浅谈工程中混凝土配合比的优化

吴侃

【摘要】拟通过复配聚羧酸减水剂、掺入矿物掺合料的方法优化混凝土配合比，提高混凝土的力学性能，改善混凝土和易性，优化混凝土节约成本，降低工程造价。

【关键词】聚羧酸减水剂；矿物掺合料；优化配合比；节约成本

引言：

混凝土配合比是现场混凝土质量控制的关键因素，它直接影响着混凝土施工的难易，影响着混凝土工程的内在质量及外观，影响着混凝土的成本，因此对混凝土的配合比如何进行优化调整就显得尤为必要和迫切。本文根据以前的施工经验总结的混凝土理论及现场实际经验和近年来粉煤灰、矿粉在混凝土中的应用，来谈一下施工混凝土配合比在性能和经济方面的优化。

一、原材料的选用及技术要求

1、水泥采用冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥P.O42.5，粉煤灰采用神木国华电厂生产的F类Ⅱ级粉煤灰，矿粉为包钢生产的S95级矿粉，所检指标分别符合JTG/T F50-2011《公路桥涵技术规范》中表6.15.4、表6.15.8-1、表6.15.8-2的技术要求。

2、粗集料采用5-10mm、10-20mm和16-31.5mm三种规格进行分级采购、运输、堆放、掺配使用，合成级配符合JTG/T F50-2011《公路桥涵技术规范》中表6.4.3的技术要求。不宜使用单粒级或间断级配。细集料采用细度模数为2.5-3.0的Ⅱ区中砂，其中大于4.75mm的颗粒含量不应超过3%，0.30mm筛孔通过率不应小于15%。集料所检其余指标分别符合JTG/T F50-2011《公路桥涵技术规范》中表6.3.1、表6.4.1的技术要求。

3、减水剂：减水剂1采用山西黄腾化工有限公司生产的HT-HPC聚羧酸高性能减水剂。减水剂2采用自己复配的聚羧酸高性能减水剂。所检指标符合GB 8076-2008中技术要求。

二、混凝土的优化途径

优化配合比从两方面着手：矿物掺合料和聚羧酸高性能减水剂

1、优化采取在混凝土中掺入矿物掺合料等量取代水泥，达到满足施工要求的同时、节省成本、减低工程造价而且提高工程结构的使用寿命。

2、通过上网学习、查阅资料分析掌握聚羧酸减水剂组成成份及功能。在室内通过复配聚羧酸减水剂与采购成品聚羧酸减水剂对比试验，在技术指标方面达到相同效果时，自己复配减水剂存在的价格优势。

三、混凝土优化

3.1选定混凝土配合比

混凝土的配合比应根据原材料品质、设计强度等级及施工工艺对工作性的要求，通过计算、试配、调整等步骤选定。配制的混凝土应满足施工要求，力学要求和耐久性等质量要求。

3.2矿物掺合料优化

在前期已经批复的配合比基础上进行成本优化，并对混凝土的力学性能和工作性能进行比较。基础配合比见表1

以上述选定的三个配合比为基准配合比进行优化试验，分别采取单掺（粉煤灰）、双掺（粉煤灰和矿粉）两种方法分别试验，检测拌合物各种性能满足要求并成型试件做力学性能试验。

从拌合物和易性、力学性能、成本对比几方面分析双掺（粉煤灰和矿粉）优于单掺（粉煤灰），而单掺（粉煤灰）优于纯水泥。经检测各组混凝土力学性能满足要求，而且在价格方面明显低于原配合比的价格。

3.3减水剂优化

我们采用自己复配的外加剂进行配合比试验，针对拌合物和易性、力学性能、成本对比等方面进行对比。

优化配合比同时考虑强度、耐久性、成本等条件，排除聚羧酸系高效减水剂选用聚羧酸系高性能减水剂。通过上网查询相关资料和同行业交流，工程现场所用减水剂均为复配后，其由聚羧酸减水剂母液、缓凝剂、保坍剂、消泡剂、引气剂、水等成分复配而成。进行复配、并做与水泥做相容性试验，分别确定各厂家聚羧酸减水剂掺量；以减水剂掺量为横坐标、净浆流动度为纵坐标做曲线图，然后做两直线段曲线的趋势线，两趋势线的交点的横坐标即为饱和掺量点。根据试验结果确定三种减水剂与本项目选定的水泥适应性良好，掺量均为胶凝材料的1.0%。 并初步确定各厂家的聚羧酸减水剂配方。用混凝土配合比进行验证对比。对比试验时配合比无任何变动且所用原材料与现场材料一致。（砂、碎石均为表面干燥，含水率忽略不计）试验用配合比采用表1中混凝土配合比。经试拌—调整减水剂配方—试拌，反复试验验证，混凝土流动性、黏聚性、保水性等和易性满足设计及施工要求。

