浅谈高热地区混凝土配合比设计及质量控制

杨 姣

中化二建集团有限公司 山西太原 030000

混凝土作为建筑材料，在建筑行业中用途最广、用量最大。随着建筑业的飞速发展，“质量至上”日益受到地方政府和社会各界的普遍关注。建设工程检验检测是工程质量管理的重要组成部分，更是工程质量监督、质量控制、成本控制的重要技术手段。在常规检验检测中，混凝土原材料选用、配合比设计及现场配合比控制占有举足轻重的地位，尤其是泵送混凝土中大坍落度配合比设计的准确性和实用性对工程质量起着决定性作用。

1 工程概况

工程位于非洲西部安哥拉，西邻大西洋，属于热带草原气候，雨季气候炎热，气温高达50℃，而且湿度较大。安哥拉罗安达2×5000t/ d 熟料水泥生产线项目(简称水泥项目)一、二期占地面积约70 余万m2，现浇混凝土量达223000 多m3，其中生料库、熟料库等诸多工号运用滑模技术进行施工，需要用大坍落度泵送混凝土。当地物资贫乏，现场没有外加剂或掺合料可供使用。

2 原材料选用

选择好的原材料是保证工程质量的首要条件。原材料要根据质量、运输、经济成本等进行选择，质量合格、就地取材、便利易得为最佳。本次配比试验以二期水泥项目施工选用原材为实例。

2.1 水泥

二期水泥项目的水泥以一期生产线生产的中基P·O 42.5 为备选。现场复核水泥的强度、安定性、初终凝时间等指标，检验合格方可使用。未经检验的水泥不允许用于工程，质量达不到要求的材料及时清退场外。

经试验检测，安哥拉中基P·O 42.5 水泥参数如下：初凝时间为156min；终凝时间为226min；沸煮法测定安定性无弯曲无裂纹，检验合格；7d 强度为26.6MPa，28d 强度为46.8MPa。

依据GB175- 2007 标准，该批水泥所检项目符合P·O 42.5 要求。同时，符合JGJ55- 2011 关于泵送混凝土水泥宜选硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的规定。因此，本工程选用中基P·O 42.5 水泥。

2.2 砂

泵送混凝土宜采用中砂，其通过公称直径为315μm 筛孔的颗粒含量不宜少于15%，含水率应小于0.5%。经试验检测：安哥拉宽扎河砂场所产砂的细度模数2.8、含泥量1.2%、泥块含量0.6%。

依据GB/ T14684—2001 标准检验属II 指标技术要求，同时符合JGJ55- 2011 关于泵送混凝土宜采用中砂的相关规定。因此，本工程选用安哥拉宽扎河砂作为现场施工建筑用砂。

2.3 碎石

配制泵送混凝土粗骨料宜选用连续级配的碎石或卵石，以提高混凝土的和易性和可泵性。同时，要考虑输送管径的大小，粗骨料的最大公称粒径与输送管径之比应小于0.33。根据结构最小断面尺寸和泵管尺寸，选择合适的骨料粒径，经试验检测：

安哥拉当地的碎石大部分是风化岩石经机械粉碎而成，经过仔细挑选，仁热B 场的机械碎石含泥量0.5%，泥块含量0.2%，压碎指标为9%，针片状颗粒含量2%。依据GB/ T14685- 2001 标准，该批碎石检验符合5～31.5 mm 连续粒级颗粒级配，符合II 类指标技术要求，同时符合JGJ55- 2011 关于泵送混凝土粗骨料宜选用连续级配的相关规定。因此，本工程选用仁热B场的碎石作为现场施工建筑用碎石。

2.4 混凝土拌合用水

混凝土拌合用水的选择对混凝土性能有很大影响。要求所选的拌合用水所含物质不得影响混凝土的和易性及凝结时间，不得降低混凝土的耐久性，同时不得有损混凝土强度的发展。经现场检测：

在安哥拉宽扎河中心部位取水，目测清澈，无色无味，安设简易过滤池进行格栅过滤后，适宜搅拌混凝土。因此，本工程选用安哥拉宽扎河水作为混凝土拌合用水。

3 混凝土配合比设计

3.1 混凝土配制强度的确定

混凝土配制强度（fcu，0）的计算式见式（1）。

依据标准规定和同类混凝土统计资料，计算得本次配制C30 泵送混凝土试配强度的标准差（б）为2.8MPa。根据标准：当混凝土强度标准差计算值不小于3.0 MPa 时，应取3.0MPa，则б=3.0 MPa，fcu，0≥30+1.645×3.0=34.9 MPa。

3.2 水胶比的确定

水胶比影响混凝土流变性能、水泥浆凝聚性能，以及混凝土硬化后的密实程度，因此在组成材料给定的情况下，水胶比是决定混凝土强度、和易性、耐久性及其他一系列物理力学性能的主要参数，其过大或过小都会使强度等性能受到影响。水胶比过大会降低混凝土的强度，过小则容易出现离析现象。

