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【摘 要】 就常用由水泥、水、砂、石子四种基本材料组成的商品混凝土配合比设计过程以及配制材料的选用加以总结，结合实际施工经验，分析探讨了商品混凝土配合比设计中值得注意的几个问题，并提出了相应的防治措施，以使混凝土的配合比达到工程要求，广泛应用于各领域。
【关键词】 混凝土配合比设计；水灰比；单位用水量；适当砂率
【中图分类号】 TU757 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2011）04-082-02
商品混凝土就是指在工厂中生产，并做为商品出售的混凝土。与现场搅拌混凝土相比，商品混凝土是由专业的生产企业生产，这些企业大多配有先进的生产设备，计量精确，搅拌均匀，质量高，有完善的质检系统，保证质量。施工企业购买商品混凝土可以减少现场建筑材料的堆放，有利于保护环境，文明施工。为了使商品混凝土性能稳定、经济、性价比高，必须严格选择所需的原材料和优化混凝土的配合比。
１ 混凝土配合比设计原则、管理及原材料选择
商品混凝土在市场竞争中的唯一要求是保证工作性、强度和耐久性的前提下其成本和售价最低。降低成本的技术途径是正确选择原材料和配合比。
１.１ 混凝土配合比设计原则。①用低水胶比、富配合比配制的混凝土具有良好的抗氯离子扩散、硫酸盐侵蚀性能和对钢筋的长期防腐蚀性能。②掺适量的优质高效减水剂，大大增加减水效应，显著降低水胶比，提高混凝土强度。③掺加适量优质粉煤灰、矿粉，取代部分水泥和部分细骨料，在保证混凝土强度等级与稠度要求的前提下，可以显著提高混凝土的密实性，增强对钢筋的保护作用。
１.２ 混凝土配合比管理。①结合具体工程设计要求、施工工艺、原材料性能状况，按照有关技术规程进行混凝土配合比理论设计计算、试验和调整。由试验室通过试验取得的配合比在生产前再进行复验，符合规定要求后，方能应用于生产。②混凝土配合比在生产过程中要进行动态控制，动态控制在基准混凝土配合比基础上进行，由试验室掌握，根据工程情况、设计要求、气候变化、运输距离、原料状况等因素，结合实践经验进行调整。
１.３ 原材料的选择与要求。
１.３.１ 水泥的选择。通常采用硅酸盐水泥、普硅水泥或矿渣水泥，对水泥的基本要求是：①相同标号时，选择富裕系数大的水泥，因为水泥是使混凝土获得强度的“基础”；②相同强度时选择需水量小的水泥。水泥的标准稠度需水量在２１～２７％，在配制混凝土时采用需水量小的水泥可降低水泥用量；③选择Ｃ３ Ｓ高、Ｃ３Ａ低（＜８％）、碱含量低（＜１％），比表面适中（３４００ｃｍ２／ｇ～３６００ｃｍ２／ｇ）、颗粒级配好的水泥；④合理使用不同标号的水泥。配制Ｃ４０以下的流态混凝土时应用３２.５Ｍｐａ普硅水泥；配制Ｃ４０以上的高性能混凝土应用４２.５Ｍｐａ硅酸盐水泥或普硅水泥；⑤针对不同用途的混凝土正确选择水泥品种，如要求早强或冬季施工尽量采用Ｒ型硅酸盐水泥，大体积混凝土采用矿渣水泥或普硅水泥。
