戴國強，簡鴻福，葉 霞

（江西省水利科學研究院，江西 南昌 330029）

1 概述

混凝土配合比方案設計需要確定許多參數，如水膠比、用水量、砂率、外加劑與摻合料的摻量等。任何一個參數都會影響混凝土配合比的合理性與經濟性。以水膠比為例，在其他參數一定的情況下，使用水膠比0.50 與0.51 配制相同坍落度要求的混凝土，其28 d 混凝土強度相接近。若都使用170 kg/m3的用水量，兩個配合比方案的水泥用量相差6 kg 左右。隨著大中型水利工程項目的逐漸展開，若每m3混凝土可節(jié)省6 kg 水泥，則一個混凝土澆注量10萬m3左右的大中型水利工程便可節(jié)約水泥用量約600 t。因此，一個合理經濟的混凝土配合比需要通過細致的比對與試驗確定參數，并不是簡單的根據規(guī)程規(guī)范計算而來的。本文就混凝土配合比方案設計中試驗參數的確定需要注意的問題做了探討。

2 混凝土配合比參數的分析與確定

混凝土配合比方案需要確定的參數有：水膠比、用水量、砂率、粗骨料用量，外加劑與摻合料摻量。

2.1 水膠比的確定

水膠比是影響混凝土強度的主要因素[1]。在其他參數一定的情況下，水膠比越小，強度越大。根據《水工混凝土配合比設計規(guī)程》（DL 5330-2005），在確定配合比方案前，需選定3～5個水膠比，建立強度與膠水比的回歸方程或圖表，根據強度與膠水比關系選擇相應于配制強度的水膠比。一般情況下，試驗人員選取3個水膠比，設計混凝土試配方案，根據試配方案的結果選取混凝土水膠比。當選擇試配的水膠比不合理時，所設計的混凝土方案技術上可行，但不一定經濟。以下用工程實例進行說明。

某大型水利工程需要設計C25 強度等級混凝土配合比方案。使用P.O42.5強度等級水泥，其28 d實測強度為fce=44.8 MPa。選擇水膠比為0.55、0.50、0.45 及0.40 進行試配，其配合比試配結果見表1。

選擇兩種確定水膠比的試驗方案，第一種方案選擇編號1、2、3、4 試配結果確定水膠比，第二種方案選擇編號2、3、4 試配結果確定水膠比。根據28 d的混凝土試塊強度，繪制膠水比與強度的關系曲線，使用最小二乘法進行線性回歸方程分析。兩種方案的強度-膠水比曲線見圖1、圖2，兩種方案成果見表2。

根據圖1、圖2 和表2，兩個方案技術上都是可行的。在用水量為160 kg/m3的情況下，水膠比為0.48的混凝土配合比設計方案可節(jié)約水泥7 kg/m3。對于一個大型水利工程而言，每m3混凝土可節(jié)約7 kg 水泥，則可大量節(jié)約施工成本。因此，在確定水膠比時，應該仔細的分析試配結果，以設計經濟合理的混凝土配合比方案。筆者認為，混凝土配合比方案試配時，選擇4～5個水膠比設計試配方案，分析對比試配成果，選擇2～3個水膠比進行驗證，以保證混凝土配合比方案經濟合理。

2.2 用水量的調整

混凝土中的水在混凝土硬化過程中可以分為3 種型式存在。

（1）化學結合水。化學結合水以嚴格的定量參加水泥水化的水，它使水泥漿形成結晶固體?；瘜W結合水是強結合的，不參與混凝土與外界濕度交換作用，不引起收縮與膨脹變形，成微小自生變形。

（2）物理化學結合水，在混凝土中以并不嚴格的定量存在，表現為吸附薄膜結構，它在混凝土中起擴散及溶解水泥顆粒的作用，其中一部分水在材料周圍構成堿性結合水膜，容易受到水分蒸發(fā)的破壞，所以物理化學結合水積極地參與混凝土與環(huán)境的濕度交換作用。

（3）物理結合水。物理結合水混凝土中各晶格間及粗、細毛孔中的水，亦稱游離水，含量不穩(wěn)定，極容易受水分蒸發(fā)影響而破壞結合，它是積極參與和外界進行濕度交換的水。

總之，化學結合水是保證水泥顆粒水化的必需條件；物理化學結合水是保證水泥顆粒充分擴散，逐步完成水化反應的必需條件；而物理結合水則為化學結合水、物理結合水充分發(fā)揮作用提供外部條件[2]。

用水量過少時，水泥漿少，包裹砂子的水泥漿層變薄，砂粒間摩擦阻力增加，混凝土拌合物的流動性減小，坍落度變小，混凝土容易產生蜂窩麻面現象。反之，用水量過多，混凝土拌合物就會出現離析、泌水現象，水泥漿流失，混凝土強度明顯降低。同時，水泥用量亦增加，混凝土澆注溫度上升，容易產生裂縫。

