建筑工程混凝土施工配合比优化及应用

曹希良 黄小蕙

摘要：随着建筑不断向高层、超高层、大跨度方向发展，建筑工程中的混凝土对下列各项性能指标提出了更高的要求：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性和不易开裂性。鉴于目前我国建筑工程中钢筋混凝土建筑物的使用寿命普遍偏短的状况，结合施工现场的实际情况，我们对混凝土的配合比进行试验研究，提出了建筑工程中混凝土配合比及其应用技术，有效地控制混凝土质量,延长建筑工程混凝土建筑物的使用寿命。

关键词：混凝土；配合比；建筑工程；应用

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

1前言

混凝土是一种常用的建筑材料，现代建筑中大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，在混凝土中掺入一定量的矿物掺合料和高性能复合外加剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，在施工时采取严格的质量控制措施，制备满足力学性能、耐久性能、工作性能以及经济合理性的混凝土。混凝土以耐久性指标为主要控制指标、采用较低的水胶比、较低的用水量及水泥用量、同时掺加复合外加剂及矿物掺合料等。当环境温度、原材料质量、配合比、计量发生变化时，其工作性能易发生突变，造成混凝土离析、泌水、和易性差，影响施工并造成混凝土外观差、耐久性差。因此，原材料质量、配合比选定、混凝土的搅拌、浇注等与混凝土质量密切相关，这些环节必须加以严格控制，才有保证混凝土质量。

2、原材料质量

2.1水泥强度

水泥是混凝土的胶结材料，是混凝土中的活性组分，当混凝土配合比不变的情况下，混凝土的强度与水泥的强度成正比。在进行配合比设计时按相应的规范进行。在混凝土配合比设计时，现场用的混凝土骨料包括粗骨料和细骨料都有一定的含水率，不管是雨天还是晴天。骨料的含水或多或少还是有的，尤其是细骨料。这都需要将设计配合比调整为施工用配合比。试验室混凝土配合比设计按我国标准规定是以骨料（绝对干燥状态）为基准进行计算，这给配合比的调整带来很多不便，通过实验可以得知，骨料的气干状态的内部含水是不能在混凝土的搅拌浇捣过程中释放出的，这部分水只能在混凝土干缩过程中逐渐被吸出，并且不会影响混凝土的实际强度。为了保证混凝土的水灰比及混凝土的强度，测定出合理的含水率至关重要。水泥宜选用低水化热和低碱含量的水泥，尽可能避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥。水泥一般采用大型水泥厂生产的水泥，质量比较稳定，但应注意当砂石碱活性较大时，应采用低碱水泥。采用低碱水泥一是可以降低混凝土含碱量，减少与碱活性骨料发生反应的程度，二是可以减少混凝土开裂的倾向。

2.2砂率

砂率的选用由混凝土的工作性和强度试验来确定，砂率的大小对混凝土的拌合物工作性影响较大，一般情况下，它随着水灰比的增大而增大，这是众所周知的，然而砂率对混凝土强度的影响则意见分歧。从我们的试验表明，砂率不仅影响混凝土的工作性，而且明显影响混凝土的强度，在水灰比、水泥用量、石子级配、坍落度等条件一定时，存在一合理砂率。当采用合理砂率时混凝土强度最高。当采用砂率与合理砂率的差值越大混凝土的强度越低。配合比中砂率的选择受石子的品种、规格、砂子的粗细、水灰比的大小和塌落度的影响，为了得到致密实的混凝土。还应考虑混凝土中砂浆的总量，应保证有足够的砂浆来填满石子的空隙，使混凝土的各种材料形成最佳的比例，增强混凝土拌合物的工作性和成型后的密实度。进而提高混凝土的强度。

2.3用水量

根据固定用水量定则，如果单位加水量一定，即使水泥用量在一定范围内改变（每立方米混凝土水泥增减50-100）,拌合物的坍落度大体上是保持不变的。《普通混凝土配合比设计规范》中，单位用水量的选用是依据混凝土的坍落度和石子的品种及最大粒径而决定。试验资料表明，当水灰比变化较大时，对其单位用水量也有影响。当水灰比较小时用水量较大。

2.4掺合料的使用

不同的掺合料具有不同的特性和作用。

表1粉煤灰和矿渣粉的优缺点

矿渣粉和粉煤灰的掺入，减少了水泥用量，延长了混凝土水化热反应的时间，推迟了温度峰值的产生且降低了温度峰值。

2.5外加剂的选择

外加剂是配制高性能混凝土最重要的材料，配制高性能混凝土的关键是要以较低的用水量且要使混凝土达到较大的坍落度、较高的强度以及并具有较小的坍落度损失，这些只有掺加高性能减水剂才能实现，关键是看它能不能与其它各种材料（主要是水泥）相兼容，合适自己的才是最好的。

2.6骨料的选择

粗骨料的粒径、级配和形状对混凝土拌合物的可泵性有着十分重要的影响。粗骨料的最大粒径与输送管的管径之比有直接的关系，应符合表2的规定。

粗骨料的最大粒径与输送管径之比表2

粗骨料应符合国家现行标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ 53-92）的规定。粗骨料应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10%。

粗骨料的级配影响空隙率和砂浆用量，对混凝土可泵性有影响，常用的粗骨料级配曲线可按图1选用。

图1 泵送混凝土粗骨料最佳级配图

泵送混凝土粗细骨料最佳级配图（图1）说明：

1）粗实线为最佳级配线；

2）两条虚线之间区域为适宜泵送区；

3）粗细骨料最佳级配区宜尽可能接近二条虚线之间范围的中间区域。

3、配合比选定

3.1混凝土配合比设计原则

普通混凝土配合比设计应满足设计需要的强度和耐久性。水灰比的最大允许值，可参见表3

混凝土的最大水灰比和最小水泥用量表3

注：1．当采用活性掺合料取代部分水泥时，表中最大水灰比和最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。

