨料：增城石场的碎石，品种为花岗岩，规格为5-25毫米。性能如下表3所示。

表3 碎石物理性能

（4）粉煤灰：其品种规格为Ⅱ级，物理性能如下表4所示，适量的粉煤灰可以改善混凝土的颗粒级配，降低空隙率，从而有助于降低水胶比。然而，这也会导致混凝土的早期强度略有降低，但后期强度会有明显的提高。

表4 粉煤灰物理性能

（5）减水剂：TD-A型聚羧酸高性能缓凝型减水剂，具体的性能指标如下表5所示。

表5 的减水剂性能指标

4.2 试验配合比设计

接下来我们制定了混凝土配合比实验方案，具体如表6所示。在这次试验中，我们共设计了15组混凝土配合比，每组制作了12个混凝土试块。

表6 混凝土配合比

5 实验结果分析

5.1 坍落度及扩展度与水灰比的关系

下图1和图2分别展示了这五组试验中坍落度及扩展度随水灰比变化的曲线。

图1 坍落度随水灰比的变化

由图1（a）可知，当其它条件不变时，初期坍落度随水灰比的增大而先增后减。尤其是当水灰比为0.32的时候，其初期坍落度最大；图1(b)表明1h搅拌后的坍落度随水灰比的变化，并且也能看到相同的趋势，即混凝土的塌落度随水灰比的增大而先增后减。最大坍落度为210 mm，水灰比为0.34。

图2 扩展度随水灰比的变化

如图图2（a）所示，当其它条件不变时，水泥体积扩展度与水灰比的关系不明显。一般的发展趋势为：混凝土的初始扩展程度随水灰比的增大而先增加后降低；通过统计学分析，得出在水灰比为0.34的情况下，混凝土的初始扩展系数最大。从图2（b）可以看出，1h搅拌后，与初始龄期相比，骨料扩展度与水灰比之间的关系得到了提高[4]。从理论上分析，随着水灰比的增大，扩展度也呈先增后减的趋势，其中水灰比为0.34时，扩展系数最大为588.8mm。

5.2 塌落度及扩展度与砂率的关系

在接下来的实验中，我们对混凝土拌和物在不同砂率条件下的坍落度和扩展度进行了研究。坍落度随砂率的变化实验结果如图3（a）和（b）所示，结果表明，随着砂率的改变，混凝土拌和物的坍落度和扩展度也会发生相应的变化。具体来说，当其他条件保持不变时，随着砂率的增加，混凝土拌和物的初始坍落度呈现出先增大后减小的趋势。当砂率为0.38时，初始坍落度达到最大值200毫米[5]。此外，与初始扩展度类似，拌和1小时后混凝土拌和物的坍落度在砂率为0.38时也达到最大值210毫米。

图3 混凝土坍落度随砂率的变化

图4 混凝土扩展度随砂率的变化

从图4（a）可以看出，在其它条件相同时，砂率越高，初期膨胀程度越大，但是后面也会变得越小，砂比为0.4时，扩展度最大为597.5 mm。另外，从图4（b）可以看出，1 h搅拌后，混凝土拌合物的扩展度也有相似的变化，1 h后，砂率0.4时，坍落度最大580 mm。研究发现，当砂率为0.4时，可得到最好的扩展度。

5.3坍落度及扩展度与粉煤灰掺量的关系

如图5（a）所示，当其它条件不变时，初坍度随粉煤灰掺量的增大而先增后减。结果表明，在粉煤灰用量为60 kg•m-3的情况下，混凝土初坍至197.5 mm；另外，从图5（b）可以看出，1 h搅拌后的拌合物坍落度随粉煤灰掺量的增大而先增后减[6]。当粉煤灰用量为80 kg•m-3时，1 h内混合料的坍落度可达210 mm。

图 5 混凝土坍落度随粉煤灰掺量的变化

根据图6的数据，我们可以观察到，在其他条件保持不变的情况下，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的初始扩展度及1小时后的扩展度均呈现先增加后减少的趋势。实验结果表明，当粉煤灰的掺量为60千克每立方米时，混凝土的初期胀径达到最大值，为573.8毫米。然而，当粉煤灰用量为80千克每立方米时，1小时内混凝土的膨胀系数达到最大值，为545.0毫米。

图6 混凝土扩展度随粉煤灰掺量的变化

6 结语

通过本次华润新塘立交项目二期一标段总承包工程当中混凝土配合比实验的研究，我们成功解决了此项目当中项目混凝土凝结时间、内部黏着力等问题，明确了最优配合比。本研究成果不仅为当前项目提供了实用的配合比设计，同时对于未来类似工程的混凝土设计和施工也具有积极的借鉴意义。这一研究成果的成功应用将为提升混凝土性能、确保工程质量起到积极的推动作用。

参考文献

[1]陈圆飞,张彧铭,叶永健等.陶粒混凝土流动性的研究进展[J].四川建筑,2020,40(01):273-275.

[2]董为万,赵菊梅.减水剂对陶粒混凝土坍落度及扩展度的影响[J].城市住宅,2018,25(12):118-119.

[3]孙勇.分析高流动性混凝土的工作性能试验方法[J].绿色环保建材,2017(02):247.DOI:10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.02.211.

[4]郭鹏,邓亮亮,柳凤阳.外加剂超掺对混凝土性能的影响[J].中国建材科技,2014,23(02):14-15+35.

[5]周炯. 复合掺合料大流动性混凝土性能及无损检测的试验研究[D].河北农业大学,2013.

[6]翟敬栓,马峰,袁宾等.高流动性混凝土的配制研究[J].人民黄河,2011,33(09):139-141.