根據上述水在混凝土中的作用，適量的水是混凝土完成水化反應和實現預期強度的必需條件，并且適宜的坍落度必須有適宜的用水量。在配合比試驗過程中，當坍落度不滿足要求時，調整混凝土單位用水量是最直接和簡便的方法。但是，過多的增加單位用水量，其危害是很大的?；炷僚浜媳仍囼炋涠日{整時，可以通過調整砂率、適當增加外加劑及摻合料的用量，以提高混凝土的流動性。

表1 混凝土配合比設計方案 kg/m3

圖1 方案1 強度等級膠水比強度關系曲線圖

圖2 方案2 強度等級膠水比強度關系曲線圖

表2 兩種方案試配成果表 kg/m3

2.3 外加劑摻量

為提高混凝土的強度與耐久性，目前水工混凝土經常摻用外加劑。摻用外加劑的混凝土性能不僅與水泥、骨料等原材料品質有關，也與外加劑品質有關，但二者的適應性更加重要。當前外加劑適應性試驗主要是指外加劑與水泥的適應性。水泥與外加劑適應性好，才能配制出各種符合要求的混凝土。反之，即使材料品質檢測合格，配制的混凝土終凝時間長、不密實，難以配制出符合要求的混凝土。因此，摻用外加劑的水工混凝土，配合比試驗應檢測外加劑與水泥的適應性。

外加劑的摻量對應水泥凈漿流動度大、流動度損失小時，其摻量為最適宜摻量，此時外加劑與水泥的適應性好。如某水利工程外加劑推薦摻量為0.5%～1%，通過外加劑與水泥的適應性試驗，最后確定外加劑摻量為0.9%。試驗成果見表3 與圖3。

表3 外加劑在不同摻量的凈漿流動度和損失試驗成果

外加劑摻量低，流動度大且流動度損失小的外加劑摻量為最佳摻量，此時外加劑對膠凝材料的適應性好。由圖3 和表3 可知，此外加劑的最適摻量為0.9%。

2.4 粉煤灰摻量

混凝土中摻用粉煤灰具有改善混凝土的性能，提高混凝土質量，減少混凝土水化熱，抑制堿骨料反應，節(jié)約水泥，降低成本等作用。目前對于混凝土中粉煤灰最優(yōu)摻量，還尚未有規(guī)范規(guī)定。在同一情況下，摻用粉煤灰的混凝土其和易性較好，坍落度較大。但當粉煤灰摻量在20%以上時，混凝土水化熱減少，7 d、28 d 齡期混凝土強度相對未摻用粉煤灰的混凝土強度降低。摻用粉煤灰還可降低混凝土水化熱，降低混凝土的澆筑溫度。因此，目前確定粉煤灰最優(yōu)摻量的主要依據其與坍落度、強度與溫度的關系。

一般情況下，確定選用粉煤灰摻量的方法：設計一組基準混凝土，選擇3～5個粉煤灰摻量，選擇坍落度較大、28 d 實測強度損失小的粉煤灰摻量作為混凝土配合比設計的最優(yōu)摻量。混凝土配合比設計粉煤灰摻量還應根據現場施工進行調整。夏季施工溫度較高時，可以考慮多摻用粉煤灰；冬季施工溫度較低，為減少緩凝現象可以適量減少粉煤灰用量。

圖3 外加劑在不同摻量的凈漿流動度和損失試驗成果曲線圖

3 結語

混凝土配合比是混凝土澆筑的依據，影響因素很多，應該根據試配成果及過程中發(fā)現的問題及時的調整混凝土配合比方案，以滿足合理經濟及施工實際要求。在混凝土配合比方案設計時，一般有以下設計原則：

（1）選擇較大的水膠比。選擇3～5個±0.05 水膠比方案進行試配，選擇2～3個-0.01的水膠比進行驗證。在驗證結果中選擇較大的、能夠滿足強度與耐久性要求的水膠比，減小水泥用量。

（2）較少用水量。混凝土配合比方案中選擇適宜用水量?？赏ㄟ^調整砂率、外加劑與摻合料調整坍落度。

（3）選擇適宜的外加劑摻量。廠家推薦的外加劑摻量一般是一個參考范圍。應通過水泥與外加劑適應性試驗確定外加劑摻量。

（4）選擇適宜的粉煤灰摻量。粉煤灰摻量應通過試驗確定。隨著施工季節(jié)的不同，粉煤灰摻量也應該不同。夏季施工可適當增加粉煤灰摻量，冬季施工可適當減少粉煤灰摻量。

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