混凝土强度等级＜C60 级时，混凝土水胶比（W/ B）按式（2）计算。

式中：αa、αb——回归系数；

fb——胶凝材料28d 胶砂抗压强度实测值，MPa。

根据标准，本次试验粗骨料为碎石，则选用回归系数αa=0.53，αb=0.20。P·O 42.5 胶凝材料28d 胶砂抗压强度实测值（fb）取46.8 MPa。

则C30 混凝土水胶比计算见式（3）：

3.3 每立方米混凝土用水量的确定

本次为配制流动性混凝土，根据施工现场条件，无外加剂或掺合料时，施工泵送要求坍落度为220±20mm。

根据标准查表得出坍落度90mm 的用水量为205 kg，则坍落度为（220±2）mm 的用水量：mwo=205+（220- 90）/ 20×5=238kg。

3.4 每立方米混凝土的胶凝材料用量和水泥用量计算

每立方米混凝土的胶凝材料用量（mbo）的计算见式（4）。

根据经验，泵送混凝土胶凝材料用量不宜小于300kg/ m3。经过多次试拌调整发现，每立方米混凝土的胶凝材料用量为384kg 时，满足拌合物性能，且较为经济合理，所以本次试验胶凝材料用量取384kg。

因安哥拉建筑材料匮乏，没有矿物质掺合料可用，因此本次试验每立方米混凝土的水泥用量（mco）与胶凝材料用量相对，取384kg。

3.5 砂率的调整及确定

砂率（βs）根据骨料的技术指标、混凝土拌合物性能，以及设计施工要求，可参考既有历史资料来确定。水泥项目为中化二建在安哥拉的第一个项目，经查阅没有找到相关历史资料。当无历史资料可参考时，坍落度大于60mm 混凝土的砂率可通过试验确定，在坍落度为10～60mm 混凝土砂率宜取36%的基础上，按坍落度每增加20mm 砂率增大1%的幅度予以调整。

本次试验水胶比为0.62；粗骨料为碎石，最大粒径为31.5mm；混凝土坍落度为220±20mm，则其砂率计算见式（5）。

3.6 粗骨料和细骨料用量的确定

采用质量法计算混凝土配合比，计算公式见式（6）和式（7）。

式中：mcp——每立方米混凝土拌合物的假定重量，kg。

经过反复多次试验，参考一期水泥项目工程施工经验，本次试验mcp取2430kg。

根据以上公式得出有关粗骨料用量（mgo）和细骨料用量（mso）的计算方程，见式（8）和式（9）。

根据式（8）和式（9），得到mgo=1012kg，mso=796kg。

综上，得出设计配合比数据值：W/ B=0.62；βs=44%；mco=384kg；mwo=238kg；mgo=1012kg；mso=796kg。

3.7 混凝土配合比的试配、调整与确定

混凝土配合比设计采用的细骨料含水率要求小于0.5%，粗骨料含水率要求小于0.2%。因此，在混凝土试配前要将砂、碎石进行烘干晾晒以达到标准要求。

3.7.1 混凝土配合比的试拌

混凝土试配采用强制式搅拌机进行搅拌，搅拌方法与施工采用的方法相同。因粗骨料最大公称粒径为31.5mm，则混凝土试配的最小搅拌数量为20L，符合标准要求的不小于搅拌机公称容量的1/ 4 且不大于搅拌机公称容量。

经试拌，计算出的设计配合比数据能够达到拌合物的性能，实测坍落度为220mm，从而提出C30 泵送混凝土的试拌配合比数据为：W/ B=0.62；βs=44%；mco=384kg；mwo=238kg；mgo=1012kg；mso=796kg。

3.7.2 混凝土配合比试配与强度试验

试配采用3 个不同的配合比进行试拌，一个为试拌配合比，另外两个在试拌配比的水胶比基础上增、减0.05 为配合比；用水量不变，砂率增、减1%，则得出表1 所示数据。

表1 混凝土配合比试配与强度试验数据

本次试验使用150mm×150mm×150mm 的试模，每种配合比制作一组（3 块）28d 标养试件，其材料用量计算见式（10）和式（11）。

则3 个不同的配合比单组试模用量数据见表2。

制作混凝土强度试件时，在试验过程中要检验混凝土拌合物的坍落度或维勃稠度、保水性、粘聚性，以及拌合物的表观密度，以此结果来判定相应配合比的混凝土拌合物的性能。依据以上数据，调整制作每种配合比混凝土强度试件材料用量，若试验过程中发现不同水灰比的混凝土拌合物坍落度与要求值的差值超过标准允许偏差，就需要通过增、减拌合用水量进行调整。