根据自己复配各厂家的的聚羧酸高性能减水剂与山西黄腾化工有限公司的聚羧酸高性能减水剂对比试验而知，优化混凝土配合比采取自己复配聚羧酸系高性能减水剂思路正确。而且自己复配减水剂经济实惠、质量稳定，价格远低于采购成品的价格。

由试验对比而知自己复配减水剂比采购成品减水剂性价比优越。初步选用山西华凯伟业科技有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂，为验证复配减水剂的质量，自己复配山西华凯聚羧酸系高性能减水剂10Kg，留样封存5Kg，另5Kg送至西安公路研究院公路工程试验检测中心检测。检测结果符合规范要求，复配结果达到理想效果。

根据自己复配外加剂进行比对试验，各项指标满足规范及设计要求为此以自己复配外加剂为主采用冀东水泥，选定单掺配合比为现场施工配合比。（根据地域性和业主要求，只能在地面以下部位选用单掺配合比为项目一线施工配合比）

四、现场混凝土施工控制要点

4.1混凝土施工一般规定

水泥到场后不得露天堆放，不同种类的水泥应存储于不同库房。水泥由于受潮或其他原因而变质时，应及时运出场外。矿物掺和料在运输和存储过程中应有明显标志，严禁与水泥等其他粉状材料混淆。混凝土应采用二级或三级级配粗骨料，粗骨料應分级采购、分级运输、分级堆放、分级记量。凝土所用的原材料应按品种、规格和检验状态分别标识存放。

4.2混凝土应根据强度等级、耐久性等设计条件要求和原材料品质以及施工工艺、可能的环境条件变化等进行多组配合比设计。配合比选定试验应提前进行，流出足够的时间进行配合比调整。当混凝土所用的原材料、施工工艺及环境条件等发生变化时，必须重新选定配合比。混凝土拌制前，应测定砂石含水率，并根据测试结果和理论配合比，提出施工配合比。对首盘混凝土的坍落度、含气量、泌水率、水胶比和拌合物温度进行测试鉴定。

4.3混凝土用采用强制式搅拌机搅拌，计量系统应定期检定。搅拌机经大修中修或迁移至新的地点后，应对计量器具重新进行检定。每一工班正式称量前，应对计量设备进行检查。

4.4混凝土输送设备的运输能力应满足混凝土凝结速度和浇注速度的需要。保证浇注过程连续进行。运输过程中应确保混凝土不发生离析、漏浆、严重泌水及坍落度损失过多等现象。当运至现场的混凝土发生离析现象时，应在浇注前对混凝土进行二次搅拌，严禁加水。

4.5混凝土运输、浇注及间隔的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。当下层混凝土初凝后浇注上一层混凝土时，应按施工缝处理。混凝土应分层浇注，不得随意留施工缝。混凝土浇注过程中，应随时对混凝土进行振捣并保证使其均匀密实。

4.6对于混凝土浇注时的模板温度、拌合物的入模温度、拆模时的温度及养护过程中的温度，应制定明确的控制方案，并有效实施。

五、现场试验结果比对：

现场选箱梁和立柱进行对比试验，采用混凝土回弹法按照国家统一测强曲线，跟踪检测试验的结构。箱梁（单掺）回弹结果推定值59.8 MPa、箱梁（纯水泥）回弹结果推定值60.0MPa、立柱（单掺）回弹结果推定值46.8MPa、立柱（纯水泥）回弹结果推定值37.6MPa。

六、结束语

通过室内试验及现场使用检验效果可看出复配减水剂不但可以降低混凝土成本，而且能更好调整控制现场混凝土满足施工要求。混凝土中掺入矿物掺合料可以有效改善混凝土的力学性能、和易性等更好满足结构功能要求和施工工艺要求，延长混凝土结构物的使用年限，并且减低工程造价，节约成本。由此可见我们的试验数据和检测结果能满足规范的要求和现场施工的需要是可行的，也证明我们的优化思路是正确的不仅为项目在成本控制方面做出了贡献，同时掺入掺合料之类工业废渣有效降低环境污染，为当今的绿色，低碳生活做出了贡献。

参考文献：

[1]JTG/T F50-2011《公路桥涵技术规范》 交通部 2011.06

[2]JGJ55-2011 《普通混凝土配合比设计规程》 建设部 2011.04

[3]CECS207-2006 《高性能混凝土應用技术规程》 建设标准协会 2006.10

[4]王子明 《聚羧酸系高性能减水剂》 中国建筑工业出版社 2009.06