混凝土配合比設(shè)計為什么這樣難？

混凝土配合比設(shè)計是混凝土技術(shù)人員十分關(guān)注的內(nèi)容，是混凝土技術(shù)的重要組成部分，也是技術(shù)人員的核心技術(shù)能力體現(xiàn)。所謂的“混凝土配合比設(shè)計”就是按照要配制的混凝土性能要求，各種原材料按照某種比例要求使各種原材料的相互配合，相互影響，最終達(dá)到各組分的調(diào)整引起混凝土性能“質(zhì)”的變化。

在混凝土企業(yè)生產(chǎn)過程中不單單是從C10～C60這11個配合比，如果考慮到上述多種因素，混凝土配合比將多達(dá)上百個，如，強(qiáng)度等級為C30的混凝土配合比C30梁板柱、C30道路、C30鉆孔樁、C30大體積、C30斜屋面、C30細(xì)石等多達(dá)6個以上，再加上滿足抗?jié)B、自密實等不同性能要求的C30混凝土。再加上根據(jù)季節(jié)和氣溫變化調(diào)整的配合比就更多，此外，還要根據(jù)原材料的動態(tài)變化調(diào)整混凝土配合比，任何一種原材料的異常變化，都可能使制備的混凝土性能產(chǎn)生較大波動，可謂“牽一發(fā)而動全身”。因此，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計時，要考慮的問題不僅僅考慮原材料的因素，還要考慮混凝土工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施工工藝，氣候溫度，運(yùn)輸距離等因素，涉及的問題多達(dá)10余個相關(guān)因素，其中的復(fù)雜性，只有常年直接從事生產(chǎn)一線的技術(shù)人員才能體會得到?；炷僚浜媳仍O(shè)計也是入門不難，真正弄懂混凝土配合比設(shè)計的特點(diǎn)，做到在任何復(fù)雜的情況下，既保證質(zhì)量，又能降低成本，的確是一件不容易的事。

（一）混凝土工作性

（1）外加劑摻量

現(xiàn)在商品混凝土中普遍使用外加劑，外加劑可以改善混凝土的工作性和勻質(zhì)性，提高混凝土的密實性，降低水膠比，提高強(qiáng)度。在配合比設(shè)計時，一定要充分了解外加劑的性能和減水率，選擇事宜的外加劑摻量。外加劑摻量不宜過低，摻量過低造成混凝土流動性差、保坍性差，施工過程中不易振搗密實，容易出現(xiàn)空洞、蜂窩和麻面。但外加劑摻量也不宜過高，摻量過高會造成混凝土離析、泌水現(xiàn)象，分層嚴(yán)重破壞混凝土的勻質(zhì)性，造成混凝土穩(wěn)定性差，甚至出現(xiàn)長時間緩凝現(xiàn)象。因此，在混凝土配合比設(shè)計時，根據(jù)混凝土工作性要求，選擇合適的外加劑摻量以獲得適宜工作性且勻質(zhì)性良好的混凝土。

（2）用水量

傳統(tǒng)的混凝土沒有使用減水劑，提高用水量是實現(xiàn)增加坍落度的有效手段。而如今混凝土普遍使用外加劑，改變混凝土坍落度的大小不在依靠用水量，通過改變外加劑摻量就可以實現(xiàn)混凝土坍落度的調(diào)整，即使在用水量很低的情況下也可以獲得滿意的坍落度，換句話說，用水量不在是實現(xiàn)混凝土坍落度的調(diào)整的唯一手段。但用水量也不是越低越好，在水膠比一定的情況下，隨著用水量的降低，膠凝材料用量也隨之減少。從配合比設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性考慮，用水量越低，膠凝材料用量越少，混凝土經(jīng)濟(jì)性能越好。但在混凝土拌合物中骨料的表面需要漿體的包裹、潤滑克服顆粒間的摩擦力，包裹在骨料表面的漿體越厚越利于改善混凝土的工作性，但漿體也不宜過多，過多會造成混凝土穩(wěn)定性差，收縮大，不利于混凝土耐久性，也不利于混凝土配合比設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性原則。因此，為了滿足混凝土工作性要求，需要有適宜的漿體，用水量不是越低越好，也不是越高越好，要保持與工作性適宜的用水量。

（3）砂率

砂率的變動，會使骨料的空隙率和骨料的總表面積有顯著改變，因而對混凝土拌合物的工作性產(chǎn)生顯著的影響。石子在混合物中起骨架的作用，而漿體、砂子是充填骨料，漿體包裹著砂、石使其均勻分布處于懸浮狀態(tài)，不發(fā)生分層、離析，這樣，才能使混凝土具有良好的工作性。