表2 三个不同的配合比单组试模用量

拌合完毕，将制作好的试件进行标准养护，至28d后进行试压，试压结果见表3。

表3 试件28d 后的试压结果

3.7.3 配合比的调整与确定

依据以上试验数据，得出混凝土强度与其相应的胶水比（B/ W）的线性关系见图1，相关数据见表4。

表4 混凝土强度与其相应的胶水比

图1 混凝土强度与其相应胶水比的线性关系图

由图1 可见，配制C30 的混凝土强度(fce=34.9MPa)相对应的B/ W 为1.61，即水胶比为0.62，从而可得出每平方米混凝土的材料用量（表5）。

表5 每平方米混凝土的材料用量

经校正，强度试验时测得的混凝土表观密度实测值与标准规定校正公式计算出来的计算值之差的绝对值＜2%计算值，符合标准规定，从而确定以上配合比为设计配合比。

4 现场施工配合比质量控制

施工现场属热带草原气候，雨季和旱季降水量差异非常大，气温高，湿度大，一天当中早上和中午的砂、碎石含水率有很大差距。因此，在不同时段混凝土拌制时要对混凝土用水量进行微调，使其达到最佳用水量，以满足质量控制。此外，现场施工配合比质量控制还需对砂的含石量进行测定。

4.1 施工配合比的调整确定

4.1.1 测定现场含水率

通过试验得出的配合比是以干燥的原材料为基准的，而施工现场存放的砂、石材料达不到完全干燥的状态，均含有一定的水分。所以需要根据现场实际含水量对设计的配合比进行修正，将试验室配合比换算为施工配合比。

根据长期对安哥拉现场砂、碎石的含水率测定得出，碎石含水率约为0.3%，砂含水率约为4.4%，因此需要对设计配合比进行调整，详见表6。

表6 施工现场配合比调整数据

4.1.2 测定砂含石量

经过对现场施工用砂进行检验，砂中9.5mm 以上颗粒含量为0，即含石量为0，因此对含石量可以不做考虑。

4.2 施工过程质量控制

4.2.1 严格控制混凝土施工用水量

混凝土配合比在实际施工中可以根据现场情况进行微调，但不代表可以随意调整。在实际施工中，泵送混凝土的操作人员为避免堵泵，方便施工，往往会追求较大的坍落度，不管强度能否达到要求，擅自增加拌合物用水量。再加上混凝土运输车清理余料所用的水在罐中的剩余，以及现场施工质检员监督管理不到位、未能严格控制水胶比等原因，均会引起混凝土用水量的偏离，使混凝土实际用水量大于理论配比用水量，从而导致混凝土强度的降低。在水泥项目施工时，为避免上述现象的发生，试验人员需要经常到现场监督，严格控制混凝土施工时的用水量，确保混凝土配合比的准确实施，保证混凝土强度和后期质量跟踪的真实性。

表7 混凝土配合比质量跟踪检测数据

同时，针对现场雨季高温时每天12 点左右经常会有强降雨，避开降雨时段进行浇筑，以确保工程质量。

4.2.2 严格执行混凝土浇筑的温控措施

针对雨季的高温，施工宜在早晨和傍晚温度相对低的时段进行，并且尽量缩短混凝土运送时间，装车前对混凝土运输车罐体进行浇水降温，运输时避免高速搅拌，以减缓运输过程中骨料摩擦产生的热量。采取以保温保湿养护为主体，抗放兼施为主导的大体积混凝土温控措施。施工前，参考浇筑当天的气温，对施工阶段大体积混凝浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行试算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑的升温峰值、里表温差及降温速率的控制指标，采取拌合水中加冰屑以降低拌合水温度，骨料用水冲洗降温，以及避免暴晒等降低温控技术措施，切实保证施工质量。

4.2.3 严格执行混凝土浇筑后期养护

混凝土配合比在施工中是否发挥作用和效果，不仅与混凝土施工中严格按照配合比参数执行有关，更与后期养护有直接关系。对于大体积混凝土施工，应持续保温保湿养护≥14d，保持混凝土表面湿润。只有严格执行混凝土浇筑后期养护才能确保工程质量，真正实现混凝土配合比设计的意义。

4.3 施工配合比质量跟踪检测

水泥项目施工现场使用HZS- 90 搅拌站，采用SICOMA 双卧轴搅拌机，自动化微机操控，确保搅拌均匀，计量精确。采用混凝土罐车集中运输，浇筑时采用汽车泵或地泵。

经检测，设计强度C30 混凝土28d 实际试压强度值均达到35MPa 以上，满足施工要求，符合设计强度要求，详见表7。

后期经过对水泥项目进行质量跟踪，证明各项指标满足二期施工要求。项目顺利建成并投产，以其优质的施工质量荣获中国“化学工业境外优质工程奖”。

5 结束语

高热环境混凝土配合比设计除应符合设计规定的强度等级、和易性、耐久性、抗渗性、体积稳定性和混凝土施工工艺特性等要求外，还应符合合理使用材料、减少水泥用量、降低混凝土绝热升温值等要求。影响混凝土配合比设计精准度的因素有很多，因而要考虑的因素也较多。试配工作不是通过简单的数字计算就可得出，它需要在检验检测过程中不断总结、积累经验、后期跟踪、监测反馈，才能更快、更准确地完成混凝土配合比设计。同时，需要严格现场施工时配合比的质量监控，做到精细化管理，从而真正实现混凝土配合比设计的精确和经济。