任亮
德昌县住房和城乡建设局，四川 德昌 615500
摘要：水泥混凝土是由水泥、粗集料、细集料和水，可含外加剂和掺合料按照一定比例配比，通过硬化一定时间后制成的人造石。水泥混凝土各成分的配合比导致了混凝土的技术性能和工程造价。配合比的设计要依照技术要求、结构形态和施工要求以及原材料的技术性能保证混凝土各成分的配合比例合理，进而经济地制造出符合工作性、强度和耐久性要求的混凝土。
关键词：混凝土、配合比、原材料
水泥混凝土这种材料具备很多优点，包括高强度和高耐久性，固化前具备良好的可塑性，能够浇筑成任何形状、不同的强度和特性，并且对钢筋具有良好的附着力，其原料来源范围大，价格便宜，混凝土的以上优点让其变成了工程建设中运用最广泛和使用量最多的建筑材料之一。但是水泥混凝土在拉伸时具有低拉伸强度和低可变形性，使其容易受到温度和湿度变化的影响导致裂纹、自重大等缺陷。混凝土配合比设计基于材料选择、配合比设计要点、混凝土施工时的控制，本文参照了攀枝花市某项目超高层框剪结构使用的C50混凝土进行试验和分析，来满足混凝土质量和施工要求。
1、原材料的选用
材料的选择一般包括粗骨料的选择、细骨料的选择、胶凝材料-水泥、掺合料的选择和外加剂的选择。对C50高强度混凝土质量控制需要严格把控原材料的质量，为保证厂拌混凝土质量的稳定性，在确定量化生产前，尽量对每个标号配合比材料种类固定，尽量避免配合比中原材料的多样化（指品牌、种类等），但同时也需考虑对同种材料进行多家供应商选择，防止进货渠道的单一性，以便从源头控制原材料的价格、质量及供应储备。
1.1粗骨料的选择
粗骨料强度、颗粒分析、表面特性和泥浆含量都会影响混凝土的强度。坚硬干净的碎石是C50理想的骨架构成选择，其强度可以通过碎石的破碎值指数来测量。粗骨料的颗粒形态和表层性能对C50以上的混凝土的粘结性能有很大的影响。应该选择近似立方的碎石，表面粗糙且有棱角，I类针状薄片的含量小于5％。
级配是骨料的主要技术指标之一，C50混凝土的粗骨料最大粒径宜控制在25mm以下，更好地连续级配可以实现低孔隙率和高密度的原理。骨料中的泥浆含量需要严格控制，其高含量不仅影响混凝土拌合物的和易性，还会影响减水剂的性能，导致混凝土的强度下降，影响混凝土的耐久性。
1.2细骨料的选择
在C50或更高等级的混凝土配合比中，山沙通常不做使用，因为其中包含大量泥浆和风化的软颗粒，应优先选择品质优良的河砂或机制砂。河砂或机制砂干净且泥浆含量少，石英颗粒含量高，质地坚硬，且级配通常可以满足要求。
C50混凝土的砂细度系数的最佳控制在2.6至2.8之间，如果细度小于2.6，混凝土混合物就会太粘稠，在施工过程中可能存在振动困难的情况，如果采用细砂，在符合相同的可加工性要求时，其水泥的用量也会增加。这不但提高了混凝土的成本，而且还影响了混凝土的技术性能，也不宜选择高于细度模数3.0的粗砂，因在高强度混凝土的运送和浇筑时保水性差，会影响混凝土的内部和外观质量。
另外，应注意砂中杂质的含量，泥浆含量不应超出2％，云母含量应低于1％。
如云母和泥浆的含量偏高，这不但影响混凝土混合物的和易性，还会影响混凝土的强度和耐久性，会导致产生收缩裂缝和其他混凝土质量病症。
1.3胶凝材料的选择
旋窑生产强度为42.5的普通硅酸盐水泥是不错的选择，另外再选择一种掺合料，以达到降低水泥用量，改善混凝土拌合物性能，降低成本的作用。
1.4外加剂的选择
选择的原则应充分考虑延迟混凝土的初始凝固时间，增加混凝土的初始强度，并提高其后期强度，降低混凝土坍落度的损耗与水泥的相容性、外加剂的稳定性。
2、水泥混凝土的配合比设计
2.1配合比设计原材料选择及检测
2.1.1水泥
选择华新水泥（丽江）有限公司生产的P.O42.5R“石林牌”水泥，试验室本次主要检测其3天、7天、28天水泥胶砂强度，检测结果如下表：
