混凝土配合比設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制

混凝土配合比設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制導(dǎo)言建筑工程的混凝土技術(shù)正在向高強(qiáng)度、高流動(dòng)性的方向發(fā)展，但是隨著高膠凝材料用量，混凝土水化熱高、收縮率大等一系列問題也更加突出，混凝土產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)越來越高，因此做好混凝土配合比設(shè)計(jì)為工程建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)尤為重要。一個(gè)好的混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下兩點(diǎn)；一是要因地制宜，工程通常只能就地取材，在滿足設(shè)計(jì)要求、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，需針對(duì)當(dāng)?shù)卦牧系奶攸c(diǎn)，對(duì)大工程普遍存在的原材料波動(dòng)、材料供應(yīng)多變的現(xiàn)象要有預(yù)見性的應(yīng)對(duì)措施。特別是大工程，要進(jìn)行不同材料的優(yōu)選試驗(yàn)。二是要結(jié)合每個(gè)工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)，針對(duì)工程所處當(dāng)?shù)貧夂蚝褪┕ぬ攸c(diǎn)，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)符合工程特性的混凝土配合比，突出工程亮點(diǎn)。設(shè)計(jì)要點(diǎn)基本參數(shù)的選定（1）單位用水量——滿足混凝土拌和物的和易性情況下盡量減少減少單位用水量可以有效降低膠凝材料用量，從而減少混凝土水化溫升和塑性收縮，同時(shí)節(jié)約工程成本。影響混凝土單位用水量的因素很多，如骨料最大粒徑、拌合物坍落度、外加劑、摻和料摻量、砂石品質(zhì)級(jí)配、骨料最大粒徑、水泥需水性及使用外加劑情況等。所以，優(yōu)選原材料尤為重要，可以通過選擇水泥品種、合適骨料級(jí)配、砂率、摻合料品種摻量、優(yōu)質(zhì)的外加劑等來降低單位用水量。1）水泥品種從材料試驗(yàn)的角度來講，選擇比表面積適中，水泥需水量小，水化熱較低的水泥配制混凝土，有利于混凝土的溫控和防裂。例如某工程需在高溫季節(jié)澆筑C25泵送混凝土，若使用中熱水泥和萘系高效減水劑，水泥用量將達(dá)到303kg/m3,混凝土最高溫度將超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為了降低水泥用量，減少水化熱溫升，使用了低熱水泥和新一代聚羧酸類高性能減水劑。中、低熱水泥現(xiàn)場(chǎng)絕熱溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。由表1可知沖、低熱42.5級(jí)水泥混凝土最高溫度分別為320C、322C,距溫度計(jì)埋設(shè)時(shí)間均為19d，雖然2個(gè)品種水泥混凝土的最高溫度和最高溫度發(fā)生時(shí)間基本相同，但低熱水泥混凝土前10d溫度比中熱水泥混凝土低（2~3）C，14d后中低熱水泥混凝土溫度才基本持平，大體積混凝土在采用冷卻通水溫控措施下，最高溫度一般在開倉后（3~5）d出現(xiàn)，因此，低熱水泥混凝土前期溫度低的特點(diǎn)對(duì)控制混凝土最高溫度，防止產(chǎn)生溫度裂縫是有利的。以聚羧酸類為主流的新一代混凝土超塑化劑特別適合配制對(duì)混凝土耐久性、流態(tài)、坍落度、強(qiáng)度以及外觀質(zhì)量要求高的工程，在某大壩C25F250W10泵送混凝土中應(yīng)用后，水泥用量由303kg減少到271kg，對(duì)混凝土高溫季節(jié)溫控防裂起到了重要作用。通過分析現(xiàn)場(chǎng)施工倉面溫度監(jiān)測(cè)成果：施工采用低熱42.5水泥的部位栓最高溫度在（19.9-22.8）°C之間，最高溫升發(fā)生在開倉后（4.8—5.6）d；施工采用中熱42.5水泥的部位栓最高溫度在（27.4~29.8）°C之間，最高溫升發(fā)生在開倉后3d；施工采用普通42.5水泥的部位碇最高溫度為31.1C,最高溫升發(fā)生在開倉后3d。由此可見使用中、低熱水泥降低了混凝土水化熱，能有效減少混凝土的絕對(duì)溫升，防止混凝土因內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生拉應(yīng)力造成溫度裂縫，因此，對(duì)于溫控和防裂混凝土，宜選擇中、低熱水泥。2）粉煤灰品種及摻量在設(shè)計(jì)要求內(nèi)盡可能增大粉煤灰摻量，在混凝土中摻一定量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰能等量取代水泥來減少用水量。