淺談原材料計(jì)量誤差對混凝土強(qiáng)度的影響

摘要：對混凝土施工過程中混凝土原材料用量計(jì)量誤差大小對混凝土強(qiáng)度影響大小的問題進(jìn)行定量分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防糾正措施。

關(guān)鍵詞：混凝土； 計(jì)量誤差； 影響

中國分類號：TU528.0A

［定稿日期］2022-05-12

［作者簡介］張永根（1970—），男，本科，高級工程師，主要從事工程試驗(yàn)檢測工作。

0 引言

在施工現(xiàn)場生產(chǎn)混凝土?xí)r，有許多影響因素會制約混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，如水泥強(qiáng)度等級、水膠比大小、骨料的種類及質(zhì)量、外加劑的種類及質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度、原材料用量計(jì)量的準(zhǔn)確性等因素。現(xiàn)僅就目前施工過程中最容易被忽視和最常出現(xiàn)的影響因素——原材料用量計(jì)量誤差大小對混凝土強(qiáng)度發(fā)展的影響大小進(jìn)行一個定量分析；依據(jù)JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中膠水比與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系式fcu，o=0.53×fb×（B/W—0.20） ［1］（以粗骨料為碎石的混凝土為例，式中B為膠凝材料質(zhì)量，W為水的質(zhì)量，fb為膠凝材料強(qiáng)度，fcu，o混凝土配制強(qiáng)度）可以看出，混凝土的水膠比對強(qiáng)度發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，基本規(guī)律是在一定程度范圍內(nèi)水膠比與混凝土強(qiáng)度成反比。同等條件下，水膠比越大，最終混凝土強(qiáng)度就越低，水膠比越小，最終混凝土強(qiáng)度就越高。為了要更好地控制混凝土強(qiáng)度，使其達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級，控制混凝土的水膠比成為極為關(guān)鍵和重要的決定性因素。

在實(shí)際施工過程中，往往存在忽視原材料用量計(jì)量的準(zhǔn)確性從而改變了混凝土配合比的實(shí)質(zhì)比例，在施工現(xiàn)場隨意加水導(dǎo)致水膠比增大，隨意用原材料的體積比代替質(zhì)量比進(jìn)行混凝土施工，這些都是混凝土施工質(zhì)量意識淡薄的表現(xiàn)。由于原材料用量的計(jì)量誤差，從根本上改變了混凝土的實(shí)質(zhì)比例，最終造成混凝土強(qiáng)度等級達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。更為嚴(yán)重的情況下，可能會造成結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重不滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致施工成本增加，企業(yè)經(jīng)營效益降低，甚至于影響企業(yè)良好的社會聲譽(yù)。因此，有必要清醒認(rèn)識到混凝土施工時原材料用量計(jì)量準(zhǔn)確的重要性。下面就各種原材料用量計(jì)量誤差的影響大小分別進(jìn)行定量分析。

1 水膠比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系定量分析

首先計(jì)算出一般情況下不同水膠比對應(yīng)的混凝土強(qiáng)度值，見表1。從表1可以看出：在一定范圍內(nèi)，混凝土的水膠比（為膠水比的倒數(shù)）對混凝土強(qiáng)度增長有相當(dāng)大的影響，近似反比例關(guān)系。圖1為水膠比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線。

2 混凝土施工現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)狀

在混凝土施工生產(chǎn)的全過程中原則上必須嚴(yán)格控制生

產(chǎn)混凝土的水膠比和用水量。混凝土拌和、運(yùn)輸、施工時均不能隨意增加用水量和變動水膠比。然而在實(shí)際混凝土施工中，一些施工操作人員力圖簡單、省工、省事，擅自通過加大用水量以增加混凝土的流動性，而不管最終混凝土強(qiáng)度、耐久性是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求；現(xiàn)場施工管理人員也由于缺乏相應(yīng)的混凝土專業(yè)知識或者管控不到位，對施工現(xiàn)場隨意加水的情況熟視無睹，使得混凝土實(shí)際用水量遠(yuǎn)大于理論用水量，改變并增大了混凝土的水膠比值，從而導(dǎo)致最終混凝土強(qiáng)度的偏低。從混凝土膠水比與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系式fcu，o=0.53×fb×（B/W-0.20）可以看出當(dāng)膠水比不變時，企圖用增加同比例漿體材料的用量來提高最終混凝土強(qiáng)度的思維觀念是錯誤的，此種情況下，也只能簡單地增大混凝土流動性，但同時也存在增大了混凝土的收縮和徐變的風(fēng)險(xiǎn)，這樣反而對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性造成更進(jìn)一步的危害。

