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摘要：本文提出了混凝土配合比设计的基本原则、设计的步骤，从混凝土配合比设计、试配和调整三个方面，阐述了混凝土配合比设计的全过程，并指出混凝土配合比在实际生产使用中如何根据原材料及施工环境的变化而调整的问题，在生产中不断优化混凝土配合比，本文仅供广大同仁参考。
关键词：混凝土配合比设计；调整；质量控制
引言：
混凝土是因为有较高的强度和耐久性，施工又非常便利等许多独特的技术性能的建筑材料，又因为它的材料来源比较广泛，具有合理的经济性，所以在建筑工程中得到广泛的应用。同时，混凝土又是建筑工程质量保证中非常关键的因素，从原材料质量控制，到混凝土配合比设计、混凝土生产环节都是混凝土质量保证的非常重要的因素。在日常生产中，往往因为原材料及施工环境的变化，需要不断调整混凝土生产配合比，才能满足工程设计及施工的需要。所以混凝土配合比设计及生产中的调整是混凝土质量保证非常重要的环节。
1.普通混凝土配合比设计基本原则、设计的步骤
1.1普通混凝土配合比设计基本原则
混凝土是由股凝材料（包括水泥、粉煤灰、矿渣粉、微硅粉）、细骨料砂子、粗骨料石子、外加剂及水等构成，混凝土中各种材料之间的比例关系称为混凝土的配合比。混凝土配合比是决定混凝土质量的一项重要技术指标，需要进行具体的设计、试配、调整等工作，才能确定合适的混凝土配合比，应用到混凝土生产当中。
普通混凝土配合比设计就是根据相关规范、规程要求，结合工程设计和施工要求，按照混凝土的技术性和经济性相结合原则，选择生产混凝土所需要的原材料及确定材料用量。根据现场施工特点，在混凝土最大密实度理论的基础上，考虑集料对起润滑作用的浆体数量的影响，并根据施工工艺的特点，使填满集料孔隙外，提供混凝土工作性的过剩浆体量最佳、性能最优的过程。目前混凝土配合比设计已经有较为成熟的方法，但由于施工方法不同、环境的变化及当地原材料特性等原因，决定了混凝土配合比设计和生产应用只能在当地选择合适的原材料，并根据其特性进行混凝土配比设计，同时，还要求满足经济性能的要求。合理的混凝土配合比设计应该在符合相关规范、规程的要求，包括强度、耐久性、抗渗性、均匀性、和易性、工程设计提出的特殊性要求和经济性等要求的前提下，确定各种混凝土组成材料成分和用量，从而得到最经济和适用的混凝土配合比。
1.2普通混凝土配合比设计步骤
在混凝土配合比设计前须进行原材料检验，其中要求对水泥、粗细骨料、拌合用水、外加剂、粉煤灰、矿渣粉等原材料进行全面检验。依据企业自身的生产试验、统计数据，来提高混凝土配合比设计水平，使用合理水泥用量，较低的材料成本，生产出高质量、适合工程施工使用的混凝土。
按照JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》要求，混凝土配合比设计步骤如下：
第一步：确定混凝土配制强度，因为混凝土具有不均匀性的特点，必须配制有一定富余强度的混凝土，以确保混凝土强度达标。混凝土配制强度应按下列规定确定：
1、当混凝土的设计强度等级小于 C60 时，配制强度应按下式计算：
fcu，0 ≥fcu，k +1.645σ
式中：fcu，0 ——混凝土配制强度（MPa）；
fcu，k ——混凝土立方体抗压强度标准值，取设计混凝土强度等级值（MPa）；
σ——混凝土强度标准差（MPa）。
2、当设计强度等级大于或等于 C60 时，配制强度应按下式计算：
fcu，0 ≥1.15fcu，k
第二步：确定混凝土水胶比
混凝土强度最重要的影响因素是水胶比，它与混凝土强度成反比关系。混凝土强度等级不大于 C60 等级时，混凝土水胶比应按下式计算：
W /B=αa Xfb/（fcu，0 +αaXαb Xfb）
式中 W/B——混凝土水胶比
αa 和αb ——回归系数，按照《普通混凝土配合比设计规程》 5.1.2 条的规定，本地区粗骨料基本上采用碎石，所以αa 和 αb分别选取为0.53和0.20。
