特別策劃：混凝土配合比調(diào)試

徐蒞春（南通市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，高級(jí)工程師）

白亞飛（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），在讀碩士研究生）

特別策劃：混凝土配合比調(diào)試

徐蒞春（南通市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心，高級(jí)工程師）

白亞飛（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），在讀碩士研究生）

編者按：混凝土的配合比可按照經(jīng)驗(yàn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)先取一個(gè)常規(guī)值，計(jì)算出各原材料的使用量。然后試配，由試配出的混凝土性能進(jìn)行調(diào)整各原材料的用量，最終得到性能最優(yōu)時(shí)的混凝土配合比。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，配合比的調(diào)整比較容易，但對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，由于原材料較多，影響因素復(fù)雜，對(duì)各種現(xiàn)象的出現(xiàn)，常常無(wú)從下手，本期特別策劃邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員來(lái)歸納總結(jié)一下，混凝土試配過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象及如何調(diào)整混凝土配合比的問(wèn)題。

0 引言

混凝土是由膠凝材料、砂子、石子、外加劑和摻合料等組份按適當(dāng)比例配合，經(jīng)拌合、澆筑、成型、養(yǎng)護(hù)等工藝，硬化而成的具有所需的形體、強(qiáng)度和耐久性的人造石材。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，它的用途也越來(lái)越廣泛，已經(jīng)發(fā)展到了跨行業(yè)、跨學(xué)科、互相滲透的廣泛領(lǐng)域。混凝土配合比設(shè)計(jì)就是確定各種原材料之間的比例，直接決定了混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的好壞，是混凝土施工前最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文就混凝土配合比設(shè)計(jì)與調(diào)整過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題作一簡(jiǎn)單介紹，以供參考。

1 混凝土配合比設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

為保證混凝土的質(zhì)量，在混凝土配合比設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員要做好下列工作：

（1）掌握設(shè)計(jì)圖紙對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的全部要求，重點(diǎn)是各種強(qiáng)度和耐久性要求及構(gòu)件截面的大小、鋼筋布置的疏密，以便考慮采用水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)及石子粒徑的大小等參數(shù)。

（2）熟悉施工工藝，如輸送、澆注的措施，使用機(jī)械化的程度；了解施工過(guò)程中對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的要求，以便設(shè)計(jì)時(shí)選用合適的坍落度、用水量、外加劑品種及其摻量。

（3）了解對(duì)混凝土是否有特殊性能的要求，以便于確定所用水泥的品種和粗骨料粒徑的大小；同時(shí)對(duì)所購(gòu)原材料的質(zhì)量和材料的供應(yīng)能力也應(yīng)做到心中有數(shù)。

2 原材料的選擇

2.1 水泥

水泥是決定混凝土成本的主要材料，又起到粘結(jié)、填充等重要作用，所以水泥的選用格外重要。水泥的選用主要是考慮水泥的品種和強(qiáng)度等級(jí)。應(yīng)根據(jù)工程的特點(diǎn)和所處的環(huán)境氣候條件等因素進(jìn)行分析，并考慮當(dāng)?shù)氐乃喙?yīng)情況作出選擇。泵送混凝土一般宜選擇普通硅酸鹽水泥，尤其對(duì)早期強(qiáng)度要求較高的、用于冬季施工以及重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)混凝土，但大體積混凝土不宜使用，水泥材料選擇期間要做好水泥的性能檢測(cè)，嚴(yán)格控制水泥質(zhì)量。

2.2 骨料

粗細(xì)骨料都應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。正確選擇骨料能確保混凝土工作性、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性。

（1）細(xì)骨料 ：砂子的顆粒級(jí)配合理、含泥量低有利于混凝土強(qiáng)度和工作性的提高。天然砂是理想的細(xì)骨料，使用時(shí)應(yīng)正確選擇細(xì)度模數(shù)。配制高強(qiáng)混凝土?xí)r應(yīng)用粗砂，普通流態(tài)混凝土用中砂。砂子的細(xì)度模數(shù)影響混凝土的砂率和用水量。砂率高用水量大，坍落度損失快；砂率偏低容易產(chǎn)生泌水和離析。