龄期
强度 3天 7天 28天
抗折强度（MPa） 5.8 7.0 7.6
抗压强度（MPa） 29.8 36.1 49.8
2.1.2掺合料
选择攀枝花市天盟建材有限责任公司生产的L70磷渣粉，试验室本次主要检测其替代水泥使用量的10%时，7天、28天的活性指数，检测结果如下表：
龄期
强度 7天 28天
试验胶砂抗压强度（MPa） 27.1 42.3
对比胶砂抗压强度（MPa） 36.1 49.8
活性指数 75.1% 85.0%
2.1.3粗骨料
选择攀枝花市宏尔达工贸有限责任公司生产的天然碎石，试验室本次主要检测其颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量，检测结论：该批次天然碎石满足5-25mm连续颗粒级配，针片状颗粒含量为3%，含泥量为0.3%。
2.1.4细骨料
选择攀枝花宏尔达工贸有限责任公司生产的机制砂，试验室本次主要检测其细度模数、含泥量，MB值，检测结论：该批次机制砂细度模数为2.7，中砂，含泥量为1.2%，MB值为0.5。
2.1.5外加剂
选择攀枝花市吉源科技有限责任公司生产的聚羧酸高性能减水剂，试验室本次主要检测其减水率，检测结论：该批次聚羧酸高性能减水剂减水率为25%，C50推荐掺量2.7%。
2.1.6水
饮用自来水。
2.2基准配合比的设计
（1）确定配合比强度
fcu，o≥fcu，k+1.645σ=50+1.645*6≈59.9MPa。
（2）确定水胶比
W/B=xa*fb/（fcu，o+xa*xb*fb），查表可得xa=0.53，xb=0.20，fb—通过胶砂强度试验确定28d胶砂强度实测fb为42.3MPa。故W/B=0.53*42.3/（59.9+0.53*0.20*42.3）≈0.35。
（3）确定用水量
设计坍落度为210mm，设计用水量为225kg/m3，聚羧酸高性能减水剂经试验确定减水率25%。MW=225kg*（1-25%）≈170kg。
（4）确定胶凝材料用量
胶凝材料Mb=MW/W/B=170kg/0.35≈486kg，其中水泥用量MC=486kg*90%≈437kg，磷渣粉用量MP=486kg*10%≈49kg。
（5）确定外加剂用量
外加剂MA=486kg*2.7%≈13.1kg。
（6）确定砂、石用量
按质量法，设计容重为2440kg/m3，砂率取39%，计算砂、石用量
MS+MG=设计容重-用水量-胶凝材料-外加剂用量=2440-170-437-49-13.1=1770.9kg,MS=1770.9kg*39%≈691kg，MG≈1080kg
（7）确定基准配合比
按每1m3混凝土质量法计算，MC=437kg，MP=49kg，MS=691kg，MG=1080kg，MA=13.1kg，MW=170kg。
2.3混凝土配合比的试配和调整
（1）工作性检查和调整
根据已计算的混凝土配合比测试，以确认坍落度和拌合物的各项性能指标是否达到施工要求，特定的配合比例测试应至少使用三种不同的比例，试验记录如下表：
试配组号 水泥MC
(kg）
磷渣粉MP
(kg）
粗骨料MG
(kg）
细骨料MS
(kg）
外加剂MA
(kg）
用水量
MW
(kg）
水胶比MW/
(MC+MP) 砂率βs 实测
表观密度
（kg/m3） 拌合物坍落度 拌合物
和易性描述
第一组
（基准） 437 49 1080 691 13.1 170 0.35 39% 2430 210mm 流动性良好
黏聚性良好
第二组 382 43 1101 734 10.2 170 0.40 40% 2450 210mm 同上