f b ——胶凝材料（水泥与矿物掺合料按使用比例混合）28d 胶砂强度（MPa），试验方法应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》GB/T17671执行。
第三步：用水量和外加剂用量
根据施工要求的坍落度（维勃稠度）、集料形状、粒径、级配和外加剂的性能来综合确定用水量。由于水灰比决定着胶凝材料浆体的空隙率，在使用材料相同时，混凝土强度取决于水灰比，因此，应尽量找到所选用水灰比和混凝土强度之间的关系，以确定合适的用水量。可按照《普通混凝土配合比设计规程》表 5.2.1-1和表5.2.1-2 条的规定选取混凝土用水量。
混凝土掺加外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量（m wo）可按下式计算：m wo= m wo'（1-β）
式中 m wo ——满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m 3）；
m wo’ ——未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m 3），以《普通混凝土配合比设计规程》表5.2.1-2中90mm坍落度的混凝土用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5kg/m 3 用水量来计算，当坍落度增大到180mm 以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。
β——外加剂的减水率（%），应通过混凝土试验确定。
在外加剂的使用上，必须综合平衡减水、缓凝，增稠这三项功能，最大限度满足实际工程施工的要求，主要是满足混凝土工作性的要求。同时还应注意外加剂对混凝土强度增长的影响，有的外加剂生产厂为了满足混凝土流动度的要求，增加较多引气剂成份，因为混凝土的气泡过多，会严重影响混凝土强度。在满足施工工作性能要求的前提下，应考虑最大限度减小用水量及满足混凝土强度要求。
每立方米混凝土中外加剂用量（m ao）应按下式计算：
m ao= m bo βa
式中m ao ——每立方米混凝土中外加剂用量（kg/m 3）；
m bo ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝凝材料用量（kg/m 3）；
βa ——外加剂掺量（%），经混凝土试验确定。
第四步：胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量
随着现代新材料技术不断出现，多项研究表明，混凝土胶凝材料中适当增加优质粉煤灰、矿渣粉的用量，对改善混凝土使用性能、减小混凝土开裂、提高后期强度都有很大的帮助，因为矿物掺合料一般来说都会比水泥成本便宜，因此，同时也是减小混凝土成本的重要途径，所以在规范允许的范围内，通过试验后，应尽量采用较多的矿物掺合料。
每立方米混凝土的胶凝材料用量（mbo）应按下式计算：
mb0= mw0/（W/ B）
mwo —计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m 3）；
每立方米混凝土的矿物掺合料用量（mfo）应按按下式计算：
mfo= mboβf
式中：mfo ——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量（kg/m 3）；
βf ——矿物掺合料掺量（%），可结合《普通混凝土配合比设计规程》第 3.0.5 条和第 5.1.1 条的规定确定。
每立方米混凝土的水泥用量（mco）应按下式计算：
mco=mbo-mfo
式中：mco ——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量（kg/m 3）
第五步：粗、细骨料用量
