混凝土配合比設(shè)計(jì)影響因素分析及優(yōu)化策略

1、1前言對(duì)于施工單位來(lái)說(shuō)，若要有效降低施工成本并使混凝土施工質(zhì)量得到可靠保障，就必須對(duì)混凝土配合比進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。因此，施工單位應(yīng)當(dāng)以提高項(xiàng)目工程的整體質(zhì)量為目的，在設(shè)計(jì)混凝土配合比的過(guò)程中對(duì)原材料、施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)部位與其他方面進(jìn)行綜合考慮，并采取切實(shí)可行的優(yōu)化策略。2概述混凝土是由膠凝材料、水、骨料和外加劑按不同比例拌合形成的混合物，具有特定的工作性能。通過(guò)膠凝材料與水發(fā)生水化反應(yīng)形成的產(chǎn)物凝膠粒子填充原充水空間，將骨料膠結(jié)在一起，形成具有特定功能的結(jié)構(gòu)材料。如何讓這個(gè)過(guò)程按預(yù)先設(shè)想的方向進(jìn)行，采用常規(guī)材料和常規(guī)施工方法獲得需要的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，是普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。配合比設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)預(yù)測(cè)過(guò)

2、程，其目的是：用已知可獲得的材料，為達(dá)到明確或隱含的要求，按規(guī)定的程序，采用最經(jīng)濟(jì)的成本控制，使獲得的混凝土性能以及其他一些特定需求達(dá)到要求?，F(xiàn)有的配合比設(shè)計(jì)方法有：規(guī)定方法選擇參數(shù)設(shè)計(jì)（以美國(guó)ACI為代表）、試驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)（以JGJ55-2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程為代表）和目前提出的計(jì)算優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)方法。按JGJ55-2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程要求，使用符合要求的材料，通過(guò)規(guī)程推薦的參數(shù)比例，參考原材料實(shí)測(cè)結(jié)果，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算獲得一些參數(shù)，最終獲得材料配合比例，然后通過(guò)試配驗(yàn)證，獲得需要的配合比。但是，現(xiàn)用的規(guī)程對(duì)材料性能要求較為苛刻，在材料發(fā)生波動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多種性能不符，因

3、此就要求進(jìn)行試配和按規(guī)定期限的驗(yàn)證，且材料發(fā)生變化時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)。其主要原因還在于這種設(shè)計(jì)方法無(wú)明確的原理，且未給出材料性能變化時(shí)的調(diào)整方法，使配合比在使用過(guò)程中，要么出現(xiàn)較大的參數(shù)不符合現(xiàn)象，要么出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)不合理現(xiàn)象。同時(shí)，由于目前的材料性能指標(biāo)多數(shù)并不能真實(shí)反映材料在配合比中的意義，如何讓原材料檢測(cè)指標(biāo)指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用，也是一項(xiàng)重要的工作，再加上高性能外加劑和多種摻合料大摻量應(yīng)用的情況下，原有的配合比參數(shù)已無(wú)法反映混凝土實(shí)際性能。因此，不對(duì)材料通過(guò)堆積、填充、水化獲得混凝土的原理進(jìn)行探索，就會(huì)在材料、性能、使用條件等發(fā)生變化時(shí)無(wú)所適從，其所生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量就難有保障。如何根據(jù)現(xiàn)有的材料，制得

4、合格產(chǎn)品，是對(duì)混凝土技術(shù)人員的基本要求，而探討出科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)原理，制定更科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)方法是當(dāng)下最重要的任務(wù)。3混凝土配合比設(shè)計(jì)需要考慮的關(guān)鍵因素3.1砂率砂率會(huì)影響混凝土中孔隙分布情況，砂率偏高或偏低均會(huì)影響混凝土質(zhì)量。砂率偏高時(shí)，水泥漿對(duì)拌和物的包裹效果較差，可能導(dǎo)致局部包裹不到位，影響混凝土的和易性，硬化后孔隙數(shù)量增加，難以滿足實(shí)際施工要求。砂率偏低時(shí)，水泥漿數(shù)量較多，細(xì)骨料數(shù)量偏少，易出現(xiàn)水泥漿難以有效包裹粗集料的情況，加大混凝土的振搗難度，存在局部振搗不密實(shí)問(wèn)題。3.2水灰比水灰比作為混凝土設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)指標(biāo)，必須具有合理性。水灰比偏高時(shí)，混凝土的粉料用量相對(duì)不足，多余的水分會(huì)大