１.３.２ 矿物细掺料的选择。常用的矿物细掺料有粉煤灰、磨细矿渣、沸石粉、硅粉等。配制商品混凝土时对矿物细掺料的基本要求是：①售价低、具有一定的水化活性，能替代部分水泥，在保证强度和其它性能的情况下，应多掺矿物细掺料，使混凝土的成本降低；②需水量比小（＜１００％），颗粒级配合理能提高拌合物的流动性；③合理使用不同品种的细掺料，配制Ｃ６０以下的流态混凝土时采用ＩＩ级粉煤灰，Ｃ６０～Ｃ８０采用Ｉ级粉煤灰或磨细矿渣，１００Ｍｐａ以上的高性能混凝土掺硅粉。
１.３.３ 集料的选择。粗细集料都应符合有关标准的要求。正确选择集料能确保混凝土工作性、强度和经济性。①细集料：砂子的颗粒级配合理、含泥量低有利于强度和工作性的提高。人工砂和风化山砂的需水量大、颗粒形状和级配不合理使拌合物流动性下降。河砂是理想的细集料，使用时应正确选择细度模数。配制高强混凝土时应用粗砂，普通流态混凝土用中砂。砂子的细度模数影响混凝土的砂率和用水量，砂率高用水量大，坍落度损失快。砂率偏低容易产生泌水和离析。②粗集料：石子的最大粒径和级配影响混凝土的用水量，砂率和工作性。配制高强混凝土和高性能混凝土时应采用高强度的碎石，其最大粒径应为１９ｍｍ或２５ｍｍ，因为高强混凝土的强度几近为石子强度的二分之一。普通流态混凝土采用最大粒径２５ｍｍ或３１.５ｍｍ碎石，采用泵送工艺时石子最大粒径应小于泵出口管径的三分之一，否则产生堵泵现象。目前市场连续级配的碎石较少，多数为单一粒级、这时应采用二级配石子。若采用单一粒级的石子应提高砂率。
１.３.４ 外加剂的选择。商品混凝土所用的外加剂应包括：引气减水剂、高效缓凝引气减水剂、缓凝减水剂、高效缓凝减水剂、泵送剂、高效泵送剂等。选择外加剂的原则：①根据所配制的混凝土类型选择相应的外加剂品种；②根据混凝土的原材料、配合比和标号确定对外加剂的减水率和掺量的要求；③根据工程类型、气候条件、运输距离，泵送高度等因素，确定对坍落度损失程度、凝结时间和早期强度的要求；④其它特殊要求（如抗渗性、抗冻性、抗浸蚀性、耐磨性等）。
最后、通过混凝土试配，经济性评估后才能应用外加剂。
２ 商品混凝土配合比设计方法
传统的混凝土配合比设计方法（即假定容重法和绝对体积法）是以强度为基础的，即根据“水灰比定则”设计配合比。而我们提出的全计算配合比设计方法是以工作性、强度和耐久性为基础，通过混凝土体集模型推导出用水量和砂率计算公式，并且将此二式与水灰比定则相结合实现ＦＬＣ和ＨＰＣ的组成和配合比的全计算。全计算法与传统设计方法相比较，全计算法使混凝土配合比设计由半定量走向全定量，由经验走向科学。与传统配合比设计相比，全计算法更方便快捷地得到优化的混凝土配合比。
传统的混凝土配合比设计方法，是以采用标准试验方法所得的经过２８ｄ期龄标准养护的抗压强度为依据来设计和调整混凝土配合比，这种方法存在着试配周期长、不能适应材料变化和现代快速施工的需要等缺点。为了解决这个问题，试验室可采用早期推定混凝土强度进行快速配制的方法，即通过检测水泥３ｄ强度值来推算水泥２８ｄ的强度值，具体为按公式：来推测出混凝土２８ｄ的强度值。
２.１ 水灰比的确定。根据水灰比定律可知，在材料品种相同的条件下，混凝土的强度随着水灰比的增大而降低，其变化规律呈曲线关系，而混凝土强度与水灰比的变化规律呈直线关系。在关系曲线未建立之前，可以采用《凝土配合比设计技术规定》ＪＧＪ ５５～２０００（以下简称《规定》）提供的公式进行初步计算，该式中的回归系数Ａ和Ｂ随所用材料的品种及质量不同而异，在试验条件许可的情况下，应结合工程实际使用的材料通过试验求出；当缺乏试验条件时，可参照《规定》中的有关数据：碎石混凝土Ａ取０.４６，Ｂ取０.４８；卵石混凝土，Ａ取０.０７，Ｂ取０.３３。为水泥２８ｄ抗压强度实测值。