首先确定砂率。砂率是根据混凝土类型、使用部位、施工性能来确定，重点是混凝土坍落度、砂的细度模数、施工方式等综合因素来确定的。按照影响混凝土强度、综合性能的因素分析，在混凝土配合比设计时，应使单位体积混凝土中集料体积尽量大，以减少胶凝材料浆体量，而集料中，单位体积混凝土中粗骨料体积越大混凝土强度越高，混凝土收缩率越少，因此，砂率设计应根据施工工艺、方法和混凝土使用部位，尽量采用较大粒径的级配碎石和级配中、粗砂，以使混凝土处于最佳集料组合状态，同时可提高混凝土的经济性。
采用质量法计算粗、细骨料用量时，应按下列公式计算：
mfo+mc0+mg0+ms0+mw0=mcp
式中 mg0 ——每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m 3）；
ms0 ——每立方米混凝土的细骨料用量（kg/m 3）；
mcp ——每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg/m 3），可取 2350-2450kg/m 3。
砂率βs= ms0/（ms0+mg0）X100%
根据砂率和混凝土总质量、选定的胶凝材料用量、用水量，计算出粗骨料用量、细骨料用量。
1.3混凝土配合比试配及调整
混凝土的配合比设计应根据理论计算数据为依据，结合生产经验，并按实际试验数据修正，选择合理的混凝土配合比。试拌混凝土水胶比应保持不变，并应通过调整配合比其他参数使混凝土拌合物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出试验配合比。
根据试验配合比通过试拌，检查混凝土的坍落度和工作性，确定适宜的用水量。试拌检查混凝土的工作性和凝结时间，确定适宜的外加剂用量及砂率。
应在试拌配合比的基础上，进行混凝土强度试验，按照《普通混凝土配合比设计规程》规定，应至少采用三个不同的配合比，当采用三个不同的配合比时，其中一个应为《普通混凝土配合比设计规程》第 6.1.4 条确定的试拌配合比，另外两个配合比的水胶比比试拌配合比分别增加和减小0.05，用水量应与试拌配合比相同，砂率可分别增加和减少 1%。
根据混凝土强度试验结果，绘制强度和胶水比的线性关系图，确定略大于配制强度的强度对应的胶水比。
在试拌配合比的基础上，用水量和外加剂用量根据确定的水胶比作调整。胶凝材料用量以用水量除以确定的水胶比计算得出。
粗骨料和细骨料用量根据用水量和胶凝材料用量进行调整。
选择合适的配合比后，测定该配合比混凝土的表观密度，当混凝土拌合物表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时配合比可保持不变，当二者之差超过2%时，应将配合比中每种材料用量均乘以误差校正系数进行调整。
现以C35泵送混凝土为例，计算一个混凝土配合比设计全过程，见附表：
2．混凝土配合比在生产中的调整
混凝土使用的原材料经常会发生变化，特别是地方性材料，当原材料变化后混凝土理论配合比必须及时调整，才能确保混凝土质量，同时又能满足施工性能的要求，下面就此方面进行阐述。
2.1水泥及粉煤灰、矿渣粉的变化
水泥及粉煤灰、矿渣粉等胶凝材料在配合比设计时往往按一个基准值为基础确定混凝土配合比，但原材料实际指标值肯定会有变化，实际生产中混凝土配合比必须按照原材料各项指标的变化情况及时做出调整。
水泥强度值变化时混凝土配合比的调整：按照上述C35混凝土配合比计算公式为例推算，混凝土强度=0.876水泥强度，即水泥强度每增加（或减少）1Mpa，混凝土强度相应增加（或减少）0.876Mpa；如果保持混凝土强度不变，水泥强度每增加（或减少）1Mpa，则每立方混凝土需要增加12kg胶凝材料。水胶比每增加1%即每立方混凝土增加约5kg水，混凝土强度会降低约1.2Mpa。
当水泥强度变化或施工要求混凝土的坍落度调整而需要增减用水量时，应按照相应比例调整混凝土配合比。如果各因素变化较大，则需要重新进行混凝土配合比设计。
粉煤灰、矿渣粉的活性变化时同样需要调整其掺量，来满足混凝土强度值达到设计值要求。
