如何優化配合比降低生產成本

付轉霞

（青海祁連山水泥有限公司，青海 西寧 811604）

0 引言

混凝土是指由水泥、集料、水以及根據需要摻入的外加劑、礦物摻合料等組分按一定比例拌合而成。現如今混凝土技術發展的主要方向是高強、耐久、經濟、高流動性。評價優質混凝土的四大要素是耐久性、強度、工作性與經濟性，我們就要從提高混凝土的密實度、改善內部孔結構著手，從而提高混凝土強度和耐久性，進而優化配合比以降低生產成本。為了得到優質混凝土，應做到：大粒徑粗骨料低含量、合理的搭配比例；高漿體含量；合理的水灰比以及優質減水劑，提高漿體黏性和流動性，充分包裹和分割粗細骨料顆粒，使骨料懸浮在漿體中，形成良好的高密實度混凝土。水灰比決定了混凝土的強度和耐久性，其中混凝土內部孔結構要求3.5%～5% 均勻、細小的氣泡，從而提高混凝土的抗凍性和耐久性。

1 主要原材料要求

（1）水泥漿體能包裹骨料表面并填充骨料空隙，硬化后具有所需的強度和耐久性，水泥的細度、礦物質組成及其強度等級對混凝土的工作性能影響較大。

（2）粗骨料在混凝土中起到骨架作用，其最大粒徑、粒型和表面形態及其級配等都很大程度的影響混凝土密實度和強度。需要控制好粗骨料的搭配比例和級配，提高粗骨料的最大緊密密度，從而提高混凝土的密實度。

（3）細骨料在混凝土中起填充效應，它會影響混凝土的包裹性、流動性、可泵性、保塑性。空隙率要小，以節約水泥，比表面積小，以減少潤濕骨料表面的需水量。要含有適量的細顆粒（0.315mm 以下），以改善混凝土的保水性和增加混凝土的密實度以及黏聚性，有利于克服混凝土的泌水和離析。在滿足混凝土所要求的性能前提下，砂率要盡量低，因為在水泥漿量一定的情況下，砂率在混凝土中主要影響拌合物的和易性。

（4）粉煤灰在混凝土中起到填充效應、微集料效應、活性效應，可以降低水化熱，提高混凝土的密實度、耐久性、流動性、可泵性、保塑性，減少混凝土泌水。

1）燒失量對混凝土影響比較大：粉煤灰中未燃盡的碳是多孔海綿狀，會造成混凝土需水量、外加劑摻量增加。

2）需水量比：好的粉煤灰玻璃體多，可以提高混凝土的流動性、減少用水量，需水量比小對混凝土強度、可泵性非常有利。當需水量比大于 105% 以后，會大大提高混凝土用水量，降低混凝土強度。

3）細度：粉煤灰細度主要影響混凝土的保水性、包裹性、流動性，防止混凝土泌水，在混凝土中起到綜合施工性能的作用。

（5）減水劑在混凝土中起著至關重要的作用，它可以改善混凝土的和易性、包裹性、流動性，降低水灰比，增加混凝土強度，延緩水泥凝結，延緩水化放熱的釋放速度。要求混凝土含氣量宜控制在 3.0%～4.0%，從而提高混凝土耐久性。

2 混凝土原材料與配合比

2.1 原材料

（1）水泥：P·O42.5 水泥，性能指標見表 1。

（2）粉煤灰：選用三個廠家生產的粉煤灰，標記為 F1、F2 和 F3。性能見表 2。

（3）砂：河砂，Ⅱ區中砂，性能見表 3。

（4）石：選用 20～31.5mm、10～20mm 和 5～10mm 三種級配的碎石搭配使用。20～31.5mm : 5～10mm = 7:3 的記為 G1，10～20mm : 5～ 10mm = 5:5 記為 G2，20～31.5mm : 5～10mm = 3:7 記為 G3。性能見表 4。

（5）減水劑：聚羧酸減水劑，性能見表 5。

表 1 水泥性能指標

表 2 粉煤灰性能指標 %

表 3 砂的性能指標

2.2 常用配合比

試驗選用 C30 常用配合比，配合比及強度見表 6。拌合物狀態見圖 1。

表 4 石的性能指標

表 5 減水劑性能指標

該配合比標養強度 33.1MPa，實際構件回彈強度32.4MPa，強度符合 C30 混凝土等級要求，但富余系數較低，并且生產成本較高，究其原因主要是碎石 G1 空隙率較大。為降低成本，需要降低粗骨料空隙率，提高混凝土密實度，從而提高強度。

