談普通混凝土配合比設(shè)計(jì)

社生l  樊寶柱2

(1.陜西省建筑科學(xué)研究院710082西安；2.西京醫(yī)院基建科）

    普通混凝土是指以水泥為膠凝材料，千密度在2000一2800kg∕m³之間的混凝土。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，普通混凝土使用的材料范圍從以前的水泥、石子、砂子和水四種組分，逐步發(fā)展成為由外加劑、摻和料等材料組成的多種組分砼。包括了粉煤灰混凝土、高強(qiáng)高性能混凝土及抗凍、抗?jié)B混凝土等。因此，混凝土配合比的設(shè)計(jì)過程也越來(lái)越復(fù)雜。筆者覺得配合比設(shè)計(jì)過程要延伸到原材料的選取．工地實(shí)際攪拌與輸送及最終的產(chǎn)品完成。所以，對(duì)于普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)就要有很高的要求。

1.材料的選取的問題：

    1.1水泥的選用問題：一般來(lái)說C35及其以下的混凝土選用32.5水泥，C40及其以上的混凝土選用42.5水泥。筆者認(rèn)為從經(jīng)濟(jì)性來(lái)考慮，C30及其以下的混凝土適合選用32.5水泥，C35以上的混凝土可選用42.5水泥。對(duì)于摻有減水性能的外加劑和摻和料的混凝土可以評(píng)定混凝土抗壓強(qiáng)度的齡期來(lái)確定。比如對(duì)水化熱有要求的大體積混凝土，可以用較低強(qiáng)度的水泥。我們陜西地區(qū)最常用的是普通硅酸鹽水泥，現(xiàn)在復(fù)合硅酸鹽水泥也逐步的在應(yīng)用。結(jié)構(gòu)工程盡量選擇普通硅酸鹽水泥。選用復(fù)合硅酸鹽水泥一定要進(jìn)行試驗(yàn)。選用不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)一系列的問題。常見的就是與外加劑的適應(yīng)性問題、表面不水化的問題及摻和料的摻量問題。我省水泥品牌也由以前少數(shù)的幾個(gè)大品牌水泥．逐步地發(fā)展成為多種大品牌水泥。因此，給配合比的設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的難度。

    不同品牌的水泥，其混凝土強(qiáng)度發(fā)展也不一樣。與外加劑的適應(yīng)性也不一樣。關(guān)中地區(qū)的水泥與外加劑的適應(yīng)性普遍都差，尤其是復(fù)合水泥與P. 042．5水泥。某些水泥也有適應(yīng)性比較好的，比如眾喜水泥。陜南以漢江水泥為主，其與外加劑的適應(yīng)性較好。陜南和關(guān)中水泥形成了兩個(gè)系列，這可能與其所用的混合材有關(guān)。用陜南系列水泥配制的混凝土隨著減水型外加劑摻量的提高，其泌水量越來(lái)越大，越不利于泵進(jìn)。關(guān)中地區(qū)的水泥配制的混凝土隨著萘系減水型外加劑摻量的提高越來(lái)越粘稠，也不利于泵送。與減水型外加劑適應(yīng)性不太好的水泥，放置一段時(shí)間后適應(yīng)性就會(huì)改善。

    1.2骨料問題：關(guān)中地區(qū)以北盛產(chǎn)石灰石類卵石和碎石。以南主要是花崗巖類卵石和碎石。石灰石類粗骨料吸水少，強(qiáng)度高而均勻。花崗巖類粗骨料有的強(qiáng)度。高，有的強(qiáng)度很低，大多數(shù)吸水較高。因此選用不同的粗骨料，其用水量就不一樣。骨料中的粉狀顆粒對(duì)混凝土的坍落度損失影響也比較大。粉狀顆粒類型的不同，和減水類外加劑的適應(yīng)性也不相同。有些和磷酸鹽類外加劑適應(yīng)，有的和葡萄糖酸鹽類外加劑適應(yīng)。因此，外加劑的適應(yīng)性應(yīng)該擴(kuò)大到混凝土的適應(yīng)性的問題上。