在混凝土中摻一定量的粉煤灰能等量取代水泥來減少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的水化熱溫升，并延緩混凝土水化熱，對(duì)防止大體積混凝土開裂起到了很好的作用。摻入優(yōu)質(zhì)I級(jí)粉煤灰，其細(xì)小顆粒在混凝土中產(chǎn)生的滾珠效應(yīng)，能起到減水、延緩水化熱發(fā)生、減少泌水和離析等作用。資料表明，優(yōu)質(zhì)粉煤灰取代20%的水泥可降低（5~10）kg單位用水量，7天內(nèi)水化熱下降11%,取代40%的水泥時(shí)可降低（10-20）kg單位用水量，7天內(nèi)水化熱下降25%，可有效降低混凝土的早期溫升，從而可減少混凝土溫差收縮=粉煤灰的摻入對(duì)混凝土的溫控是有利的，為了驗(yàn)證大摻量粉煤灰是否對(duì)混凝土的力學(xué)性能帶來不利的影響，我們進(jìn)行了以下試驗(yàn)。在水泥膠砂水膠比、用水量不變的情況下，不同粉煤灰摻量下的水泥膠砂強(qiáng)度的關(guān)系圖見圖1。表1中、低熱42.5級(jí)水泥C9020混凝土絕熱溫升實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)間（d）中熱水泥混凝土低熱水泥最高溫度（°C）溫升（°C）最高溫度（°C）溫升（°C）013.6-13.8-121.17.519.75.9224.411.322.68.8327.213.624.29.4428.514.925.111.3529.315.726.012.2630.016.426.712.9730.617.027.513.71031.317.729.315.51431.818.231.117.31932.018.432.218.4

Til窈 ! ! !4 汕 20 3(} 40 K圖1不同粉煤灰摻量下水泥膠砂強(qiáng)度從圖1的試驗(yàn)曲線可以看出，用粉煤灰取代部分水泥，對(duì)水泥膠砂早期強(qiáng)度影響較大，而后期強(qiáng)度，特別是90d齡期強(qiáng)度隨粉煤灰的摻量變化的幅度不多，可以認(rèn)為基本保持一致，這種現(xiàn)象主要表現(xiàn)為粉煤灰的后期效應(yīng)。在水膠比為0.50情況，不同粉煤灰摻量與混凝土強(qiáng)度及強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)的試驗(yàn)成果見表2。表2粉煤灰摻量與混凝土強(qiáng)度及強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)表粉煤灰摻量(%)實(shí)驗(yàn)成果(強(qiáng)度MPa/強(qiáng)度發(fā)展系數(shù))3d7d28d90d027.7/0.65433.9/0.80142.3/1.0047.5/1.1242021.1/0.55827.3/0.72237.9/1.0044.6/1.1793016.8/0.52619.7/0.61532.1/1.0041.6/1.2994014.7/0.48118.3/0.60728.5/1.0041.1/1.402從試驗(yàn)成果可以看出，粉煤灰的摻量越大，早期強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)就越低，后期強(qiáng)度發(fā)展系數(shù)就越高，同樣體現(xiàn)了粉煤灰的后期效應(yīng)。需要說明的是，在混凝土中摻入粉煤灰，有兩個(gè)方面的作用，一方面粉煤灰作為活性的膠凝材料的組成部分，另一方面粉煤灰也可以作為惰性的摻和料。影響混凝土強(qiáng)度的主要因素是水膠比，粉煤灰的摻量對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較大，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度并不敏感，影響不大。3）優(yōu)選好的減水劑選用性能優(yōu)越的外加劑來減少單位用水量。好的外加劑有緩凝保坍、增塑、高效減水等性能。萘系緩凝高效減水劑的一般減水率在20%左右，而聚羧酸類的減水劑可達(dá)30%以上，可大大降低了單位用水量及膠凝材料。緩凝型外加劑還能使水泥水化速度減慢，延緩混凝土中溫峰的出現(xiàn)時(shí)間，降低溫峰的峰值，減小升溫幅度從而有效控制了混凝土的絕對(duì)溫升。（2）水膠比——滿足工程設(shè)計(jì)和耐久性要求經(jīng)濟(jì)合理在原材料的品種、質(zhì)量和其它條件不變的情況下，水膠比的大小直接影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。水膠比較小時(shí)，混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度及耐久性較高，但耗用水泥較多，混凝土發(fā)熱量也較大。因此，確定水膠比的原則是：在滿足強(qiáng)度及耐久性要求的前提下，盡可能選用較大的水膠比，以節(jié)約水泥并滿足大體積混凝土的低熱性要求。對(duì)于強(qiáng)度及耐久性要求較低的混凝土，在確定水膠比時(shí)，還需要考慮混凝土的和易性，不宜選用過大的水膠比。