圖 1 常用 C30 配合比拌合物狀態

3 調整配合比

為了節約成本，調整粉煤灰，C30 混凝土的配合比及性能見表 7。

當粉煤灰選用 F1 時，因粉煤灰細度較粗，導致混凝土包裹性、黏聚性、和易性較差，Al2O3含量較高，損失較大，漏石較多，砂率和漿體較少，施工性能差，混凝土易泌水，抓底離析。當粉煤灰選用 F2時，出機混凝土和易性、包裹性良好，漿體充足，流速較快，施工性能良好。初始坍落度 230mm，擴展度 580mm×590mm，靜置 1h 后損失較小，坍落度220mm，擴展度 520mm×530mm。當粉煤灰選用 F3時，因粉煤灰細度較粗，導致混凝土不保水，靜置 10分鐘后，流動性差、離析，降低用水量、提高外加劑摻量，仍走漿抓底，混凝土發硬較重，無可泵性。使用不同粉煤灰的混凝土拌合物狀態見圖 2 所示。

表 6 C30 混凝土配合比及強度

表 7 調整粉煤灰后的混凝土配合比及性能

圖 2 調整粉煤灰后混凝土拌合物狀態

因此選用 F2 粉煤灰作為常用摻合料、G2 和 G3 作為粗骨料再次確認配合比，見表 8。混凝土出機狀態見圖 3。

圖 3 調整碎石后混凝土出機狀態

說明：從前四組試驗與后四組試驗來看，漿體黏度、和易性、流速、可泵性均良好。前四組試驗強度普遍低于后四組，究其原因分析認為，G2 和 G3 的密實度相近，但是由于同等重量的情況下，G2 比 G3 的比表面積大得多，造成在相同漿體體積的情況下，用 G2碎石相對漿體體積不足，粗骨料表面漿體厚度小，降低了粗骨料對漿體的粘結力，從而造成了混凝土強度低。選用 G3 的碎石，隨著用水量的增加，漿體明顯增多，施工性能越來越優良，但是強度逐漸降低。選用第 G3-1～G3-3 組試驗配合比投入大生產，進行校驗，見表9。混凝土拌合物不同時間的狀態見圖 4。

第 1 組是運距為 32 公里的青銅二標 C30 擋墻泵送混凝土，第 2 組是運距為 20 公里的比亞迪 4S 店C30 承臺泵送混凝土，第 3 組是運距為 10 公里的乘訊工地 C30 地坪泵送混凝土，以上三組混凝土出機和易性、包裹性、流動性均良好，經過長距離運輸后施工性能良好，損失較小，并且從三組數據來看，水泥用量 260kgm3的混凝土強度較穩定，密實度、和易性均良好，可作為施工配合比指導大生產。

表 8 調整碎石后混凝土的配合比及性能

表 9 生產校驗混凝土配合比及性能

圖 4 混凝土拌合物不同時間的狀態圖

4 兩組混凝土強度和成本對比

對同一工地、同一澆筑部位的兩組水泥用量不同的混凝土進行 7d、14d 實體回彈強度，對比結果見表10。

從回彈數據來看，同一工地、同一澆筑部位的兩組混凝土強度相近，并且 C30-1 比 C30-2 混凝土結構強度相對穩定，波動較小，說明 C30-1 混凝土實體結構比較均勻密實。

成本對比見表 11。從成本對比來看，使用 C30-1 配合比較 C30-2 單方成本降低 6.99 元，因此從混凝土和易性、密實度、強度、成本來看，C30-1 配合比可以安全、有保障地投入大生產使用。

表 11 兩組混凝土成本對比表 元/m3

5 結語

（1）選用礦物組分合理、需水量低、細度小的粉煤灰，可以降低混凝土用水量，有利于提高混凝土施工性能和強度。對于需水量高的粉煤灰，可以降低減水劑摻量，提高用水量，方可得到良好的施工性能，但要注意混凝土強度的降低。為了降低生產成本，盡量降低混凝土單方用水量，提高漿體黏性，增加其對粗骨料的粘結力，減少自由水量，可以有效改善混凝土孔結構，減少孔隙和毛細通道，從而提高強度和耐久性。

（2）選用密實度高、合理級配的粗骨料，可以大大提高混凝土密實度，有利于強度的提高，從而節約成本。

（3）選用優質高性能減水劑，有利于提高混凝土的和易性和施工性能。

表 10 配合比及標養強度對比表