但是，不同水泥厂的水泥富裕强度不尽相同，同一水泥厂同一品种水泥在不同时期也存在着一定的差异，因此，可以将检测结果仅作为一个参考性的指标，在实际配合比设计时采用一个系数加以折算修正，该系数可取０.７～０.９，这样既考虑到水泥富裕强度的变化，又可以不使折减值低于标准值以致影响合格判定。
２.２ 单位用水量的确定。单位用水量的选取通常参照《规定》进行，即根据混凝土的坍落度、粗骨料的品种以及粗细骨料的最大粒径确定。只有水灰比ｗ／Ｃ坍落度按１０～３０ｍｍ、３５～５０ｍｍ、５５～７０ｍｍ、７５～９０ｍｍ的顺序每调一档，用水量应增加ｌ０ｋｇ／ｍ３ 左右；细骨料按粗、中、细的顺序每调一档，用水量应增加１８ｋｇ／ｍ３左右；碎石比卵石的用水量应增加１５ｋｇ／ｍ３左右；粗骨料最大粒径按４０ｍｍ、３１.５ｍｍ、２０ｍｍ、１６ｍｍ的顺序每调一档，用水量应增加１２ｋｇ／ｍ３左右。
３ 小结
现代混凝土的发展方向就是商品混凝土，所以生产出优质的混凝土是必须的，这就要对混凝土的质量进行科学的、合理的控制，来让混凝土的强度等一系列特性达到要求来满足建筑施工的需要，确保建筑工程的质量。获得操作性能好、质量稳定的商品混凝土，是混凝土结构工程施工质量保证的前提，因此严格控制商品混凝土的质量意义重大，尤其是在大体积混凝土、高强混凝土和自密实混凝土中，商品混凝土的质量控制绝对不容忽视。对于商品混凝土的质量控制，应按不同的厂家（搅拌站）条件、不同的工程结构特点、不同的地点与气候条件，有区别地采取合适的技术措施。
【关键词】 混凝土配合比设计；水灰比；单位用水量；适当砂率
【中图分类号】 TU757 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2011）04-082-02
商品混凝土就是指在工厂中生产，并做为商品出售的混凝土。与现场搅拌混凝土相比，商品混凝土是由专业的生产企业生产，这些企业大多配有先进的生产设备，计量精确，搅拌均匀，质量高，有完善的质检系统，保证质量。施工企业购买商品混凝土可以减少现场建筑材料的堆放，有利于保护环境，文明施工。为了使商品混凝土性能稳定、经济、性价比高，必须严格选择所需的原材料和优化混凝土的配合比。
１ 混凝土配合比设计原则、管理及原材料选择
商品混凝土在市场竞争中的唯一要求是保证工作性、强度和耐久性的前提下其成本和售价最低。降低成本的技术途径是正确选择原材料和配合比。
１.１ 混凝土配合比设计原则。①用低水胶比、富配合比配制的混凝土具有良好的抗氯离子扩散、硫酸盐侵蚀性能和对钢筋的长期防腐蚀性能。②掺适量的优质高效减水剂，大大增加减水效应，显著降低水胶比，提高混凝土强度。③掺加适量优质粉煤灰、矿粉，取代部分水泥和部分细骨料，在保证混凝土强度等级与稠度要求的前提下，可以显著提高混凝土的密实性，增强对钢筋的保护作用。