2.2细骨料、粗骨料的变化
细骨料用量一般是按中砂进行配合比设计，如果砂的细度模数变化，需要调整砂的用量，一般砂的细度模数每增减0.1，砂率相应增减0.5%。
粗骨料的使用一般规定超径含量不大于5%，如果超过规定含量，有条件时最好进行筛分，或选用不同等级碎石混合使用，以免对混凝土质量和施工性能产生不良影响。
2.3施工时温度的变化
混凝土施工时温度变化较大，则调整外加剂掺量来满足施工性能的要求。如果昼夜温差较大，在下午3点后出料及晚上出料，而且温度比白天降低较多时，可以减少外加剂掺量0.1%--0.2%，也可以降低矿粉用量10-20kg/m3，相应增加水泥用量，以确保凝结时间及混凝土质量满足工地施工的要求。
2.4现场混凝土坍落度损失过大的调整
一般每增加或减小1个坍落度，混凝土需增加或减小用水量2.5/m3或2%左右的水泥浆体体积。应在施工现场准备一定外加剂用作混凝土坍落度损失过大的调整。同时在混凝土生产时，适当增减外加剂用量，运距在1小时以上路程时，可以增加外加剂掺量0.1%--0.2%，较近混凝土生产场的工地可以适当降低0.1%--0.2%外加剂掺量。
3．混凝土用料质量控制
3.1加强原材料进场检验，确保原材料质量稳定、达标。水泥是混凝土中最主要的胶凝材料，水泥质量直接影响到混凝土质量。所以对水泥厂家品牌的选择及质量检测控制尤为重要。水泥进厂后检验项目包括：强度、安定性、需水量、细度、凝结时间。
矿物掺合料是为了节约水泥、改善混凝土性能，在混凝土拌制中掺入的矿物粉料。常用的掺合料有粉煤灰、矿渣粉、微硅粉等。掺合料的质量应符合现行国家规范和有关行业标准，其掺量应通过试验确定。进货时应对掺合料进行验收检验，其检测项目有活性、密度、细度、需水量比、烧失量、含水率、三氧化硫等。
粗细骨料应有较高的强度及耐磨性、清洁、不含杂质、级配良好，细骨料（砂）表观密度应不小干2.5g/cm3，粗骨料不小于2.6g/cm3，在对其进行检验时有害杂质的含量应符合有关规范要求。当粗细骨料进场时，质检人员应首先用目测进行宏观检查，如果发现颜色明显变异、粒径明显偏差过大、含泥量和泥块量过多，不得收料，应作退料或通知技术人员处理。
外加剂是在拌制混凝土过程添加且能使混凝土按需要改变性能的一种材料。混凝土外加剂按其化学成分不同又分为无机化合物和有机化合物两种。外加剂的质量应符合GB8076等国家现行标准的规定。外加剂进场应具有质量证明文件，对进场外加剂应按批复检，复检项目应符合GB50119等国家现行标准规定，外加剂在使用前应通过试验确定其掺量以及与水泥及其他胶凝材料的适应性。
3.2根据原材料的变化及时调整混凝土生产配合比
每批次胶凝材料、外加剂进场时，要对胶凝材料与外加剂适应性作检验，防止水泥及掺合料的变化引起混凝土质量和施工性能出现较大的变化，确保其质量、性能指标符合混凝土质量要求时方可使用。
加强对粗细骨料含水率检验（应根据进料情况及时检测，正常情况每4小时检测一次），根据现场粗细骨料含水状况在保证用水量不变时将混凝土理论配合比进行调整，得出混凝土生产配合比供生产使用。
4.总结语
混凝土配合比设计是混凝土生产过程中重要的环节，目前随着新型建筑材料不断出现，现代混凝土的配合比设计从发挥混凝土原材料作用出发，使具有特殊品质的矿物掺合料和新型混凝土外加剂紧密结合，使混凝土适应特殊性能、特殊施工技术获得进一步发展。现代混凝土配合比设计更强调试验环节，体现环保、经济、节约资源、节约能源，以及人与环境的协调。保证混凝土工程质量除了对原材料进行质量控制，准确设计混凝土配合比，还要及时调整混凝土生产配合比，只有这样才能确保有良好的混凝土质量。
参考文献：
[2]刘长俊 混凝土配合比设计计算手册 沈阳：辽宁科学技术出版社1994-02
论文作者:钟浩权
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/1
标签：混凝土论文; 强度论文; 骨料论文; 用量论文; 用水量论文; 外加剂论文; 材料论文; 《基层建设》2017年第21期论文;