由于施工現(xiàn)場原材料料源的不穩(wěn)定，很容易造成粗、細(xì)骨料質(zhì)量波動，造成粗、細(xì)骨料級配不良，含泥量、泥塊含量增加，粗骨料的針、片狀含量增大等問題，這些原材料質(zhì)量問題都會對混凝土強(qiáng)度和拌合物和易性造成直接影響，特別是當(dāng)施工現(xiàn)場混凝土坍落度偏小或降低時，現(xiàn)場混凝土施工人員感覺操作困難、勞動強(qiáng)度偏大時，操作人員由于懶惰意識作祟，往往就會考慮私自增大混凝土的流動性，方便施工操作，而現(xiàn)場最簡便和快捷的方式就是在施工現(xiàn)場隨意增加混凝土拌合物的用水量，從而造成水膠比的實(shí)質(zhì)性變化，致使最終混凝土強(qiáng)度發(fā)生較大波動。因此，要求對進(jìn)入施工現(xiàn)場的粗、細(xì)骨料增加抽檢頻率，嚴(yán)格控制其進(jìn)場質(zhì)量，盡可能使其與混凝土配合比設(shè)計(jì)時的原材料質(zhì)量相符，才能保證混凝土配合比的基本穩(wěn)定，確保能達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級。一旦粗、細(xì)骨料料源發(fā)生變化，粗、細(xì)骨料質(zhì)量和之前選配混凝土?xí)r情況不一致時，應(yīng)及時重新進(jìn)行混凝土配合比的選定。

3 用水量變化對混凝土強(qiáng)度影響的定量分析

假設(shè)混凝土配合比中其他原材料的質(zhì)量不發(fā)生變化而只是用水量發(fā)生變化，來看其對混凝土強(qiáng)度影響的大小程度。基于現(xiàn)場實(shí)際情況，從考慮不利因素影響的角度出發(fā)，計(jì)算隨意加水后，膠水比變化后混凝土強(qiáng)度的變化，見表2。

圖2為用水量增加與強(qiáng)度變化曲線，反映了隨著用水量增加混凝土強(qiáng)度的變化趨勢。在其他條件不變的情況下，隨著用水量的增加，混凝土強(qiáng)度降低顯著。

4 膠凝材料用量變化對混凝土強(qiáng)度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質(zhì)量不變的同等條件情況下，對膠凝材料用量變化對混凝土強(qiáng)度的影響作了一個計(jì)算比較。膠凝材料用量增加，在其他條件不變化的情況，混凝土強(qiáng)度會增加，但從考慮不利因素影響的角度出發(fā)，先考慮以膠凝材料用量減少后，計(jì)算分析混凝土強(qiáng)度變化的發(fā)展趨勢，見表3。

圖3為膠凝材料用量減少與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線。可以看出在其他條件不變的情況下，隨著混凝土中所用膠凝材料用量的不斷減少，混凝土強(qiáng)度降低明顯。也即膠凝材料用量的多少對混凝土最終強(qiáng)度的影響較為明顯。

5 用水量和膠凝材料用量同時變化對混凝土強(qiáng)度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質(zhì)量不變的同等條件情況下，基于不利因素考慮，對水和膠凝材料用量同時變化，即用水量增加，膠凝材料用量減少對混凝土強(qiáng)度的影響作了一個計(jì)算分析，見表4。