2.普通混凝土的配臺(tái)比計(jì)算過程中的一些問題：

    2.1水灰比問題：按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55—2000)的要求，普通混凝土配合比的計(jì)算過程包括配制強(qiáng)度的確定、水灰比的計(jì)算、砂率及單位用水量的選取等過程。以上的計(jì)算是以鮑羅米公式為依據(jù)的，即認(rèn)為混凝土的強(qiáng)度與灰水比成線性關(guān)系，水灰比越小，強(qiáng)度越高。但我們發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度超過C60以后，這個(gè)線性關(guān)系就不復(fù)存在。所以在規(guī)程中就對(duì)鮑羅米公式做了限制，超過C60的混凝土就不用鮑羅米公式計(jì)算水灰比。

    2.2粉煤灰摻量問題：粉煤灰配合比設(shè)計(jì)主要用的是超量系數(shù)法。在工地上經(jīng)常為粉煤灰的摻量問題產(chǎn)生一些爭(zhēng)論滸多人認(rèn)為粉煤灰的摻量就是用粉煤灰量除以水泥甩量，比如每方混凝土用了330kg水泥，用了80kg粉煤灰就認(rèn)為粉煤灰的摻量為80／330 =24％，實(shí)際上還應(yīng)該考慮超量系數(shù)。假如超量系數(shù)為1．2，那么粉煤灰的用量就應(yīng)該為80／1．2=67，摻量為67／(67+330)=17％，依次類推。

    2.3外加劑的摻量問題：在配合比設(shè)計(jì)中，外加劑的摻量如何選取也是一個(gè)很復(fù)雜的過程。根據(jù)外加劑的定義，好象外加劑僅僅和水泥有關(guān)。經(jīng)過多年的實(shí)踐，筆者認(rèn)為外加劑的摻量應(yīng)該按以下方法選取。減水類的外加劑．應(yīng)該按照所有粉體材料的總量來(lái)?yè)郊印Ｈ绫盟蛣�、減水劑等等；對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度發(fā)展、耐久性能有影響的外加劑，其摻量應(yīng)該以水泥用量的百分比來(lái)?yè)郊印Ｒ虼伺浜媳仍O(shè)計(jì)過程也應(yīng)該包括外加劑組分的設(shè)計(jì)過程。比如某種緩凝型的減水劑，外加劑的緩凝成分是以水泥用量來(lái)?yè)郊拥模�若用于摻加有粉煤灰的混凝土，要使得混凝土達(dá)到一定的減水效果，外加劑摻量就必須按照膠凝材料的總量來(lái)選取。這時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)混凝土的緩凝成分超標(biāo)。嚴(yán)重的話就造成混凝土不凝結(jié)。

3.混凝土試配過程中的一些問題：

    3.1外加劑與水泥適應(yīng)性問題：混凝土外加劑與水泥的適應(yīng)性問題隨著水泥品牌的增多越來(lái)越復(fù)雜。有些混凝土在試驗(yàn)室坍落度損失很快，但到了工地上卻很好．這樣原因比較復(fù)雜。筆者認(rèn)為主要和攪拌方法和攪拌機(jī)的類型有關(guān)系。

    3.2攪拌量的問題：配合比設(shè)計(jì)規(guī)程中對(duì)最小攪拌量已經(jīng)有了要求。粗骨料粒徑小于31．5的混凝土攪拌量要求不小于l5升；粗骨料粒徑大于40的混凝土攪拌量要求不小于25升。我們做過一些試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)攪拌量小于l0升的混凝土，其單位用水量就相對(duì)大一點(diǎn)。容易出現(xiàn)配合比的單位用水量偏的現(xiàn)象。這可能與有部分砂漿附著到攪拌機(jī)的筒壁有關(guān)系。

    3.3攪拌方法的問題：試驗(yàn)室的攪拌方法分為人工和機(jī)械攪拌兩類。攪拌機(jī)的種類也對(duì)混凝土的性能有很大的影響。試驗(yàn)室通常有立軸攪拌機(jī)、單臥軸攪拌機(jī)和滾筒式攪拌機(jī)。立軸攪拌機(jī)的旁邊留有很多余料，不適合摻外加劑大流動(dòng)性混凝土的試配，滾筒式攪拌機(jī)適合摻外加劑混凝土的試配，單臥軸攪拌機(jī)適合摻有摻和料混凝土的試配。以上強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制出來(lái)的混凝土，坍落度損失都很大，與現(xiàn)場(chǎng)攪拌有一定差距。用其拌和的有些混凝土坍落度損失雖然大，有的混凝土反而在施工當(dāng)中應(yīng)用的很好。