（2）粗骨料：石子的粒徑大小和級(jí)配影響混凝土的用水量、砂率和工作性。配制高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土?xí)r應(yīng)采用高強(qiáng)度的碎石。石子的粒徑應(yīng)根據(jù)混凝土性能要求，結(jié)構(gòu)斷面尺寸、鋼筋間距等進(jìn)行選擇。其中最大粒徑不得超過(guò)結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸的 1/4，且不得超過(guò)鋼筋最小間距的 3/4，采用泵送工藝時(shí)石子最大粒徑應(yīng)小于泵出口管徑的 1/3，否則會(huì)產(chǎn)生堵泵現(xiàn)象。

2.3 外加劑

外加劑的選擇原則：

（1）根據(jù)所配制的混凝土類型選擇相應(yīng)的外加劑品種，泵送混凝土應(yīng)摻用泵送劑或減水劑。

（2）根據(jù)混凝土的原材料、配合比和強(qiáng)度確定對(duì)外加劑的減水率和摻量的要求。

（3）根據(jù)工程類型、氣候條件、運(yùn)輸距離、泵送高度等因素，確定對(duì)坍落度損失程度、凝結(jié)時(shí)間和早期強(qiáng)度的要求。

（4）其他特殊要求，如抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、耐磨性等。

最后通過(guò)混凝土試配，經(jīng)濟(jì)評(píng)估后才能應(yīng)用外加劑。

2.4 礦物摻合料

常用的礦物摻合料有粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、鋼渣粉、磷渣粉等。配制商品混凝土?xí)r對(duì)礦物摻合料的基本要求是：

（1）售價(jià)低、具有一定的水化活性，能替代部分水泥，在保證強(qiáng)度和其他性能的前提下，應(yīng)多摻礦物摻合料以降低混凝土的成本。

（2）需水量比小，顆粒級(jí)配合理能提高拌合物的流動(dòng)性。

（3）高強(qiáng)混凝土宜復(fù)合摻用粒化高爐礦渣粉、粉煤灰和硅灰；粉煤灰等級(jí)不應(yīng)低于Ⅱ級(jí)；對(duì)強(qiáng)度等級(jí)不低于 C80 的高強(qiáng)混凝土宜摻用硅灰。

3 混凝土配合比的設(shè)計(jì)

普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》要求，對(duì)于有特殊要求的混凝土配合比設(shè)計(jì)亦可參照此規(guī)程經(jīng)過(guò)試配確定。在施工過(guò)程中應(yīng)及時(shí)積累資料，為合理調(diào)整混凝土配合比提供依據(jù)。

3.1 初步計(jì)算配合比

（1）計(jì)算混凝土配制強(qiáng)度。

（2）計(jì)算水膠比。

（3）選取用水量，單位用水量的選取通常參照規(guī)程進(jìn)行，即根據(jù)混凝土的坍落度、粗骨料的品種及粗、細(xì)骨料的最大料徑確定。其中泵送混凝土的坍落度應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)（如建筑物高度、泵送部位）、使用泵的性能、混凝土搗實(shí)方式和耐久性要求等進(jìn)行選擇。為滿足施工時(shí)對(duì)混凝土坍落度要求，攪拌站在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)選定的坍落度應(yīng)為泵送要求的坍落度與運(yùn)輸中混凝土坍落度損失之和。

（4）用水量確定后，通過(guò)水膠比計(jì)算確定膠凝材料的用量、摻合料的用量及外加劑的用量。

（5）砂率的選取。根據(jù)骨料的技術(shù)指標(biāo)、混凝土拌合物性能和施工要求，參考既有歷史資料確定。當(dāng)缺乏砂率的歷史資料時(shí)，可根據(jù)規(guī)程的要求選取。

（6）計(jì)算粗、細(xì)骨料用量，可用重量法或體積法直接求得粗、細(xì)骨料用量。

3.2 混凝土配合比的試配

在計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行試拌并進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)。試拌應(yīng)采用三個(gè)不同的配合比，其中一個(gè)應(yīng)為初步計(jì)算配合比（基準(zhǔn)配合比），另外兩個(gè)配合比的水膠比宜分別增加和減少 0.05，用水量應(yīng)與基準(zhǔn)配合比相同，砂率可分別增加和減少 1%。三個(gè)配合比分別進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