5、量聚積在空洞內(nèi)。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在外部溫度等因素的作用下，水分開始蒸發(fā)，混凝土內(nèi)部存在較多空洞，影響整體的密實(shí)性和穩(wěn)定性。水灰比偏低時(shí)，混凝土偏黏稠，不利于順利澆筑、振搗，粉料用量偏多導(dǎo)致開裂概率增加。3.3強(qiáng)度強(qiáng)度會(huì)對(duì)混凝土的應(yīng)用效果產(chǎn)生顯著影響，適度提高混凝土強(qiáng)度，可以有效地規(guī)避突發(fā)荷載或其他因素引發(fā)的質(zhì)量問(wèn)題。應(yīng)遵循適中原則提高強(qiáng)度，過(guò)度增加強(qiáng)度會(huì)加大材料投入量，影響工程的經(jīng)濟(jì)效益。4混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化策略4.1掌握多種類型混凝土配合比技術(shù)要求充分了解工程施工的技術(shù)要求是設(shè)計(jì)混凝土配合比的前提與基礎(chǔ)，為此設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)掌握與項(xiàng)目工程相關(guān)的信息，比如構(gòu)件尺寸、鋼筋之間的距離、工程要求達(dá)到的

6、強(qiáng)度等級(jí)等等，然后以此為依據(jù)對(duì)水泥品種和石子粒徑進(jìn)行合理選擇。除此之外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)明確有關(guān)混凝土配制的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與工藝要求，并且能夠設(shè)計(jì)特種混凝土，而其設(shè)計(jì)的混凝土配合比應(yīng)能夠完全滿足項(xiàng)目工程的建設(shè)需求。對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)其配合比時(shí)務(wù)必首先了解其施工技術(shù)要求，然后基于此來(lái)確定一些參數(shù)，比如強(qiáng)度等級(jí)、坍落度、初凝時(shí)間等等，接下來(lái)再對(duì)配合比進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，并通過(guò)不斷試驗(yàn)使其得到優(yōu)化。在這一過(guò)程中，既要保證混凝土滿足強(qiáng)度要求，也要適當(dāng)控制水泥在混凝土中的百分比，并注意提高粉煤灰的使用量，這樣才能達(dá)到降低水化熱、減少經(jīng)濟(jì)成本、增強(qiáng)混凝土工作性能的目的。若需要設(shè)計(jì)自密實(shí)混凝土配合比，應(yīng)對(duì)此類混凝

7、土的流動(dòng)性、保塑性、抗收縮性等進(jìn)行深入分析，也可在調(diào)配過(guò)程中通過(guò)改變石子粒徑以及膨脹劑與外加劑的添加量，來(lái)開展不同的試驗(yàn)，以便于獲得最佳配合比。在設(shè)計(jì)路面混凝土配合比時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮坍落度，并將控制對(duì)象確定為大粒徑石子摻入量，以保證混凝土的耐磨性滿足相關(guān)要求?？偟膩?lái)說(shuō)，不同的工程對(duì)混凝土的強(qiáng)度、坍落度、流動(dòng)性等均提出了不盡相同的要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在充分了解工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)混凝土配合比進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。4.2總結(jié)和統(tǒng)計(jì)混凝土配合比試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息首先應(yīng)當(dāng)明確配制混凝土需要使用的原材料，及其性能指標(biāo)對(duì)配合比的影響，然后以設(shè)計(jì)要求為根據(jù)，通過(guò)計(jì)算得出配合比，最后形成混凝土配合比計(jì)算書。按照計(jì)算