圖4為膠凝材料用量減少、水用量增加與混凝土強(qiáng)度變化的關(guān)系曲線。由圖4可以看出，在其他條件不變的情況下，隨著用水量的增加和膠凝材料用量的減少對混凝土強(qiáng)度降低影響非常顯著，不可忽視。因此必須嚴(yán)格控制混凝土拌和物的用水量和膠凝材料的用量，確保施工時的水膠比保持穩(wěn)定，不發(fā)生變化，從而不會影響最終混凝土強(qiáng)度值。

6 水泥用量變化對混凝土強(qiáng)度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質(zhì)量不變的同等條件情況下，對混凝土膠凝材料用量中水泥變化對混凝土強(qiáng)度的影響作了一個計(jì)算分析，基于不利因素考慮，計(jì)算分析同等條件下水泥用量減少時對混凝土強(qiáng)度的影響，見表5。

圖5為膠凝材料中水泥用量減少與強(qiáng)度關(guān)系。從圖5中也可明顯得出，同等條件下，水泥用量減小對混凝土強(qiáng)度影響明顯。因此在施工過程須嚴(yán)格控制膠凝材料中水泥用量的多少，嚴(yán)格計(jì)量，防止因計(jì)量錯誤，影響最終混凝土強(qiáng)度。

7 粉煤灰用量變化對混凝土強(qiáng)度影響的定量分析

在配合比其他原材料用量及質(zhì)量不變的同等條件情況下，計(jì)算分析膠凝材料用量中粉煤灰變化對混凝土強(qiáng)度的影響。基于不利因素的考慮，只計(jì)算分析粉煤灰用量減少時對混凝土強(qiáng)度的影響，見表6。

圖6為膠凝材料中粉煤灰用量減少與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線。從圖6可以看出在其他條件不變的情況下，隨著用粉煤灰材料用量的不斷減少，混凝土強(qiáng)度降低較為明顯。

8 外加劑用量計(jì)量的準(zhǔn)確性對混凝土強(qiáng)度影響的定量分析

當(dāng)外加劑摻量小于最佳摻量時，生產(chǎn)的混凝土很容易出現(xiàn)坍落度小、流動性差的情況，增加現(xiàn)場施工難度，如果在施工過程中加水調(diào)整，增大混凝土坍落度和流動性，水膠比也相應(yīng)增大，結(jié)果造成混凝土強(qiáng)度降低。當(dāng)外加劑使用過量，超出最佳摻量時，一是混凝土容易出現(xiàn)泌水、坍落度太大，會出現(xiàn)分層離析，這樣會形成混凝土不均勻，使得混凝土局部強(qiáng)度降低；二是摻量過大，對于使用含緩凝成分的外加劑時會導(dǎo)致混凝土的緩凝時間過長影響施工工期，混凝土的強(qiáng)度也會有一定程度降低。外加劑摻量與混凝土強(qiáng)度關(guān)系見表7（以減水劑為例，水膠比為0.50的試驗(yàn)數(shù)據(jù)）。