如果砂率過大，骨料的總表面積及空隙率都會增大，在漿體含量不變的情況下，相對地漿體顯得少了，減弱了漿體的潤滑作用，導(dǎo)致混凝土拌合物的流動性降低，影響混凝土拌合物的工作性，在施工過程中影響混凝土的澆筑質(zhì)量和強(qiáng)度，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)物的承載力。如果砂率過小，又不能保證粗骨料之間有足夠的砂漿層，也會降低混凝土拌合物的流動性，并嚴(yán)重影響其粘聚性和保水性，在混凝土的澆筑過程中容易造成離析、流漿現(xiàn)象。因此，砂率既不能過大，也不能過小，應(yīng)有一個合理值稱為合理砂率。當(dāng)砂率適宜時，砂不但填滿石子間的空隙，而且還能保證粗骨料間有一定厚度的砂漿層，以減少粗骨料間的摩擦阻力，使混凝土拌合物有較好的流動性。采用合理砂率時，在有相同坍落度的情況下，能使混凝土拌合物獲得所要求的流動性及良好的粘聚性和保水性，而使水泥用量為最少，也就是說混凝土拌合物中合理的砂率可以節(jié)約膠凝材料用量，降低成本。在配置混凝土?xí)r，合理砂率可通過試驗、計算、查表等方法確定。

（4）存放時間和環(huán)境溫度

攪拌后的混凝土拌合物，隨著時間的延長而逐漸變得干稠，坍落度減小，工作性變差。其原因是一部分水已與水泥水化，一部分水被骨料吸收，一部分水蒸發(fā)，以及混凝土凝聚結(jié)構(gòu)的逐漸形成，致使混凝土拌合物的流動性變差，主要表現(xiàn)在混凝土的運(yùn)輸時間、澆筑時間、振搗時間上。

混凝土拌合物的工作性也受溫度的影響。因為環(huán)境溫度升高，水分蒸發(fā)及水化反應(yīng)加快，相應(yīng)使流動性降低，坍落度損失加快，影響混凝土的澆筑質(zhì)量。因此施工中為保證混凝土的工作性，必須注意環(huán)境溫度的變化，采用相應(yīng)的攪拌和養(yǎng)護(hù)措施。混凝土拌合物從攪拌機(jī)中卸出到澆筑完畢延續(xù)時間與溫度的控制要符合試驗要求：澆筑混凝土?xí)r的溫度低于25℃時，混凝土的澆筑時間易控制在2h以內(nèi)，如果高于25℃時，易控制在90min，以免影響混凝土拌合物的工作性，而影響到混凝土的澆筑質(zhì)量。

另外攪拌時間也會對混凝土拌和物的工作性有影響，攪拌時間不足，攪拌不均勻，拌和物的工作性就差，同時也會影響混凝土的質(zhì)量。

（二）強(qiáng)度

盡管混凝土強(qiáng)度的高低不再是衡量混凝土質(zhì)量好壞的唯一指標(biāo)，強(qiáng)度是保證混凝土結(jié)構(gòu)工作的重要保證。影響混凝土強(qiáng)度的因素很多，主要要以下幾種。

（1）膠凝材料強(qiáng)度與水膠比

膠凝材料強(qiáng)度的高低與水泥性能、礦物摻合料品種以及摻加比例有很好的相關(guān)性，在水膠比一定的情況下，膠凝材料強(qiáng)度可以通過改變水泥與礦物摻合料摻量來調(diào)整，膠凝材料強(qiáng)度直接決定混凝土的強(qiáng)度；在膠凝材料使用比例不變的情況下，即膠凝材料強(qiáng)度不變，可以通過改變水膠比來改變混凝土強(qiáng)度，水膠比越小，混凝土強(qiáng)度越高。由此可見，在配合比設(shè)計時，調(diào)整某一特定齡期（一般指28d）的混凝土強(qiáng)度，可以通過改變水膠比或者改變膠凝材料強(qiáng)度（即改變水泥和摻合料的比例）來實現(xiàn)。

（2）骨料的種類

水泥石與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度取決于骨料的表面狀況，一般來說，骨料表面光滑，水泥石與骨料粘結(jié)強(qiáng)度差，混凝土強(qiáng)度也偏低。相反骨料表面粗糙可以增強(qiáng)水泥石與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，提高混凝土強(qiáng)度。從骨料的表面狀況來看，水膠比和膠凝材料相同時，使用碎石的混凝土強(qiáng)度一般高于卵石混凝土的強(qiáng)度。卵石圓滑，比表面積小，表面吸附水較少，再加上卵石表面光滑，骨料間摩擦力小。碎石多棱角，比表面積大，表面吸附水相對較多，再加上碎石表面粗糙，骨料間摩擦力大。一般來說，在用水量不變的情況下碎石混凝土的坍落度和擴(kuò)展度小于卵石混凝土的坍落度和擴(kuò)展度，也就是說在坍落度相同的情況下，卵石的用水量低于碎石的用水量。因此，在使用卵石配制混凝土?xí)r，應(yīng)充分利用其改善混凝土工作性的優(yōu)點(diǎn)，在保持工作性不變的情況下，降低用水量（即降低水膠比），來彌補(bǔ)粘結(jié)強(qiáng)度弱的弱點(diǎn)。此外，選擇骨料時還須注意骨料最大粒徑。