第三组 510 57 1045 641 17.0 170 0.30 38% 2420 210mm 同上
按以上3个不同C50配合比做20L试配试验，分别制备3组混凝土试件，标准条件养护下，做一组3天、7天、28天抗压强度测试。
试配C50高强度混凝土时，因其对水量控制非常敏感，切勿一次性将设计用水量全部倒入，而是缓慢加入，并注意观察混凝土拌合物的性能是否达到要求，包括流动性、包裹性、坍落度、扩展度等，若拌合物出现离析现象，则应该考虑这组试配作废弃处理。
根据上表，混凝土拌合物表观密度实测值与设计值之差的绝对值未超过设计值的2%，故配合比中每项材料用量可维持不变。
（2）混凝土强度的确认
试配组号 水胶比 胶水比 C50混凝土抗压强度（MPa）
3天 7天 28天
第一组 0.35 2.86 39.5 53.0 58.5
第二组 0.40 2.50 33.0 43.6 51.8
第三组 0.30 3.33 45.3 60.1 68.7
根据插值法，拟定混凝土28d抗压强度确定值为60.0MPa略大于设计值59.9MPa，求得胶水比为2.93，水胶比1/2.93≈0.34。试验表明，使用上述原材料配置C50混凝土时，水胶比为0.34的配合比是符合C50强度要求、节省水泥的最佳试验室配合比。
（3）确定最佳试验室配合比原材料用量（质量法）
根据最佳水胶比，重新调整计算最佳试验配合比，并进行混凝土拌合物性能检测，如下表：
试配组号 水泥MC
(kg） 磷渣粉MP
(kg） 粗骨料MG
(kg） 细骨料MS
(kg） 外加剂MA
(kg） 用水量MW
(kg） 水胶比MW/
(MC+MP) 砂率βs 设计容重ρ
（kg/m3） 实测
表观密度ρ
（kg/m3） 拌合物
坍落度 拌合物
和易性描述
第一组 450 50 1081 676 13.1 170 0.34 38.50% 2440 2450 210mm 流动性良好
黏聚性良好
按上述调整后的C50最佳配合比设计做20L试配试验，制备3组混凝土试件，标准条件养护下，做3天、7天、28天抗压强度测试。
上表混凝土拌合物表观密度实测值与设计值之差的绝对值未超过设计值的2%，故配合比中每项材料用量可维持不变。
（4）混凝土强度的确认
试配组号 水胶比 C50混凝土抗压强度（MPa）
3天 7天 28天
第一组 0.34 40.4 55.2 60.8
根据上表可知，调整后的混凝土试验配合比完全满足C50的强度要求，其拌合物的各项性能指标也满足施工要求。
（5）施工配合比
由于试验室配合比是在干燥环境下进行的，施工现场的砂子和石头含有一定量的水，因此在施工配合比期间必须减去该部分的水含量，由于砂的含水量为a％，石材的含水量为b％，因此施工配合比（质量法）如下：
水泥 C=MC kg
磷渣粉 P=MP kg
砂 S=MS（1+a％）kg
石 G=MG（1+b％）kg
外加剂 Ad=MA kg
水 W=MW-（MS*a％）-（MG*b％）kg
3、水泥混凝土配合比设计时的注意事项
（1）选择级配科学的粗细骨料，最大骨料粒度必须满足最小钢筋净间距要求。
（2）对于高强度混凝土，非常有必要对粗、细骨料的含泥量进行严格控制。
（3）随时关注料场砂石的含水量的变化，控制搅拌站的拌合物搅拌时间，科学调整用水量，以达到混凝土出厂坍落度要求。
（4）根据运输距离要求及浇筑时间安排，合理利用外加剂的缓凝效果，使随时损失满足施工要求。
结语：水泥混凝土是多成分的复合材料，每种成分的配合比例是否科学合理，确定混凝土是否可以满足设计和施工要求，因此，正确配合比设计是为了确保混凝土的强度、和易性、耐久性与经济之间的主要联系。
参考文献：
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