因?yàn)樗z比過大（大于0.75）時(shí)，混凝土拌和物的粘聚性及保水性難以得到滿足，將會(huì)影響混凝土質(zhì)量并給施工造成困難。確定水膠比從以下幾個(gè)方面考慮：根據(jù)使用工程原材料進(jìn)行試驗(yàn)所建立的混凝土強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系曲線，求得滿足強(qiáng)度要求的水膠比。根據(jù)耐久性試驗(yàn)得到滿足耐久性要求的水膠比。施工規(guī)范或設(shè)計(jì)要求規(guī)定的水膠比最大允許值。根據(jù)以上限定條件選得到的水膠比最小值，便能同時(shí)滿足強(qiáng)度及耐久性要求，且綜合考慮經(jīng)濟(jì)合理的要求。（3）砂率一反映砂和石子的關(guān)系，要適宜可調(diào)砂率對(duì)混凝土和易性有較大影響。砂率太小，則拌和物中起潤滑作用的砂漿數(shù)量較少，混凝土流動(dòng)性較差，同時(shí)，砂率過小的混凝土在水膠比較大的情況下容易產(chǎn)生離析、流漿現(xiàn)象。砂率過大，骨料總的比表面積大幅增加，需要包裹的漿體的數(shù)量也增多，漿體的數(shù)量將顯得過少，混凝土拌和物的流動(dòng)性變差，混凝土塑性、內(nèi)聚性變差，混凝土易分解。在設(shè)計(jì)好的配合比中，其含砂率應(yīng)當(dāng)是合理砂率（也稱最佳砂率）。以下幾種情況要減少砂率：1）石子最大粒徑較大、級(jí)配較好、表面光滑時(shí)，合理砂率較小。2）砂細(xì)度模數(shù)較小時(shí)，混凝土的粘聚性容易得到保證，合理砂率較小。3）水膠比較小或混凝土中摻有使拌和物粘聚性得到改善的摻和料（如粉煤灰硅粉等）時(shí)，水泥漿粘稠，混凝土粘聚性較好，則合理砂率較小。4）當(dāng)摻用引氣劑或減水劑時(shí)，合理砂率可適當(dāng)減小。5）設(shè)計(jì)要求的混凝土流動(dòng)性較大時(shí)，混凝土合理砂率較大；反之，當(dāng)混凝土流動(dòng)性較小時(shí)，可用較小的砂率。突出特殊性一-根據(jù)工程特點(diǎn)有針對(duì)性根據(jù)工程特點(diǎn)和氣候特征，有針對(duì)性的進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。比如高寒高海拔區(qū)，晝夜溫差大，對(duì)混凝土材料要求很高，配合比設(shè)計(jì)要側(cè)重于抗裂方面考慮，原材料可添加合成纖維，減縮劑等，配合比參數(shù)可適當(dāng)增加摻合料摻量；比如高拱壩，其對(duì)混凝土變形性能要求很高，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)可使用硅酸二鈣、鐵鋁酸四鈣高的水泥，可提高混凝土的后期韌性及抗拉性能。對(duì)于重力壩，在配合比設(shè)計(jì)方面要盡可能減少大體積混凝土膠凝材料，增大粉煤灰摻量提高混凝土后期強(qiáng)度。對(duì)于大理石巖性骨料地區(qū)，骨料破碎時(shí)容易產(chǎn)生石粉，在骨料運(yùn)輸中易出現(xiàn)裹粉現(xiàn)象，配合比設(shè)計(jì)過程中可考慮適當(dāng)減少砂率。總之，混凝土配合比選用不是套用公式和經(jīng)驗(yàn)一成不變，它需要根據(jù)不同工程的不同特性來設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)關(guān)鍵步驟1.收集工程資料配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)收集相關(guān)工程資料，確保相關(guān)混凝土技術(shù)要求準(zhǔn)確無誤。需收集的資料主要有：（1）工程的招標(biāo)、投標(biāo)文件在工程的招投標(biāo)文件中，對(duì)各種部位混凝土相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及要求均會(huì)有詳細(xì)說明，如混凝土強(qiáng)度等級(jí)及保證率，混凝土抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)及其他性能指標(biāo)，混凝土限制水膠比及最大粉煤灰摻量等，以及主要或重要部位參考配合比。這是配合比設(shè)計(jì)的前提。（2）糊單位研究報(bào)告大型工程在進(jìn)行施工配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)前，往往會(huì)委托1~2家科研單位對(duì)備選原材料性能、主要部位的混凝土性能進(jìn)行相關(guān)研究試驗(yàn)，并會(huì)根據(jù)研究成果推薦參考的配合比。其內(nèi)容往往較為全面，可作為編寫試驗(yàn)方案時(shí)的重要參考資料。（3）其它單位施工配合比報(bào)告大型項(xiàng)目主體工程施工往往選擇至少2家施工單位進(jìn)行，如另一家施工單位已先行開展配合比設(shè)計(jì)工作，應(yīng)盡可能收集相關(guān)報(bào)告，作為編制試驗(yàn)方案的參考依據(jù)。