    3.4攪拌時(shí)間的問題：試拌過程中攪拌時(shí)間對(duì)混凝土的和易性與力學(xué)性能都有影響，尤其對(duì)摻有外加劑及摻和料的混凝土的坍落度和抗壓強(qiáng)度影響最大。

    3.5拌合物性能的問題：試驗(yàn)室有時(shí)攪拌出的混凝土的拌和物性能與現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的相同配合比的混凝土的和易性有一定的差距。有時(shí)差距還很大。比如象凝結(jié)時(shí)間，試驗(yàn)室中測(cè)的凝結(jié)時(shí)間經(jīng)常要比實(shí)際施工中的凝結(jié)時(shí)間要長(zhǎng)。這是因?yàn)閷?shí)際施工當(dāng)中現(xiàn)場(chǎng)的蒸發(fā)面積和速度較快。因此試驗(yàn)室測(cè)得的凝結(jié)時(shí)間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工幾乎沒有指導(dǎo)意義。尤其是大體積混凝土的施工，以不出現(xiàn)施工縫為原則。另外還有拌和物的和易性，在試驗(yàn)室攪拌的混凝土的坍落度損失大、泌水少。而到了工地上其損失就會(huì)減少，反而泌水會(huì)增大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)堵泵的現(xiàn)象。

    3.6砂子含水率的問題：試配當(dāng)中骨料都要求是干燥狀態(tài)，但有時(shí)由于配合比較急，需要測(cè)其含水率。多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)骨料的含水率加實(shí)際用水量與干骨料所做的配合比的用水量并不相等。用干骨料所做的配合比其用水量要大。

    3.7體積密度問題：我們經(jīng)常采用的是假定重量法計(jì)算配合比。配合比設(shè)計(jì)規(guī)程中，最后一點(diǎn)就是要驗(yàn)證混凝土拌和物的緊密密度。經(jīng)常出現(xiàn)在配合比報(bào)告中的混凝土的體積密度和實(shí)際當(dāng)中的體積密度不一致的現(xiàn)象。這就給按照方量來(lái)結(jié)算帶來(lái)一定的誤差。因此每次都要做混凝土的拌和物的體積密度。

4.施工過程中的一些問題：

    4.1輸送問題：施工過程當(dāng)中，混凝土只有不發(fā)粘、不泌水才能順利的泵送。要做到這一點(diǎn)，就要求混凝土有良好的和易性。因此選用適當(dāng)?shù)谋眠M(jìn)劑和適當(dāng)?shù)膿搅渴怯绕渲匾�的問題。萘系減水劑對(duì)大多數(shù)水泥來(lái)說，隨著摻量的增加會(huì)引起混凝土的發(fā)粘。氨基減水劑隨著摻量的增加會(huì)引起混凝土的泌水。因此這兩種減水劑應(yīng)用時(shí)一定要適量。

    4.2振搗問題：工地中使用大模板施工的泵送混凝土表面容易產(chǎn)生氣泡及顏色不均勻的現(xiàn)象。逮主要是由于氣泡不容易排除及振搗不當(dāng)造成的。泵送混凝土由于坍落度大、易于流動(dòng)。振搗時(shí)容易產(chǎn)生局部過振、大多數(shù)地方振搗不到的問題。過振的地方，模板油容易沾附到混凝土表面，造成水分不容易散失，這個(gè)部位的顏色就會(huì)比較深。振搗不到的部位氣泡就比較多。

    4.3強(qiáng)度評(píng)定問題：比較大的工程混凝土強(qiáng)度評(píng)定認(rèn)識(shí)比較充分。有些工地對(duì)于什么時(shí)候用統(tǒng)計(jì)方法什么時(shí)候用非統(tǒng)計(jì)方法不太清楚。筆者覺得能用統(tǒng)計(jì)方法擊就盡量用。因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)方法可以避免一些不必要的麻煩。