8、書的相關(guān)要求，將水膠比浮動(dòng)幅度控制在0.05之間并開展三組試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員必須詳細(xì)記錄各種數(shù)據(jù)，比如混凝土的流動(dòng)速度、抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間等等。試驗(yàn)結(jié)束后，及時(shí)對(duì)比分析每組試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇最佳配合比，并結(jié)合工程實(shí)際狀況對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以保證工程既具有良好的安全性與穩(wěn)定性，又能夠創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。4.3結(jié)合施工實(shí)際嚴(yán)控混凝土生產(chǎn)過(guò)程（1）對(duì)混凝土原材料的質(zhì)量關(guān)口進(jìn)行嚴(yán)格把控。在原材料流入工地之前必須落實(shí)相關(guān)的質(zhì)量檢驗(yàn)工作，如果發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)原材料，應(yīng)當(dāng)立即對(duì)其進(jìn)行更換，否則混凝土的配合比就會(huì)受到影響，其工作性能也必然會(huì)降低，進(jìn)而可對(duì)施工質(zhì)量與施工安全造成嚴(yán)重威脅。因此在配制混凝土?xí)r

9、，應(yīng)基于對(duì)砂石料含水率的考慮來(lái)調(diào)整用水量，避免因含水率未得到及時(shí)調(diào)整而致使混凝土水膠比出現(xiàn)變動(dòng)，從而無(wú)法保證混凝土的抗壓強(qiáng)度。（2）注意檢測(cè)混凝土中的氯離子成分并控制外加劑與砂石的用量，若氯離子超標(biāo)，鋼筋銹蝕問(wèn)題將會(huì)不可避免地產(chǎn)生。在混凝土配制過(guò)程中，在水泥和水量的使用上不得具有隨意性，應(yīng)以降低配制成本、保證混凝土強(qiáng)度為出發(fā)點(diǎn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來(lái)控制用量。4.4嚴(yán)格遵循混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，首先應(yīng)明確施工工藝與工程建設(shè)狀況，然后對(duì)強(qiáng)度、耐久性、和易性等不同的配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行綜合考慮。一般情況下，混凝土拌和物的和易性主要與其保水性、黏結(jié)性、流動(dòng)性等有關(guān)。進(jìn)入混凝土成

10、型養(yǎng)護(hù)階段以后，應(yīng)當(dāng)關(guān)注混凝土的力學(xué)性能，考慮其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度與抗變形能力。當(dāng)混凝土投入使用以后，其耐久性必須滿足工程需求，應(yīng)考慮其抗凍、抗裂、抗?jié)B透、抗侵蝕等能力?？傊粢O(shè)計(jì)出科學(xué)合理的混凝土配合比，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，充分了解相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。5混凝土原材料的各項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)5.1對(duì)水泥檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析在混凝土施工項(xiàng)目中，水泥是極為重要的原料之一，能夠?qū)⑸笆M(jìn)行有效連接，在選擇水泥方面需要充分地對(duì)多處貨源進(jìn)行有效的比較，在控制成本的前提下，水泥質(zhì)量也需嚴(yán)格把關(guān)，在開展具體的水泥采購(gòu)過(guò)程當(dāng)中，需要細(xì)致地檢查所采購(gòu)水泥的合格檢驗(yàn)報(bào)告，其次，對(duì)于到貨的水泥需要及時(shí)送檢，在檢測(cè)過(guò)程當(dāng)

11、中，需要對(duì)其化合物含量進(jìn)行分析，由此確定水泥在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中所具有的實(shí)際強(qiáng)度，是否能夠和整體施工的標(biāo)準(zhǔn)相符合，確保其綜合質(zhì)量能夠與施工要求相符合之后，才可將其投入到使用過(guò)程當(dāng)中，從而確保整體施工過(guò)程中混凝土質(zhì)量。5.2對(duì)砂檢測(cè)工作進(jìn)行詳細(xì)的分析砂在混凝土構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中，同樣是極為重要的材料之一，在砂檢測(cè)過(guò)程中，其主要的檢測(cè)內(nèi)容是砂中的含泥量。通常情況下，在建筑的實(shí)際施工過(guò)程中，需要嚴(yán)格地依照各類施工標(biāo)準(zhǔn)以及施工工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)砂的含泥量進(jìn)行有效的控制。如果砂中的含泥量相對(duì)較高，在混凝土的構(gòu)建過(guò)程當(dāng)中，其穩(wěn)定性較低，為了有效避免該問(wèn)題，需要以更為嚴(yán)格化的方式對(duì)砂的含泥量進(jìn)行有效的檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)