4 混凝土配合比的調(diào)整與確定

混凝土試配過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種現(xiàn)象，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，因此應(yīng)對(duì)配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以確定最終的施工配合比。

4.1 和易性

和易性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)的調(diào)整方法見(jiàn)表 1。

表 1 和易性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)的調(diào)整方法

4.2 強(qiáng)度

根據(jù)不同配合比的混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，宜繪制強(qiáng)度和膠水比的線性關(guān)系圖，或用插值法確定略大于配制強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的膠水比。

在試拌配合比的基礎(chǔ)上，用水量和外加劑用量應(yīng)根據(jù)確定的水膠比作調(diào)整。

膠凝材料用量應(yīng)以用水量乘以確定的膠水比計(jì)算得出。

粗細(xì)骨料用量應(yīng)根據(jù)用水量和膠凝材料用量進(jìn)行調(diào)整。

4.3 容重

當(dāng)混凝土拌合物表觀密度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值不超過(guò)計(jì)算值的 2% 時(shí)，上述調(diào)整的配合比可維持不變；當(dāng)二者之差超過(guò) 2% 時(shí)，應(yīng)將配合比中每項(xiàng)材料用量均乘以相應(yīng)的校正系數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在滿足規(guī)范要求的前提下，配合比設(shè)計(jì)應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、工作性能、質(zhì)量等方面綜合考慮，擇優(yōu)選用。作為配合比設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意收集每次配合比設(shè)計(jì)、混凝土強(qiáng)度及施工情況的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后的工作提供幫助。

[1] 曹世暉編．高職高專建筑工程類專業(yè)“十二五”規(guī)劃教材：建筑工程材料與檢測(cè)[M]．長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2013．

[2] JGJ 55—2011．普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

提及混凝土的配合比設(shè)計(jì)，通常可按照經(jīng)驗(yàn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)先取一個(gè)常規(guī)值，計(jì)算出各原材料的使用量。然后試配，由試配出的混凝土性能進(jìn)行調(diào)整各原材料的用量，最終得到性能最優(yōu)時(shí)的混凝土配合比。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，配合比的調(diào)整比較容易，但對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，由于原材料較多，影響因素復(fù)雜，對(duì)各種現(xiàn)象的出現(xiàn)，常常無(wú)從下手，本文為筆者在北京橋昌混凝土攪拌有限公司實(shí)習(xí)半年以及理論實(shí)踐學(xué)習(xí)后，關(guān)于混凝土試配過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象及如何調(diào)整混凝土配合比等問(wèn)題的一點(diǎn)心得體會(huì)。

1 混凝土的介紹

混凝土是由一定比例的水、水泥、礦物摻合料、外加劑、細(xì)骨料、粗骨料諸多種物質(zhì)相互混合，并均勻拌制后形成的一種建筑材料，其為一種振搗密實(shí)成型、養(yǎng)護(hù)硬化而成的人工石材，在工程施工建設(shè)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，是一種全世界通用的重要建筑材料。

2 混凝土試配過(guò)程中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象

進(jìn)行混凝土配合比試配時(shí)，主要有四種現(xiàn)象：一是當(dāng)試樣拌出的拌合物坍落度和擴(kuò)展度不良，即流不開(kāi)或者流動(dòng)度和坍落度不達(dá)標(biāo)； 二是粘聚性不良，即粗骨料和漿體包裹性不好；三是保水性不好，即漿體周圍泌水；四是離析現(xiàn)象，即粗骨料和漿體相互分離。

應(yīng)在保證水灰比不變的條件下相應(yīng)調(diào)整用水量和砂率，直到符合要求為止，然后提出供混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)用的基準(zhǔn)配合比。

