系列混凝土配合比設計

尹科宇

（中國水電建設集團十五工程局有限公司科研院，陜西咸陽 71200）

國家大型水利樞紐工程，常常涉及到多種標號不同特性要求的混凝土配合比。在實際工程施工中，考慮施工工藝、季節變化、等情況對混凝土工作度及設計的其他特殊要求，混凝土配合比的設計就成了一個繁重的工作，如何提高混凝土配合比設計的效率，是每個工地實驗室必須面對的問題。本文就結合《水工混凝土配合比設計規程》DL/T5330-2005和《普通混凝土配合比設計規程》JGJ 55-2011的設計理論和要求，談談系列配合比的設計。

1 混凝土配合比設計必須達到的基本要求

(1) 滿足結構設計的強度等級要求。

(2) 滿足混凝土施工所要求的工作性。

(3) 滿足工程所處環境對混凝土耐久性要求。

(4) 滿足質量、經濟、環保節能要求選定貨源穩定充足的原材料供應商，配合比的設計盡可能節約水泥降低混凝土成本。

2 系列配合比的歸類

做一個系列的配合比，首先得從工程設計資料眾多混凝土標號中歸納出一個系列的不同標號混凝土。應按照坍落度、粗骨料級配（即骨料最大粒徑）、選用水泥強度等級、原材料相同的要求歸類。

例如：工程需要坍落度 70～90mm，最大粒徑40mm、采用P.O42.5等級水泥及其他原材料相同的C20、C25、C30、C35、C40混凝土配合比設計可歸為一類。

3 混凝土配合比基本參數的確定

3.1 選定設計水膠比的范圍

根據選擇的系列混凝土強度標號計算配制強度和水膠比，然后選定設計水膠比的范圍。

混凝土配制強度的計算及系列水膠比的確定：

A、B —回歸系數，應根據工程使用的水泥、摻合料、骨料、外加劑等，通過試驗由建立的水膠比與混凝土強度關系式確定，當無確定的關系時，可以按照表1進行選取（依據《普通混凝土配合比設計規程》JGJ 55-2011）。

表1 回歸系數A、B選用值

例如：根據以上歸類的系列混凝土標號結合公式可計算并選擇水膠比范圍，見表2。

表2

3.2 用水量的確定

根據粗骨料的品種、粒徑、施工要求以及混凝土拌合物的坍落度經時損失確定施工混凝土拌合物坍落度，依據設計規程初步選定基準配合比單方用水量。隨著混凝土外加劑的廣泛應用，混凝土外加劑的添加能有效改善混凝土性能，降低水泥用量，有利于混凝土質量、成本、環保節能的控制，混凝土外加劑的選用已成了混凝土配合比設計的基本要求。

依據混凝土配合比設計規程，其外加劑的減水率應經混凝土試驗確定。但具體應通過怎樣的過程方法，由哪些控制指標去確定外加劑的摻量和對應的減水率卻沒有具體的描述。因外加劑的性能與摻量有對應關系，在混凝土試驗中應考慮混凝土的坍落度、和易性、坍落度經時損失等指標的情況下確定最佳摻量及對應的減水率，（此時最佳摻量不是外加劑最大減水率對應的最大摻量，而是最適應混凝土工作性的摻量。）然后才能計算摻外加劑后的單方用水量。

在混凝土配合比設計過程中，會發現外加劑的摻量與混凝土的設計標號有一定的關系。在坍落度要求一定的情況下，當混凝土標號偏小時其水泥漿用量也偏少，外加劑的摻量選擇不能太大，否則會因水泥漿的同步減少導致混凝土容易離析；在坍落度要求一定的情況下，混凝土標號偏大時其水泥漿用量也較多，外加劑的摻量選擇不能太小，否則不能滿足降低水泥用量節約成本的要求。所以設計規程上提到的外加劑減水率不能簡單理解為生產廠家簡易摻量下對應的最大減水率，而是通過實際試驗確定的摻量及對應減水率。

3.3 砂率的確定

配合比最優砂率的選擇，是在系列水膠比中選擇中間的水膠比（按上例可選0.55）作為基準，根據骨料品種、品質、粒徑、水膠比和砂的細度模數等先查表選擇，然后按規程計算基準配合比并試拌，對初步確定的砂率通過增減砂率1%～2%進行試拌調整，在滿足坍落度、含氣量、和易性等混凝土拌合物的工作性要求下，選出坍落度最大時對應的砂率，即為最優砂率，此時的最優砂率是基準水膠比（例選0.55）對應的最優砂率。