12、程中，可用以下兩種方式進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)：其一為直觀性的檢測(cè)方式，通過(guò)采取篩分方式，依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)當(dāng)前砂中的含泥量進(jìn)行判斷；其二為見水法，將砂放在水中，通過(guò)肉眼直觀查看水體的渾濁度，對(duì)當(dāng)前砂中的含泥量進(jìn)行有效的判斷。5.3對(duì)石子檢驗(yàn)工作進(jìn)行詳細(xì)的分析石子在混凝土工程施工中極為重要，在對(duì)石子進(jìn)行篩選過(guò)程中，需要對(duì)其粒徑、強(qiáng)度、潔凈度等諸多方面開展有效的檢測(cè)，保證石子的質(zhì)量能夠與實(shí)際的施工需求相符合，由此確?；炷恋氖┕ばЧ?。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，首先需要對(duì)石子的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的評(píng)估，詳細(xì)分析各項(xiàng)參數(shù)，確認(rèn)無(wú)誤后可以投入使用。不同產(chǎn)地的石子質(zhì)量存在一定的差異，即便處于同一產(chǎn)地的石子，其質(zhì)量同樣也會(huì)有所不

13、同，因此需要對(duì)石子進(jìn)行多項(xiàng)參數(shù)試驗(yàn)檢測(cè)。最后，需要保證取樣客觀科學(xué)，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行有效評(píng)估，確保場(chǎng)內(nèi)的石子能夠與當(dāng)前的工作要求相符合，防止由于石子質(zhì)量不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致混凝土的綜合施工質(zhì)量受到影響。6混凝土施工控制6.1攪拌在拌制混凝土?xí)r，施工單位要嚴(yán)格按照簽發(fā)的混凝土配合比和指定的材料進(jìn)行拌制，不得隨意更改，定期對(duì)粗細(xì)骨料的含水率進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)含水率發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整混凝土用水量，如遇雨雪天氣，應(yīng)增加測(cè)量頻次。定期對(duì)計(jì)量器具進(jìn)行校核。在混凝土攪拌制前，應(yīng)在攪拌機(jī)控制臺(tái)旁以文字形式標(biāo)明所采用的水泥品種、混凝土配合比及各組成材料的時(shí)間重量。6.2運(yùn)輸運(yùn)輸混凝土的容器要做到不吸水、不跑漿、平整光潔，做

14、到不離析、不分層、組成成分不發(fā)生變化。如采用商品混凝土，應(yīng)控制好運(yùn)距、時(shí)間以及運(yùn)輸路線，并做好相應(yīng)的預(yù)案，如發(fā)生交通事故、堵車、遇交通管制，運(yùn)輸時(shí)間切勿過(guò)長(zhǎng)，防止混凝土發(fā)生初凝。嚴(yán)禁在運(yùn)輸過(guò)程中向容器內(nèi)加水。6.3澆筑混凝土澆筑前，應(yīng)對(duì)澆筑倉(cāng)的模板、鋼筋、保護(hù)層、預(yù)埋件的尺寸、規(guī)格、數(shù)量和位置進(jìn)行重新檢查，倉(cāng)內(nèi)不得有積水及雜物，模板接縫及孔洞要做好封堵，不漏漿，待現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)倉(cāng)合格后，方可進(jìn)行混凝土澆筑。混凝土澆注施工時(shí)，要嚴(yán)格控制分層厚度，最大不超過(guò)40cm，一般在30cm40cm為宜，同時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土自由下落高度，最高不能超過(guò)2m，超過(guò)2m要使用串筒溜槽，以免混凝土產(chǎn)生離析?；炷翝沧⒆鳂I(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如因故發(fā)生中斷，其中斷時(shí)間應(yīng)小于前次混凝土初凝時(shí)間或能重塑時(shí)間，超過(guò)中斷時(shí)間，應(yīng)采取相應(yīng)措施處理，并立即向監(jiān)理工程師報(bào)告?；炷琳駬v時(shí)，振搗器的插入或撥出時(shí)的速度要慢，振搗點(diǎn)均勻，在振搗器不能達(dá)到的地方應(yīng)輔以插鏟式振搗，以免發(fā)生漏振現(xiàn)象。6.4養(yǎng)護(hù)混凝土澆筑后，如氣候炎熱、空氣干燥，不及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土中水分會(huì)蒸發(fā)過(guò)快，形成脫水現(xiàn)象，會(huì)使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，不能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶，缺乏足夠的黏結(jié)力，從而會(huì)在混凝土表面出現(xiàn)片狀或