???（三）耐久性

目前，提高混凝土耐久性主要是降低用水量和膠凝材料用量，選用合適的礦物摻合料以及外加劑降低內(nèi)部毛細(xì)孔，增強(qiáng)界面的黏結(jié)性等方面考慮。要實現(xiàn)混凝土配制時減少拌合水與水泥漿量，技術(shù)途徑主要有：①選用良好級配和粒形的粗骨料；②摻加減水劑；③摻加低需水量比的礦物摻合料。

（1）耐久性對膠凝材料的要求

在混凝土膠凝材料體系中，摻加礦物摻合料可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性和抵抗化學(xué)侵蝕的能力，降低內(nèi)部缺陷，提高密實性

（2）增強(qiáng)界面的黏結(jié)性

粗骨料顆粒和水泥漿體之間存在過渡區(qū)，漿骨界面是整個混凝土結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，強(qiáng)化骨料與水泥漿界面黏結(jié)是提高耐久性的重要措施。降低水泥用量、增加礦物摻合料的方式可以有效降低界面水膠比，提高密實性，減少氫氧化鈣富集現(xiàn)象。

（3）合理選擇水泥品種

一般來說，C₃A含量越高的水泥越容易開裂。因此，應(yīng)避免使用C₃A和堿含量高的水泥。我國開發(fā)有中熱、低熱、高貝利特等特種水泥，具有低水化熱、高抗裂、高耐久的特點(diǎn)。

（4）降低毛細(xì)孔滲透性

毛細(xì)孔的滲透性越強(qiáng)，對混凝土的耐久性危害越大。降低拌合水量，摻加礦物摻合料能夠使孔隙變細(xì)且減少，能有效降低電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

（5）摻用引氣劑

在混凝土中使用引氣劑，一方面引入微小封閉氣泡，不僅可以有效提高混凝土抗?jié)B性、抗凍性；另一方面可以明顯提高混凝土抗凍性和抗化學(xué)侵蝕能力。混凝土中的引入達(dá)到微小氣泡可以緩解部分內(nèi)部應(yīng)力，抑制裂紋生成和擴(kuò)展。引氣劑還可以明顯改善混凝土的和易性，提高混凝土的勻質(zhì)性。

（6）防止鋼筋銹蝕

碳化和氯鹽侵蝕是混凝土中鋼筋腐蝕的主要原因，對混凝土耐久性危害最大。要嚴(yán)格控制混凝土骨料、拌合水中的氯離子含量，防止含氯鹽混凝土碳化時氯離子向鋼筋表面富集加速鋼筋腐蝕。此外，還要提高混凝土密實度，降低氯離子滲透量和混凝土碳化速度，防止碳化引起的鋼筋腐蝕。

（四）經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性原則是配合比設(shè)計時要考慮的重要原則，如何降低成本，實現(xiàn)混凝土的經(jīng)濟(jì)性能是配合比技術(shù)人員必須思考的問題。

（1）采用礦物摻合料雙摻、多摻技術(shù)

利用礦物摻合料與水泥在價格上的差異，采用礦物摻合料雙摻、多摻技術(shù)設(shè)計配合比是實現(xiàn)混凝土經(jīng)濟(jì)性的重要手段。商品混凝土設(shè)計時采用礦物摻合料雙摻、多摻技術(shù)，有利于不同摻合料的性能相互疊加，發(fā)揮出良好的綜合效應(yīng)。但商品混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)充分考慮各種摻合料獨(dú)特的作用和特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程、氣候溫度等因素合理選用礦物摻合料品種和摻量，不能單純?yōu)榱私档统杀径晃兜卦黾拥V物摻合料的摻量。

（2）改善骨料級配降低空隙率

混凝土是由漿體體積填充骨料形成的空隙形成的密實結(jié)構(gòu)，骨料的空隙率是有細(xì)骨料的空隙率乘以粗骨料的空隙率得到的。漿體體積的用量是混凝土經(jīng)濟(jì)性的直接影響因素，漿體用量越高，混凝土的經(jīng)濟(jì)性越差。降低骨料的空隙率是實現(xiàn)降低漿體用量的有效手段，在配合比設(shè)計時，應(yīng)通過不同粒徑（細(xì)度模數(shù)）的骨料復(fù)配技術(shù)，降低骨料的空隙率。

（3）采用新技術(shù)、新材料

隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，新技術(shù)、新工藝和新材料不斷涌現(xiàn)，在配合比設(shè)計時運(yùn)用新技術(shù)，采用新材料降低混凝土的成本，也是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的一種重要手段。例如，選用增效劑（強(qiáng)效劑、減膠劑等）降低膠凝材料用量，提高混凝土的經(jīng)濟(jì)性。選用引氣型高效減水劑適當(dāng)提高混凝土含氣量，改善混凝土和易性，降低漿體用量