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浅谈当前我国预拌混凝土配合比设计现状与改进方向曹冰雪

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2020年12月上作者：曹冰雪

[导读] 随着混凝土材料技术的发展，尤其是高效减水剂的使用，混凝土的各种工程性能不断提高，混凝土的应用领域也更为广泛。工程施工方法不断创新，混凝土结构设计在高度、体型等方面也趋向极端化，这些发展都对混凝土的强度、耐久性和工作性提出了更高、更苛刻的要求。由此，本文主要对当前我国预拌混凝土配合比设计现状与改进方向加以分析。

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摘要：随着混凝土材料技术的发展，尤其是高效减水剂的使用，混凝土的各种工程性能不断提高，混凝土的应用领域也更为广泛。工程施工方法不断创新，混凝土结构设计在高度、体型等方面也趋向极端化，这些发展都对混凝土的强度、耐久性和工作性提出了更高、更苛刻的要求。由此，本文主要对当前我国预拌混凝土配合比设计现状与改进方向加以分析。
关键词：预拌混凝土配合比；设计现状；改进方向
        混凝土配合比设计要考虑的因素较多，牵涉到几个方面的内容：一要保证混凝土硬化后的强度和所要求的耐久性等其他性能；二要满足施工工艺易于操作而不遗留隐患的工作性能；三是在符合上述两项要求下选用合适的材料和计算各种材料用量；四是对上述的要求及结果进行设计、试配、调整，使之达到设计标准的要求；五是在达到上述要求的同时，设法降低成本。
        1混凝土配合比设计前的准备工作应充分
        在配合比设计前，试验室技术负责人要做好下列工作：
        1.1了解混凝土结构设计的相关要求，重点是各种混凝土强度和耐久性要求及结构件截面的大小、钢筋布置的疏密，以考虑采用水泥品种及掺合料和石子级配粒径的大小等参数。
        1.2了解是否有特殊性能要求，便于决定所用水泥的品种和粗骨料粒径的大小及外加剂的选择等。
        1.3了解施工工艺，如是否采用泵送、浇筑的措施，使用机械化的程度及季节性变化等，主要对混凝土工作性能和凝结时间的要求，便于选用外加剂及其掺量。
        1.4了解所能采购到的原材料品种、质量和供应能力。根据这些资料合理地选用适当的设计试验参数，进行配合比设计。
        2国内预拌混凝土配合比设计方法
        2.1当前预拌混凝土企业混凝土配合比设计方法
        技术的发展离不开实践，预拌混凝土企业是专门从事混凝土生产的单位，对混凝土技术的应用与发展起着重要的作用。预拌混凝土企业的配合比设计，首先应满足工程需求，强度要求即工程结构安全性是必要要求；混凝土拌和物工作性满足施工工艺的需要，是另一个必要的要求。在满足以上两个要求的同时，预拌混凝土企业技术人员还要满足配合比经济性的要求，为企业节约成本，提高企业的市场竞争能力。2.2确定掺和料的种类和掺加比例：掺粉煤灰或矿渣粉，或双掺，需要根据工程部位要求和施工的季节要求，并根据以往试验建立各种掺和料的掺加比例对强度影响关系，最终确定掺和料掺加比例。这一过程也需要有充分的试验数据积累和丰富的实践经验。
        2.2骨料用量的确定
        根据经验选择砂率，采用假定容重法或绝对体积法计算石子、砂子用量。
        2.3最终配合比的确定
        根据原材料状况、用水量和砂率，由减水剂厂家配制满足要求的减水剂。最后经过反复试拌，直至混凝土拌和物符合要求；成型、养护后，进行抗压强度试验验证，再经过调整，最终确定配合比。