１.２ 混凝土配合比管理。①结合具体工程设计要求、施工工艺、原材料性能状况，按照有关技术规程进行混凝土配合比理论设计计算、试验和调整。由试验室通过试验取得的配合比在生产前再进行复验，符合规定要求后，方能应用于生产。②混凝土配合比在生产过程中要进行动态控制，动态控制在基准混凝土配合比基础上进行，由试验室掌握，根据工程情况、设计要求、气候变化、运输距离、原料状况等因素，结合实践经验进行调整。
１.３ 原材料的选择与要求。
１.３.１ 水泥的选择。通常采用硅酸盐水泥、普硅水泥或矿渣水泥，对水泥的基本要求是：①相同标号时，选择富裕系数大的水泥，因为水泥是使混凝土获得强度的“基础”；②相同强度时选择需水量小的水泥。水泥的标准稠度需水量在２１～２７％，在配制混凝土时采用需水量小的水泥可降低水泥用量；③选择Ｃ３ Ｓ高、Ｃ３Ａ低（＜８％）、碱含量低（＜１％），比表面适中（３４００ｃｍ２／ｇ～３６００ｃｍ２／ｇ）、颗粒级配好的水泥；④合理使用不同标号的水泥。配制Ｃ４０以下的流态混凝土时应用３２.５Ｍｐａ普硅水泥；配制Ｃ４０以上的高性能混凝土应用４２.５Ｍｐａ硅酸盐水泥或普硅水泥；⑤针对不同用途的混凝土正确选择水泥品种，如要求早强或冬季施工尽量采用Ｒ型硅酸盐水泥，大体积混凝土采用矿渣水泥或普硅水泥。
１.３.２ 矿物细掺料的选择。常用的矿物细掺料有粉煤灰、磨细矿渣、沸石粉、硅粉等。配制商品混凝土时对矿物细掺料的基本要求是：①售价低、具有一定的水化活性，能替代部分水泥，在保证强度和其它性能的情况下，应多掺矿物细掺料，使混凝土的成本降低；②需水量比小（＜１００％），颗粒级配合理能提高拌合物的流动性；③合理使用不同品种的细掺料，配制Ｃ６０以下的流态混凝土时采用ＩＩ级粉煤灰，Ｃ６０～Ｃ８０采用Ｉ级粉煤灰或磨细矿渣，１００Ｍｐａ以上的高性能混凝土掺硅粉。
１.３.３ 集料的选择。粗细集料都应符合有关标准的要求。正确选择集料能确保混凝土工作性、强度和经济性。①细集料：砂子的颗粒级配合理、含泥量低有利于强度和工作性的提高。人工砂和风化山砂的需水量大、颗粒形状和级配不合理使拌合物流动性下降。河砂是理想的细集料，使用时应正确选择细度模数。配制高强混凝土时应用粗砂，普通流态混凝土用中砂。砂子的细度模数影响混凝土的砂率和用水量，砂率高用水量大，坍落度损失快。砂率偏低容易产生泌水和离析。②粗集料：石子的最大粒径和级配影响混凝土的用水量，砂率和工作性。配制高强混凝土和高性能混凝土时应采用高强度的碎石，其最大粒径应为１９ｍｍ或２５ｍｍ，因为高强混凝土的强度几近为石子强度的二分之一。普通流态混凝土采用最大粒径２５ｍｍ或３１.５ｍｍ碎石，采用泵送工艺时石子最大粒径应小于泵出口管径的三分之一，否则产生堵泵现象。目前市场连续级配的碎石较少，多数为单一粒级、这时应采用二级配石子。若采用单一粒级的石子应提高砂率。
１.３.４ 外加剂的选择。商品混凝土所用的外加剂应包括：引气减水剂、高效缓凝引气减水剂、缓凝减水剂、高效缓凝减水剂、泵送剂、高效泵送剂等。选择外加剂的原则：①根据所配制的混凝土类型选择相应的外加剂品种；②根据混凝土的原材料、配合比和标号确定对外加剂的减水率和掺量的要求；③根据工程类型、气候条件、运输距离，泵送高度等因素，确定对坍落度损失程度、凝结时间和早期强度的要求；④其它特殊要求（如抗渗性、抗冻性、抗浸蚀性、耐磨性等）。