    4.4抗裂問題：混凝土裂縫的原因很多，單靠配合比設(shè)計(jì)，即單靠改善混凝土材料性能是不可能消除的。但我們可以通過配合比設(shè)計(jì)，將裂縫出現(xiàn)的幾率降低。早期收縮產(chǎn)生的塑性裂縫我們可以通過吸水率低的骨料來(lái)減少。千縮裂縫可以通過采用碎石及在一定的條件下?lián)郊右欢�量的膨脹組分來(lái)減少。溫差裂縫可以采用中熱水泥或摻加摻和料及摻加有緩凝作用的外加劑來(lái)改善。在配合比設(shè)計(jì)中，爭(zhēng)論比較多的是膨脹劑問題。有褒貶不一的兩種截然不同的看法。筆者認(rèn)為這兩種看法都是片面的看問題。膨脹劑的出現(xiàn)是和膨脹自應(yīng)力水泥有密切關(guān)系的。既然自應(yīng)力水泥可以產(chǎn)生膨脹，那么我們完全可以通過混凝土的膨脹來(lái)減少混凝土的收縮裂縫的。工程中出現(xiàn)和膨張劑有關(guān)的裂縫，我們不妨客觀的來(lái)看待這個(gè)問題。首先，膨脹劑畢產(chǎn)廠家如此之多，這就不排除質(zhì)量的良莠不齊。筆者查看了一些膨脹劑專利，發(fā)現(xiàn)很多專利都認(rèn)為，只要含有Al2O3的材料都做為膨脹劑的材料。但這些專利忽略了—個(gè)很重要的問題，即Al293必須是有活性的。而現(xiàn)有的材料中有些9Lq根本就沒有活性，活性和其含量沒有必然聯(lián)系；其次，鋁酸鹽礦物必須含有結(jié)晶水的時(shí)候才膨脹，反之則收縮。千燥時(shí)產(chǎn)生的收縮甚至比硅酸鹽礦物還要大。因此又和應(yīng)用環(huán)境有很大關(guān)系。 

    泵送混凝土，尤其是商品混凝土容易開裂，好象是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。筆者認(rèn)為容易開裂的原因和砂率及減水型外加劑的應(yīng)用有直接關(guān)系。商品混凝土要求有比較大的砂率。砂率過大，會(huì)造成混凝土表面有很厚的浮漿層。這層浮漿層很容易造成塑性開裂。商品混凝土還要求有很大的減水效果，以免坍落度損失過大。減水率過大，造成混凝土內(nèi)部水化時(shí)缺水。也是造成混凝土塑性開裂的一個(gè)很重要的原因。

    碎石配制的混凝土抗裂教果好于卵石配制的混凝土。高性能混凝土就要求有比較好的拌和物性能，我們可以采用比較低的水泥用量，并采用摻合料來(lái)實(shí)現(xiàn)。不能單純的依靠提高混凝土的減水率來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    4.5水化熱問題：大體積混凝土只要有一定的保溫措施，控制內(nèi)外溫差不超過25℃就不容易產(chǎn)生裂縫。現(xiàn)在筏板基礎(chǔ)的側(cè)模都采用的磚模。因此基本上都不會(huì)在側(cè)壁產(chǎn)生裂縫。混凝土在施工過程中避免過振，避免出現(xiàn)摻合料的浮漿層，避免過粘的混凝土。基本上就會(huì)避免塑性開裂。只要做好保溫、保濕。就可以避免溫差裂縫。

    4.6成品強(qiáng)度的均勻性問題(對(duì)高強(qiáng)混凝土)

    現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的方法有很多種，主要有回彈、綜合、拉拔等方法。對(duì)于高強(qiáng)混凝土來(lái)說，尤其是泵送高強(qiáng)混凝土，最容易出現(xiàn)強(qiáng)度不均勻的問題。這是由于泵進(jìn)高強(qiáng)混凝土的流動(dòng)度過大，砂率也高。在澆注過程中很難使得混凝土形成很均勻的整體。砂漿部分的強(qiáng)度普偏低，粗骨料多的部分的混凝土強(qiáng)度就高一些。因此混凝土在澆注完成以后，應(yīng)該是一個(gè)“遠(yuǎn)程有序，近程無(wú)序”的有機(jī)結(jié)合體。也可以理解成高強(qiáng)泵進(jìn)混凝土的整體是由連續(xù)的高強(qiáng)部分，和連續(xù)的砂漿部分所組成的—個(gè)混凝土框架。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：

[1]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，JGJ 55—2000

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)