3.4 膠材用量的確定

根據初步確定的用水量和水膠比，計算膠材用量，當需要添加礦物摻合料時，用等量代換法進行初設礦物摻合料的摻量代換，計算水泥和礦物摻合料的各自用量。

3.5 粗骨料級配比例及用量的確定

因工程中粗骨料常用到多個級配，在確定混凝土配合比中粗骨料的摻配比例上，通過對不同摻配比例混合均勻的粗骨料，以緊密堆積密度最大法進行試驗來確定骨料級配比例。

不同水膠比配合比中粗骨料用量的確定，可依據混凝土配合比設計規程按質量法或體積法確定。

4 混凝土配合比的試拌、調整和確定

4.1 調整和易性，確定基準配合比

在系列水膠比范圍內取中間水膠比（按上例可選0.55）后，初步計算配合比各種原材料的用量并進行試拌。混凝土拌合物攪拌均勻后測坍落度，并檢查其粘聚性和保塑性的好壞。如實測坍落度小于或大于設計要求，可保持水灰比不變，增加或減少用水量；如出現粘聚性較差，可適當提高砂率1%～2%，每次調整后再試拌配合比直到符合要求為止。當試拌工作完成后，記錄好各種材料調整后用量，并測定混凝土拌合物的表觀密度。此滿足工作性的配合比為基準配合比。

4.2 系列水膠比的混凝土配合比試拌調整和確定

確定基準配合比后，其他水膠比的配合比用水量與基準配合比相同情況下，通過水膠比依次增減0.05，砂率可相應增減1%調整砂率，試拌系列水膠比中其他水膠比對應計算的配合比，并使其滿足工作性需要。當不同水膠比的混凝土拌合物坍落度與要求值的差超過允許偏差時，可在水膠比不變的情況下通過增、減用水量調整。

在規程理論指導下通過試拌、試驗調整最終能確定出滿足混凝土拌合物工作性需要的系列配合比，然后成型混凝土立方體抗壓強度試件，標準養護到規定齡期進行抗壓強度試驗。根據試驗得出混凝土抗壓強度與水膠比關系曲線，用作圖法或計算法求出與混凝土配合比配置強度相對應的水膠比。 然后依據系列配合比計算不同原材料的用量，試拌不同混凝土配置強度相對應水膠比的配合比，驗證其工作性。稱量混凝土拌合物容重計算配合比校正系數，最終確定不同混凝土標號的同系列混凝土配合比。

5 特殊要求混凝土配合比的設計

針對有抗滲、抗凍、抗裂等要求的混凝土配合比設計，其理論思路和普通混凝土配合比相同，只需結合混凝土配合比設計規程中相應的特殊要求進行調整試拌試驗驗證，最后選定出適合特殊性能的混凝土配合比。

6 混凝土配合比設計應注意的問題

(1)原材料必須合格，且在做系列混凝土標號配合比設計過程中用相同原材料。確保不會因為原材料的差異而影響系列配合比設計。

(2)因系列配合比涉及水膠比較多，可能會出現在相同用水量情況下砂率變化較大，而產生混凝土拌合物的工作性差異較大，甚至不滿足工作性要求，此時可適當調節用水量和外加劑的摻量來改善混凝土拌合物的工作性，滿足工程施工對混凝土的性能要求。本文混凝土拌合物的工作性為混凝土坍落度、和易性，混凝土坍落度經時損失，含氣量等性能指標。

(3)在不同混凝土標號歸類時，應區分偏低和高強混凝土標號對水泥強度等級的選擇，合理的水泥強度等級選擇可改善混凝土的和易性、降低水泥用量。同時還應考慮混凝土耐久性要求結合規程，選擇合適的膠材用量和水膠比。

(4)對設計配合比原材料的檢測項目盡可能全面，以便在實際工程施工過程中，當原材料有變化時能對比參考，動態掌握混凝土性能的變化。尤其在骨料考慮是干燥狀態還是飽和面干狀態下進行混凝土配合比的設計，都必須認真檢測骨料的吸水率，為滿足混凝土拌合物的坍落度及時調整生產中骨料吸水變化所產生的用水量。