最后、通过混凝土试配，经济性评估后才能应用外加剂。
２ 商品混凝土配合比设计方法
传统的混凝土配合比设计方法（即假定容重法和绝对体积法）是以强度为基础的，即根据“水灰比定则”设计配合比。而我们提出的全计算配合比设计方法是以工作性、强度和耐久性为基础，通过混凝土体集模型推导出用水量和砂率计算公式，并且将此二式与水灰比定则相结合实现ＦＬＣ和ＨＰＣ的组成和配合比的全计算。全计算法与传统设计方法相比较，全计算法使混凝土配合比设计由半定量走向全定量，由经验走向科学。与传统配合比设计相比，全计算法更方便快捷地得到优化的混凝土配合比。
传统的混凝土配合比设计方法，是以采用标准试验方法所得的经过２８ｄ期龄标准养护的抗压强度为依据来设计和调整混凝土配合比，这种方法存在着试配周期长、不能适应材料变化和现代快速施工的需要等缺点。为了解决这个问题，试验室可采用早期推定混凝土强度进行快速配制的方法，即通过检测水泥３ｄ强度值来推算水泥２８ｄ的强度值，具体为按公式：来推测出混凝土２８ｄ的强度值。
２.１ 水灰比的确定。根据水灰比定律可知，在材料品种相同的条件下，混凝土的强度随着水灰比的增大而降低，其变化规律呈曲线关系，而混凝土强度与水灰比的变化规律呈直线关系。在关系曲线未建立之前，可以采用《凝土配合比设计技术规定》ＪＧＪ ５５～２０００（以下简称《规定》）提供的公式进行初步计算，该式中的回归系数Ａ和Ｂ随所用材料的品种及质量不同而异，在试验条件许可的情况下，应结合工程实际使用的材料通过试验求出；当缺乏试验条件时，可参照《规定》中的有关数据：碎石混凝土Ａ取０.４６，Ｂ取０.４８；卵石混凝土，Ａ取０.０７，Ｂ取０.３３。为水泥２８ｄ抗压强度实测值。
但是，不同水泥厂的水泥富裕强度不尽相同，同一水泥厂同一品种水泥在不同时期也存在着一定的差异，因此，可以将检测结果仅作为一个参考性的指标，在实际配合比设计时采用一个系数加以折算修正，该系数可取０.７～０.９，这样既考虑到水泥富裕强度的变化，又可以不使折减值低于标准值以致影响合格判定。
２.２ 单位用水量的确定。单位用水量的选取通常参照《规定》进行，即根据混凝土的坍落度、粗骨料的品种以及粗细骨料的最大粒径确定。只有水灰比ｗ／Ｃ坍落度按１０～３０ｍｍ、３５～５０ｍｍ、５５～７０ｍｍ、７５～９０ｍｍ的顺序每调一档，用水量应增加ｌ０ｋｇ／ｍ３ 左右；细骨料按粗、中、细的顺序每调一档，用水量应增加１８ｋｇ／ｍ３左右；碎石比卵石的用水量应增加１５ｋｇ／ｍ３左右；粗骨料最大粒径按４０ｍｍ、３１.５ｍｍ、２０ｍｍ、１６ｍｍ的顺序每调一档，用水量应增加１２ｋｇ／ｍ３左右。
３ 小结
现代混凝土的发展方向就是商品混凝土，所以生产出优质的混凝土是必须的，这就要对混凝土的质量进行科学的、合理的控制，来让混凝土的强度等一系列特性达到要求来满足建筑施工的需要，确保建筑工程的质量。获得操作性能好、质量稳定的商品混凝土，是混凝土结构工程施工质量保证的前提，因此严格控制商品混凝土的质量意义重大，尤其是在大体积混凝土、高强混凝土和自密实混凝土中，商品混凝土的质量控制绝对不容忽视。对于商品混凝土的质量控制，应按不同的厂家（搅拌站）条件、不同的工程结构特点、不同的地点与气候条件，有区别地采取合适的技术措施。