圖7是外加劑摻量與混凝土強(qiáng)度關(guān)系。由圖7可知，外加劑的摻量有一個飽和點(diǎn)，過大或過小均不能達(dá)到最佳效果。

9 粗、細(xì)集料計(jì)量誤差對混凝土強(qiáng)度影響的定量分析

GB50164-2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》［2］明確規(guī)定粗、細(xì)集料的計(jì)量允許偏差±3%。假定粗、細(xì)骨料用量計(jì)量存在負(fù)誤差，則會實(shí)質(zhì)性改變配合比比例，造成混凝土制成量系數(shù)降低從而造成多用水泥，無形中造成浪費(fèi)，也不能確保混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級。假定普通混凝土容重為2 400 kg/m3，其中拌和用水190 kg/m3，膠凝材料水泥用量為410 kg/m3，則混凝土中粗、細(xì)骨料總用量為1 800 kg/m3。按規(guī)范規(guī)定粗、細(xì)骨料允許負(fù)誤差為3%計(jì)算，如果少稱粗細(xì)骨料3%＝1800×3%＝54 kg，折合絕對體積20.6 L（升）（假定粗、細(xì)骨料表觀密度按2.62 g/cm3計(jì)算，則V=54/2.65=20.6），少用的粗、細(xì)骨料則需要用水泥漿體來填充。水灰比為0.5時水與水泥漿體的體積比分量為0.61∶0.39，經(jīng)過計(jì)算分析多用水泥24.9 kg/m3（20.6×0.39×3.1=24.9 kg）。相當(dāng)于施工過程中每1 m3混凝土需要多用24.9÷410×100%＝6.1%的水泥，很明顯是一個巨大的浪費(fèi)，同時大大增加了施工成本，降低了了企業(yè)的效益。假定粗、細(xì)骨料的用量計(jì)量誤差為正誤差3%，即多稱了粗、細(xì)骨料54 kg，由于細(xì)骨料吸水將使混凝土拌和用水量相對降低，從而使混凝土拌合物和易性變差，導(dǎo)致施工操作人員為了增大混凝土的流動性，會隨意加水從而增大水膠比，其結(jié)果是拌合物流動性可能達(dá)到了施工要求，但無形之中卻降低了混凝土強(qiáng)度。

總之，所用混凝土的原材料都應(yīng)準(zhǔn)確稱量計(jì)量，絕不允許憑經(jīng)驗(yàn)以體積方式來計(jì)量。因?yàn)樵牧现械拇帧⒓?xì)骨料的體積會隨自身含水率的變化、裝料方式的不同而出現(xiàn)明顯波動，即使是同樣的體積其質(zhì)量也是不一定相同的，很可能造成混凝土制成量系數(shù)降低而多增加水泥用量。

從上述分析可以看出，原材料用量計(jì)量準(zhǔn)確性對混凝土最終強(qiáng)度影響的重要性，因此混凝土施工過程中必須對原材料用量實(shí)施嚴(yán)格稱量計(jì)量、準(zhǔn)確計(jì)量，嚴(yán)格控制水膠比，從而保證所施工的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的目的。

考慮到原材料用量計(jì)量準(zhǔn)確性對混凝土強(qiáng)度影響的重要性，根據(jù)以往混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，可以采取一定措施，來確保混凝土強(qiáng)度及耐久性能等達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（1）混凝土施工操作人員必須樹立良好的質(zhì)量意識，工作上嚴(yán)禁偷工減料。

（2）對混凝土施工操作人員實(shí)施嚴(yán)格的獎罰制度，建立相應(yīng)的應(yīng)急處理機(jī)制，加強(qiáng)混凝土施工過程管控力度，嚴(yán)格控制混凝土施工拌和用水量。

（3）加強(qiáng)對混凝土施工操作人員的混凝土相關(guān)知識的教育培訓(xùn)，使其初步了解影響混凝土強(qiáng)度和工作性（流動性、保水性、粘聚性）的諸多因素，明白違規(guī)操作的嚴(yán)重后果。

（4）明確各級崗位責(zé)任。混凝土施工操作現(xiàn)場若發(fā)現(xiàn)混凝土質(zhì)量波動較大，拌和物工作性能變差、流動性不足等問題，應(yīng)及時向試驗(yàn)室反饋實(shí)際狀況，由試驗(yàn)員根據(jù)現(xiàn)場問題分析原因、制定對策，采取措施后，由試驗(yàn)員進(jìn)行配合比調(diào)整，直到符合要求，現(xiàn)場施工操作人員不得擅自更改施工配合比。

10 結(jié)論

混凝土原材料用量計(jì)量的準(zhǔn)確性對最終混凝土強(qiáng)度是否能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級影響極為顯著，因此必須要注重混凝土施工的過程管控，不斷加強(qiáng)原材料用量計(jì)量準(zhǔn)確性的管理工作，防患于未然，才能保證達(dá)到混凝土工作性、強(qiáng)度、耐久性的同時降低施工成本，為企業(yè)創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中國建筑科學(xué)研究院. 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程： JGJ 55-2011 ［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］ 中國建筑科學(xué)研究院. 混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)： GB50164-2011 ［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.