2．配制C15级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。

3.2混凝土配合比设计各主要参数的确定及配合比设计流程

3.2.1混凝土强度等级的确定。

混凝土强度等级根据设计图纸确定，且应符合规范中的关于不同环境条件下混凝土结构最低强度等级之规定。

3.2.2石子最大粒径的确定。

碎石最大公称粒径不宜超过混凝土保护层厚度的2/3且不得超过钢筋最小间距的3/4。配合比设计前应仔细了解设计图纸中规定的钢筋最小间距和最小混凝土保护层厚度，以确定配合比所采用的碎石最大公称粒径。

3.2.3设计坍落度的确定。

混凝土的坍落度宜根据施工工艺、浇注方法、钢筋最小间距确定。现高性能混凝土采用泵送施工较多，要求流动性好且不易离析、不泌水，考虑到施工现场混凝土坍落度损失及炎热天气的施工，坍落度设计时不宜太小，实际应用中泵送混凝土坍落度一般选择120～160mm。

3.2.4试配强度的确定。

试配强度按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）计算,水下混凝土配合比设计时，试配强度应乘以一个1.1~1.15的保证系数。配置强度的确定应该是：设计强度+1.645*标准差。

3.2.5水胶比的确定。

按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）计算并得出水胶比以后，还需要符合高性能混凝土规范规定的最大水胶比和最小胶凝材料用量的规定进行校核，并重新选择水胶比。

3.2.6最小水泥用量胶凝材料用量按照表4的确定。

最小水泥用量胶凝材料用量和最大水灰比 表4

注：掺粉煤灰、沸石粉和硅灰的混凝土应符合《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55)中的规定。

3.2.7外加剂掺量的确定。

外加剂掺量与外加剂减水率、设计坍落度以及实际使用材料的需水量有关，参考厂家推荐掺量，并通过混凝土试拌效果确定，聚羧酸盐系高性能复合减水剂的掺量一般为胶凝材料总量的0.8~1.2%（C30~C50混凝土）。

3.2.8矿物掺合料掺量的确定。

一般情况下，矿物掺合料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于30%。设计时，尽可能减少混凝土胶凝材料中的水泥用量，一是可以减少水泥水化热引起的混凝土开裂倾向，保证混凝土的耐久性，二是减少水泥用量，增加矿物掺合料用量，有利于增强混凝土的和易性，利于施工，三是可以降低成本。

3.2.9混凝土表观密度的假定。

混凝土表观密度一般在2350~2450kg/m3之间选定。应注意的是，由于混凝土表观密度选定过小，容易造成施工现场混凝土用量超方现象，室内混凝土配合比设计时，测定混凝土表观密度应在测完混凝土30分钟坍落度损失后再进行，这样测出来的混凝土表观密度与施工现场情况比较接近。

3.2.10砂率的选择。

（1）选取砂率值

1）坍落度为10~60mm的混凝土砂率，可按粗骨料品种、规格及混凝土的水灰比在表5中选用。

混凝土的砂率（%）表5

注：1．表中数值系中砂的选用砂率。对细砂或粗砂，可相应地减少或增加砂率；

2．只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增加；

3．对薄壁构件，砂率取偏大值；

4．表中的砂率系指砂与骨料总量的重量比。

2）坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在上表的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。

3）坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应通过试验确定。

4、混凝土配合比在实际施工中的执行情况

4.1严格控制施工现场混凝土拌和过程中的用水量

首先不能为了方便施工，以擅自加水而获得混凝土的高塌落度，加上现场质检人员管理不到位，对水灰比缺少严格的控制，这样就造成了实际用水量与理论用水量的严重不符，客观上更改了水灰比。导致了混凝土强度的降低，应该加大质检力度，严格计量。不得随意增加用水量。

其次砂、石的含水率往往被忽视配合比是以指干燥状态下材料为基准，现场材料应根据含水率调整配合比，并严格计量。在实际混凝土生产配置过程中，许多的试验人员没有按照规定要求测量。而是采用经验法或者目测法来估计砂、石的实际含水量，这样会导致生产配合比的不准确。应该在施工前按照规范要求准确测量砂、石的实际含水量。调整施工配合比，严禁边冲砂石边拌制混凝土。

4.2材料应准确计量

施工中许多的施工单位为了方便，往往只用磅秤秤一车砂、石的重量，随后配合比上的材料质量就被简单转换成了体积比，材料用量上的差错，直接导致混凝土强度上的变化，应该不怕麻烦，坚持每车过磅。严格计量材料用量，保证混凝土的质量。

4.3混凝土中的缓凝剂

许多商品混凝土中掺了缓凝剂，或采用了缓凝型高效减水剂，根据多年的实践经验，配合比中掺有缓凝剂的混凝土经常出现不均匀气泡，且缓凝时间不易控制。

5、结语

在大体积、超高层混凝土施工中，混凝土生产的控制是一个系统工程，只有严格的控制和科学的管理才能够使混凝土强度得到有力的保证。才可以保证混凝土的力学性能、耐久性、工作性以及经济性。但混凝土对环境变化、材料变化、计量偏差、搅拌时间等十分敏感，因此，混凝土原材料、配合比设计、混凝土拌合、混凝土浇注等各个环节的质量控制十分关键，我们应当引起高度重视，采取措施，保证混凝土施工质量。

参考文献：

（1）中国工程土木水利与建筑学部，工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组，混凝土结构耐久性设计与施工指南（CCES01-2004）【M】.北京：中国建筑工业出版社

（2）青岛海湾大桥海工高性能混凝土设计与施工技术规范（正式版）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。