與科研單位研究報(bào)告相比，其結(jié)果更接近工程實(shí)際情況。4）其它類似工程資料應(yīng)收集一些類似工程的配合比資料，在編寫試驗(yàn)方案時(shí)可參考。通過收集的資料，明確混凝土技術(shù)要求和材料的基本性能。2.編制配合比設(shè)計(jì)方案配合比設(shè)計(jì)方案包括：（1）原材料優(yōu)選，即不同品種廠家的原材料的性能指標(biāo)，為后期進(jìn)行不同材料的組合及優(yōu)選試驗(yàn)做準(zhǔn)備。（2）配合比參數(shù)選定，即配合比的三個(gè)基本參數(shù)：水膠比、單位用水量、砂率的確定方法。（3）不同材料組合混凝土性能試驗(yàn)主要是大工程的材料供應(yīng)需多個(gè)備選方案，通過設(shè)計(jì)不同的材料的組合方案來為工程的配合比提供強(qiáng)有力的保證。4）試驗(yàn)材料及試驗(yàn)周期計(jì)劃。配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核根據(jù)方案進(jìn)行工程配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，綜合分析拌和物和硬化試件的試驗(yàn)結(jié)果，從而確定室內(nèi)配合比。配合比復(fù)核是對(duì)確定的混凝土配合比進(jìn)行驗(yàn)證。配合比復(fù)核包括兩個(gè)方面，_是配合比室內(nèi)復(fù)核，二是配合比現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核（工藝試驗(yàn)）。驗(yàn)證重要指標(biāo)是否與室內(nèi)結(jié)果符合，通過復(fù)核，確定用于現(xiàn)場(chǎng)的最終施工配合比。加強(qiáng)質(zhì)量控制及檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)優(yōu)化調(diào)整工程質(zhì)量要從源頭抓起，對(duì)于混凝土而言，原材料和工藝的波動(dòng)都會(huì)影響混凝土的結(jié)果，必須對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，如果波動(dòng)較大，則需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)試驗(yàn)，然而，重新設(shè)計(jì)往往周期較長，會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，同時(shí)由于施工不連續(xù)也會(huì)造成新的質(zhì)量隱患，所以保持生產(chǎn)過程材料及工藝穩(wěn)定尤為重要。第一，首先控制好工程原材料質(zhì)量，嚴(yán)把進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)。第二，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)混凝土生產(chǎn)過程原材料和拌合物檢測(cè)試驗(yàn)，適當(dāng)提高頻次，及時(shí)調(diào)整配合比，如果能做些研究工作，實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)過程檢測(cè)智能化，及時(shí)掌握每盤混凝土的質(zhì)量信息，對(duì)每一盤混凝土進(jìn)行調(diào)整，既可以最大限度節(jié)省原材料，也可以保證混凝土品質(zhì)的均勻性，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。第三，工程施工過程加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)對(duì)配合比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。可以通過混凝土配合比優(yōu)化來降低膠材總量，減少混凝土水化溫升，還可以節(jié)省工程造價(jià)。結(jié)束語總之，混凝土配合比設(shè)計(jì)要結(jié)合原材料情況有針對(duì)性、預(yù)見性，配合現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，因地制宜的設(shè)計(jì)出符合工程特性的配合比，最大限度的為工程質(zhì)量提供強(qiáng)有力的保證。做好混凝土配合比設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制，既可以提高混凝土工程施工質(zhì)量，也可以最大限度降低成本。配合比設(shè)計(jì)是一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)性極強(qiáng)的技術(shù)工作，雖然都有明確細(xì)致的設(shè)計(jì)規(guī)程，但每個(gè)工程的情況都不一樣，不同的試驗(yàn)技術(shù)人員設(shè)計(jì)的配合比不盡