3 如何調(diào)整混凝土配合比

3.1 坍落度過(guò)小應(yīng)采取的措施

如果坍落度過(guò)小, 可采取兩種措施：一是維持原水灰比不變，略微增加用水量和水泥用量；二是略微加大砂率。

3.1.1 每調(diào)整增大10 mm坍落度，增加水泥量及水量 2%

例 1：C25 等級(jí)混凝土配合比，坍落度要求為 80～100mm，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算后配合比如下：mw=180kg/m3、mc=360kg/m3、ms=620kg/m3、mg=1235kg/m3，水灰比為 0.50，砂率為 33%，總用量為 2395kg/m3。試配的拌合量為 16L（38.32kg），相應(yīng)的用量為 mw=2.88kg、mc=5.76kg、ms=9.92kg、mg=19.76kg，進(jìn)行試拌后拌合物坍落度為 60mm，達(dá)不到 80～100mm 的坍落度設(shè)計(jì)要求，需調(diào)整計(jì)算及確定調(diào)整后的配合比。

調(diào)整：觀察拌合物發(fā)現(xiàn)砂率適中，用增加用水量和水泥用量方法，來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求的坍落度。 根據(jù)每調(diào)整增大 10mm 坍落度增加水泥量及水量為原水泥量及水量的 2%，假如坍落度設(shè)計(jì)值為 90mm，現(xiàn)需調(diào)整增大 30mm（已知設(shè)計(jì)要求坍落度為 80～100mm，試拌后坍落度為 60mm，所以相差大約 30mm），則要追加水泥量為 360×2%×3=21.6(kg/m3)；要追加水量為 180×2%×3=10.8(kg/m3)；相應(yīng) 16L 的調(diào)整量為水泥量為 21.6×0.016=0.35(kg)，水量為 10.8×0.016=0.17(kg)。追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設(shè)計(jì)坍落度 80～100mm 要求。實(shí)測(cè)密度為 2420kg/m3，但是計(jì)算密度為 (180+10.8)+(360+21.6)+620+1235=2 427(kg/m3)，實(shí)測(cè)與計(jì)算密度之差的絕對(duì)值為 2427-2420=7(kg/m3)，7/2427=0.3%，不超過(guò)計(jì)算密度的 2%，所以調(diào)整后配合比的用量為：mw=191kg/m3、mc=382kg/m3、ms=610kg/m3、mg=1237kg/m3，密度為 2420kg/m3。

此例子調(diào)整后的水灰比仍然為 0.50，滿足水灰比不變的要求。在實(shí)際試驗(yàn)中用了這種方法，速度非常快，從而提高了工作效率。

3.1.2 提高砂率 1% 的方法

追加砂量=原來(lái)石量/(1-后來(lái)砂率)-原來(lái)石量-原來(lái)砂量。

調(diào)整：觀察拌合物發(fā)現(xiàn)砂率偏低，用加大砂率法。首先提高砂率 1%

則追加砂量為：1235/(1- 4%)-1235-620=16.2(kg/m3)

相應(yīng) 16L 的調(diào)整量為：16.2×0.016=0.26(kg)

追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設(shè)計(jì)坍落度 80～100mm 要求。實(shí)測(cè)密度為 2400kg/m3，但是計(jì)算密度為：180+360+(620+16.2)+1235=2411(kg/m3)，實(shí)測(cè)與計(jì)算密度之差的絕對(duì)值為 2411-2400=11(kg/m3)，11/2411≈0.5%，不超過(guò)計(jì)算密度的 2%，所以調(diào)整后配合比的用量為

此例子調(diào)整后的水灰比仍然為 0.50，滿足水灰比不變的要求。在實(shí)際試驗(yàn)中此方法速度快，提高了工作效率。

3.2 坍落度過(guò)大應(yīng)采取的措施

如果坍落度過(guò)大，也是維持原水灰比不變，略增加砂量及石子量，或減少砂率。具體計(jì)算方法為：

3.2.1 每調(diào)整減少 30mm 坍落度增加砂及石量為 60kg

例 2：C25 等級(jí)混凝土配合比，坍落度要求為80～100mm，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算后配合比如下

mw=180kg/m3、mc=360kg/m3、ms=620kg/m3、mg=1235kg/m3，水灰比為 0.50，砂率為 33%，總用量為 2395kg/m3。試配的拌合量為 16L，則相應(yīng)的用量如下：mw=2.88kg、mc=5.76kg、ms=9.92kg、mg=19.76kg，進(jìn)行試拌后拌合物坍落度為 130mm 。需調(diào)整計(jì)算及確定調(diào)整后的配合比。

