水泥混凝土配合比設計方法研究

楊 剛

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

水泥混凝土配合比設計方法研究

楊 剛

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

首先對水泥混凝土配合比設計影響因素進行分析，然后總結了水泥混凝土配合比設計方法，最后闡述了水泥混凝土配合比優化設計措施。

水泥混凝土；配合比；設計方法；優化

1 水泥混凝土配合比設計影響因素

1.1 水灰比

所謂水灰比是指水與水泥的質量比。水灰比的大小會對混凝土的強度和耐久性造成影響，在水泥標號一致的情況下，水灰比越大則混凝土的強度越低。由于水泥水化用水量約占據水泥用量的10%～15%，為了保證混凝土性能符合設計要求，必須適量增加用水量，因此在混凝土硬化后，所遇的水分會不斷蒸發，造成大量的微細孔隙，這些孔隙會對混凝土的密實度和強度造成影響。

1.2 砂率

砂率是指混凝土中砂的重量和砂、石總重量的百分比。砂率值的大小變化會引發集料性能變化。在水泥混凝土配合比設計過程中，需要對該比值進行重點考量。如果砂率較大，則集料的孔隙率和總表面積也會所有增大，混凝土拌合物也會變得較為干燥，流動性變弱，使得水泥使用量較大，造成施工材料的浪費。若砂率較小，即使集料表面積較好也會因為砂漿量不達標使得在粗集料周圍建立起需要的砂漿層進行潤滑，這樣就會造成混凝土拌合物流動性的弱化。

1.3 用水量

用水量是指水泥漿和骨料的水的使用量。在保證混凝土施工質量的基礎上拌和混合料過程中應盡量采用最低的用水量。若水灰比不變，則應盡量減少用水量以及水泥用量。若用水量較少，則混凝土的密實性和耐久性會所有提升。但是若用量過少，則會因為混合料中的水分較少對其工作性造成影響，不利于工程建設。

2 水泥混凝土配合比設計方法

2.1 原材料的選取

(1)集料

①粗集料。應盡量選擇強度較高、密度較大、針片狀較少、含泥量較少且級配較好的粗集料。級配是集料重要的技術指標，且對水泥混凝土的和易性和強度有著較大影響。因此在摻配過程中應在滿足級配要求的前提下制定多種摻配方案，并選擇體積密度較大的方案。

②細集料。砂對混凝土拌合物、和易性的影響與粗集料相比更大，因此應盡量選擇級配較好的河砂。中砂級配合理，需控制在2.5～2.8范圍內。因為細砂表面積較大，在同等強度情況下使用水泥量較多，且發生裂縫等可能性較高，這樣會造成施工成本的增加和養護難度提高。粗砂容易引發離析問題，則會使得保水性能較大，這樣也會對混凝土的內部質量以及外觀造成直接影響。

(2)水泥

需要根據工程建設實際情況選擇適宜的水泥。優先選取性能穩定且質量較好的水泥，對于沒有使用過的水泥品種以及生產廠家需要進行調研。

(3)外加劑

外加劑是拌合混凝土過程中添加的物質，其主要作用是改善混凝土性能。通常情況下，外加劑的添加量不得超過水泥質量的5%。選擇適宜的外加劑可改善混凝土質量，優化施工條件，為機械化施工提供了有利條件。

2.2 配合比計算

(1)試配強度的確定

混凝土的配置強度fcu.o需按照如公式(1)進行計算

fcu.o=fcu,k+1.65σ

(1)

式中：fcu,k為混凝土立方體抗壓強度標準值，MPa；σ為混凝土強度標準差，MPa。

通常σ取值為6.0 MPa。

(2)水灰比確定

混凝土的水灰比(W/C)計算按照公式(2)進行

(W/C)=(ɑa×fce)/(fcu，0+ɑa×ɑb×fce)

(2)

式中：ɑa、ɑb為回歸系數(對于碎石分別為0.46和0.07)；fce為水泥28 d抗壓強度實測值，MPa。

(3)用水量確定

水泥混凝土用水量確定應按照公式(3)進行計算

mc0=mw0/(W/C)

(3)

式中：mc0為每m3混凝土的水泥用量，kg；mw0為每m3混凝土的用水量，kg。

(4)砂率βs

依據相關設計規范進行選值。若粗骨料的粒徑較大，級配較好，表面較為平整和光滑，則因為此類粗骨料的孔隙率較小，相鄰骨料之間的摩擦力較小，則可以選用較小的砂率。若砂的細度模數較小，因為砂中的細顆粒較多，則拌合物的粘聚性和保水性有所保證，因此可以選擇較小的砂率。若水灰比較小，水泥漿的稠度較大，則應采用較小的砂率。若施工對于施工材料流動性要求較高，因為拌合物會因為運輸不當等原因出現離析，則為了保證材料的工作性符合要求，則需要采用較大的砂率。

(5)粗骨料和細骨料的使用量確定

可以采用重量法確定粗骨料和細骨料的使用量，計算如下

mc0+mg0+ms0+mw0=mcp

(4)

βs=ms0(mg0+ms0)×100%

(5)

式中：mg0為每m3混凝土的粗骨料用量，kg；ms0為每m3混凝土的細骨料用量，kg；mcp為每m3混凝土拌合物的假定重量，kg，一般取值為2 350～2 450 kg。

2.3 混凝配合比的試配

按照上述計算確定水泥混凝土各參數并進行試拌，對拌合物的坍落度和工作性進行觀察與檢測。混凝土配合比試驗中需采用至少三個配合比進行試驗，一是基準配合比，另外兩個配合比中基準配合比水灰比±0.05，用水量和基準配合比一致，砂率±1%。

3 水泥混凝土配合比優化設計

3.1 水灰比優化

依據相關規范要求，水灰比在0.38～0.45范圍內的粗集料體積率為75%時，計算不同水灰比水泥混凝土和用水量，如表1所示。在實際使用時，選用的水灰比可以依據混凝土28 d的試配強度和水泥28 d抗折強度計算進行確定，并依據表1確定水泥用量和用水量。

表1 不同水灰比的水泥混凝土、水用水量

3.2 添加劑使用量

添加劑需要根據添加劑的減水率、施工時間、外部環境等多種因素進行考量，通常可使用多種添加劑，按照不同比例進行配比，在水灰比不變和添加劑配方不變的情況依據坍落度、含氣量和凝結時間對添加劑的使用量進行適當調整。首先確定基本配合比，然后確定初步的添加劑摻量，最后依據試拌混凝土坍落度對添加劑的摻量進行適當調整，直至其符合工作要求。

4 結束語

水泥混凝土配合比設計需要在保證原材料質量的基礎上采用級配較好的集料，并依據設計圖紙對于水泥混凝土工作性的詳細要求選擇適宜的設計參數進行配合比設計。同時，需保證注重計算與試驗過程控制，保證計算與試驗結果的準確性，為設計提供可靠依據。

[1] 熊明祥.水泥混凝土配合比設計的經濟性優化研究[J].價值工程，2011，30(24)：67-68.

[2] 傅張濤.淺談普通水泥混凝土配合比設計方法和試驗技術[J].中國水運月刊，2012，12(z1)：244-245.

[3] 楊明壯.水泥混凝土配合比施工質量的要求與控制[J].技術與市場，2011，18(6)：98.

U412

C

1008-3383(2017)10-0026-02

2017-06-07

楊剛(1986-)，男，貴州六枝人，助理工程師，研究方向：公路工程施工管理。