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        3当前国内预拌混凝土配合比设计方法存在的问题
        3.1“工作量巨大”和“经验系数高”的问题
        在调研的几家搅拌站中，按季节气温变化供生产使用的配合比：有常温施工使用和冬施施工使用；按强度等级有C10到C60的不同配合比；按混凝土性能来看，又有普通、抗渗、自密实、细石、陶粒、微膨胀等配比；按掺和料的不同有单掺粉煤灰、单掺矿渣粉、粉煤灰和矿渣粉双掺等配合比。每个站每年使用的生产配合比达到100个以上。这给混凝土配合比设计工作带来很大的工作量，相应的资源浪费也很大。可以想象，如果水泥和其他原材料发生变化时，这个数字就会成几何比例上升。全国几千家搅拌站，这个数字将是相当可观的。庞大的试验数据，要求对执行配合比设计和配合比使用过程的预拌混凝土企业技术人员，要具有完善的试验数据积累和丰富的实践经验，能够灵活运用配合比来满足工程的要求。
        3.2当前配合比设计过程中存在的问题
        （1）“假定容重法”的不适性。目前预拌混凝土企业的配合比设计中基本采用“假定容重法”，很少对各种原材料的表观密度进行测定。“假定容重法”是对单方混凝土的质量进行简单化的假定，当原材料组成变化后，按假定的单方质量所计算的混凝土不是“胀方”就是“亏方”。当前使用较大掺量的矿物掺和料配制混凝土，其中的粉煤灰、矿渣粉的表观密度与水泥表观密度相差较大，按假定容重法设计的配合比，体积大多会大于1m3。目前北京地区的预拌混凝土企业普遍使用矿渣粉和粉煤灰双掺和假定容重法配制混凝土，根据收集的配合比，（不计混凝土含气量）配制的混凝土体积大都超过1m3，超出范围约在0.01m3~0.03m3。因此在配合比设计时，使用绝对体积法更科学。（2）用水量和减水剂掺量确定方法问题。《普通混凝土配合比设计规程》规定的方法是，先根据材料的性质和混凝土的工作性查表确定用水量，根据减水剂减水率和设计目标用水量计算减水剂掺量。这样的方法存在的问题：减水剂减水率的测定使用的是基准水泥和固定配合比，对不同水灰比的混凝土配合比，按减水率计算的减水剂掺量没有指导意义。根据实践经验，我们在设计配合比时，首先确定水灰比和用水量，然后使用减水剂调整混凝土达到需要的工作性，从而确定减水剂的掺量。这种方法虽然被普遍使用，但是对混凝土质量控制还存在以下问题：首先，减水剂掺量确定方法复杂，需要进行大量试验，工作量较大。其次，材料一旦发生变化，需要调整减水剂掺量或用水量以满足混凝土工作性要求。（3）骨料的作用和浆骨比的概念常常被忽略。骨料（石子、砂子）在混凝土中的作用，主要是保证硬化混凝土的体积稳定性，其次是使配制的混凝土更经济。混凝土中浆体的重要作用是包裹、隔离骨料颗粒，减少骨料颗粒在相对运动和变形时的摩擦力，使混凝土拌和物具有工作性。
        4预拌混凝土配合比设计方法的改进方向
        在一定的环境中混凝土的耐久性的主要影响因素有水胶比、硬化后混凝土的宏观和微观结构的匀质性、完整性及界面结构等。混凝土强度和结构耐久性是否达到设计要求，在很大程度上取决于水胶比和新拌混凝土的施工质量，而这些或者对混凝土工作性有很大影响，或在很大程度上取决于混凝土的工作性。可见，混凝土拌和物的工作性是实现混凝土设计性能的关键。通过收集的配合比数据分析，当前混凝土的特点是普遍掺入矿物掺和料和高效减水剂。混凝土中水、水泥、砂、石四种原材料中增加了减水剂和矿物掺和料，因此配合比要素为水胶比、浆骨比、砂石比和矿物掺和料用量四要素。配合比中需要求出的未知数由传统的4个变成5个。最后用绝对体积法计算出各种原材料用量。
        结论
        针对混凝土配合比设计方面存在的问题及影响因素，搅拌站试验室配合比设计技术人员应加强收集日常配合比使用及混凝土工作性能、质量等情况的详细数据，注意定期对这些数据进行统计分析，以使得出本试验室的水胶比、用水量、砂率、水泥用量、粉煤灰矿粉掺量范围及强度、标准差等数据，经过积累，就能成为一批宝贵的参考资料，对以后的混凝土生产将会起到有效的参考作用。
参考文献：
[1]廉慧珍，李玉琳.当前混凝土配合比“设计”存在的问题——关于混凝土配合比选择方法的讨论之一[J].混凝土；2009（03）.
[2]廉慧珍，李玉琳.关于混凝土配合比选择方法的讨论——关于当代混凝土配合比要素的选择和配合比计算方法的建议之二[J].混凝土，2009（05）.