調(diào)整：觀察拌合物發(fā)現(xiàn)砂率適中， 用增加用砂量和石子量方法。根據(jù)每調(diào)整減少 30mm 坍落度增加砂及石量共為 60kg（已知設(shè)計(jì)要求坍落度為 80～100mm，試拌后坍落度為 130mm，所以相差大約 30mm)，

則追加砂量為 60×33%=19.8(kg/m3)

追加石子量為 60-19.8=40.2(kg/m3)

相應(yīng) 16L 的調(diào)整量為：

砂量為 19.8×0.016=0.32(kg)

石子量為 40.2×0.016=0.64(kg)

追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設(shè)計(jì)坍落度80～100mm 要求。實(shí)測(cè)密度為 2400kg/m3，但是計(jì)算密度為：180+360+(620+19.8)+(1235+40.2)=2455(kg/m3)

實(shí)測(cè)與計(jì)算密度之差的絕對(duì)值為：

超過(guò)計(jì)算密度的 2%，得 δ=2400/2455≈0.978，所以調(diào)整后配合比的用料量為

3.2.2 降低砂率 1% 的方法

追加石量=原來(lái)砂量/后來(lái)砂率-原來(lái)砂量-原來(lái)石量。

引用例 2 調(diào)整此方法。

調(diào)整：觀察拌合物發(fā)現(xiàn)砂率偏高， 用降低砂率法。 首先降低砂率 1%

則追加石量為 620/32%-620-1235=82.5(kg/m3)

相應(yīng) 16L 的調(diào)整量為：82.5×0.016=1.32(kg)

追加后拌合物的坍落度為 90mm，滿足設(shè)計(jì)坍落度 80～100mm 要求。實(shí)測(cè)密度為 2400kg/m3，但是計(jì)算密度為 180+360+620+(1235+82.5)=2478(kg/m3)，實(shí)測(cè)與計(jì)算密度之差的絕對(duì)值為 2478-2400=78(kg/m3)，78/2478=3.1%，超過(guò)計(jì)算密度的 2%，得 δ=2400/2478=0.969，所以調(diào)整后配合比的用料量為：mw=174kg、mc=349kg、ms=601kg、mg=1276kg，密度 2400kg/m3，砂率 32%。

3.3 采用舉一反三或者觸類旁通法，以此提高效率

在試配、調(diào)整實(shí)際工作中，能夠得出如下方法：如果連續(xù)幾個(gè)配合比使用同種原材料，那么就可以借鑒此配合比的數(shù)據(jù)以節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間，提高效率。如果用同一種材料只做一個(gè)配合比那么就必須按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)至少應(yīng)采用三個(gè)不同的配合比。當(dāng)采用三個(gè)不同的配合比時(shí)，其中一個(gè)個(gè)作為基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比的水灰比，宜較基準(zhǔn)配合比分別增加和減少 0.05；用水量應(yīng)與基準(zhǔn)配合比相同，砂率可分別增加和減少 1%。

4 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際試驗(yàn)中，普通混凝土配合比的試配及調(diào)整必須快速。在坍落度、粘聚性及保水性不符合要求時(shí)，必須快速判斷不符合設(shè)計(jì)要求的原因，并快速計(jì)算出需調(diào)整的量值供調(diào)整。采用上述方法是行之有效的。中國(guó)混凝土和水泥以及外加劑行業(yè)著名專家——王棟民教授和陳建奎教授曾最先提出高性能混凝土（HPC）配合比設(shè)計(jì)新法——全計(jì)算法，對(duì)混凝土配合比的試配及調(diào)整具有重要的指導(dǎo)意義。

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使得高層建筑施工越來(lái)越多，同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用日益增多，對(duì)混凝土質(zhì)量要求也越來(lái)越高。而影響混凝土質(zhì)量的因素有很多，其中混凝土配合比為關(guān)鍵因素，因此對(duì)混凝土試配以及后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的配合比設(shè)計(jì)調(diào)整及其質(zhì)量控制進(jìn)行分析具有重要意義。

例 1 調(diào)整此方法。