混凝土配合比设计影响因素分析及优化策略

卢绍昌

（连江县三强建材有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

对于施工单位来说，若要有效降低施工成本并使混凝土施工质量得到可靠保障，就必须对混凝土配合比进行合理设计。因此，施工单位应当以提高项目工程的整体质量为目的，在设计混凝土配合比的过程中对原材料、施工环境、结构部位与其他方面进行综合考虑，并采取切实可行的优化策略。

1 混凝土配合比设计要素概述

一般情况下，混凝土的配合比设计需要考虑多方面的因素：（1）需要确保混凝土耐久性符合设计需求；（2）调配的混凝土应符合施工现场需求，具有操作简单、无隐患等特点；（3）在满足前两点要求的基础上应精确计算材料的类型与用量；（4）通过合理调配使所设计的混凝土材料符合工程建设需求；（5）尽可能降低材料成本。混凝土的配合比材料包含碎石、水泥、砂、水等，应重点考虑选择合适的水灰比、胶骨比以及砂率，从而控制材料用量。同时，混凝土的配合比已经离不开外加剂的支持，对外加剂的种类和质量方面要求现场施工经验表明，在设计混凝土配合比的过程中应重点注意以下几点：（1）应充分做好前期准备工作；（2）要从数理统计的角度控制好混凝土的配合比，并对强度情况进行评定；（3）在确保混凝土质量满足施工需求的情况下，就尽量减少成本支出。

2 混凝土配合比设计影响因素分析

2.1 原材料

（1）水泥强度。配制混凝土的诸多案例充分表明，当水泥强度等级提高以后，混凝土的强度也随之增加，也就是说这两者之间存在正相关关系。另外，在保持水泥强度等级不变的情况下，增加水泥的使用量则有利于提高混凝土的强度[1]。

（2）砂率。混凝土的强度与性能均可受到砂率的显著影响，一般来说，确定砂率时应当以施工要求与施工工艺为依据。为防止混凝土强度出现较大变化，确保所配制的混凝土拌和物能够充分满足施工要求，应对胶凝材料的用量进行合理控制[2]。

（3）水灰比。在配制混凝土的过程中，过高的水灰比能够导致颗粒状水泥在混凝土中的占比降低，进而可使水泥颗粒之间的空隙有所增大，不利于保证混凝土的强度[3]。如果将这种混凝土应用于项目工程中，很有可能导致建筑物出现明显的变形。反过来，若设计了较小的水灰比，水泥颗粒间距必然缩小，这样便能够保证混凝土的性能与密实度。

（4）掺和料。目前，矿粉、粉煤灰等掺和料是常见的混合材，在配制混凝土时合理使用，可在一定程度上提高混凝土的水化热速度，促使混凝土的性能得到优化。由于一些活性成分存在于掺和料中，这类物质可在混凝土后期发挥积极的作用，能够增强混凝土的强度与耐久性。

（5）骨料。传递荷载是混凝土骨料的基本作用，但在选择骨料时应当充分考虑项目工程的实际需求，保证该物质的添加具有合理性与科学性。否则，不仅会因为荷载压力增加而导致混凝土结构出现变形，还会使混凝土的耐久性、强度、抗变形能力等受到不良影响。

（6）外加剂。使用一定量的外加剂可使混凝土的强度得到合理调节，倘若在混凝土中添加早强剂，其硬化速度能够明显提高。基于此，当工程需要紧急抢修时，施工人员通常会优先使用早强剂。将适量的缓凝剂添加到混凝土中，可使混凝土的水化速度得到抑制，进而避免因过大温差而导致混凝土构件出现裂缝。通常而言，应用缓凝剂的基本条件为高温天气或需要远距离输送大体积混凝土。减水剂也是建筑工程中常用的一种外加剂，该物质具有增加混凝土强度的作用，但只有在水泥用量不得减少并且需要控制水量的情况下才能对其进行添加。

2.2 环境

所谓环境，是指混凝土配制区域的空间状况与温湿度状况。如果在大风、高温环境中配制混凝土，性能将会受到严重影响，高温、大风天气容易增加混凝土水分的蒸发量，在未能采取养护措施的情况下，混凝土后期的强度将无法保证，进而可造成混凝土构件出现变形或开裂[4]。若要妥善解决这类问题，应当根据实际情况增加用水量。如果在低温严寒的环境中配制混凝土，其水化速度将会明显变慢，不利于保证其早期强度，其抗冻抗裂的性能也会显著减弱。为防止产生这些不良状况，有必要采取降低水灰比的措施，添加适量的减水剂与粉煤灰掺和料，使水化热受到混凝土早期硬化的限制，最终可减小混凝土因后期硬化而出现收缩变形的概率。

2.3 结构部位

建筑工程的柱、板、梁不仅用途不同，而且所处的部位也具有差异性，因此对其进行构建时不能使用强度完全相同的混凝土。一般来说，楼板、支撑梁的强度要弱于柱。对于桥梁工程来说，其构件不仅包括桥台还包括桥墩，而这两者的性质也明显不同，因此需要使用不同强度的混凝土。为了降低水灰比，在设计混凝土配合比时，既要考虑到水泥强度等级（一般为1.5～2 倍），也要选择连续粒级石子与级配较好的中粗砂，这样才能确保混凝土构件具有良好的强度，从而保证建筑、桥梁等工程的安全性与稳定性[5]。

2.4 其他方面

除了上述三种影响因素以外，混凝土浇筑操作、运输距离、运输方式等也会影响到混凝土的配合比性能。如果远距离输送混凝土，不仅要平稳驾驶车辆，还有必要采取可靠的防护措施。如果混凝土输送方式为泵送，应当确保混凝土的包裹性与流动性与设计要求相符。一旦确定采用泵送方式，应通过改变砂率或添加泵送剂来调整混凝土配合比，达到降低混凝土阻性提高其流动性的目的。另外，不规范的浇筑操作会导致混凝土的配合比性能有所降低，因此设计方案应详细阐明混凝土配制的具体操作步骤，以及操作过程中需要注意的问题。

3 混凝土配合比设计优化策略

3.1 掌握多种类型混凝土配合比技术要求

充分了解工程施工的技术要求是设计混凝土配合比的前提与基础，为此设计人员应当掌握与项目工程相关的信息，比如构件尺寸、钢筋之间的距离、工程要求达到的强度等级等等，然后以此为依据对水泥品种和石子粒径进行合理选择。除此之外，设计人员还应当明确有关混凝土配制的规范标准与工艺要求，并且能够设计特种混凝土，而其设计的混凝土配合比应能够完全满足项目工程的建设需求。对于大体积混凝土来说，设计其配合比时务必首先了解其施工技术要求，然后基于此来确定一些参数，比如强度等级、坍落度、初凝时间等等，接下来再对配合比进行科学设计，并通过不断试验使其得到优化[6]。在这一过程中，既要保证混凝土满足强度要求，也要适当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，这样才能达到降低水化热、减少经济成本、增强混凝土工作性能的目的。若需要设计自密实混凝土配合比，应对此类混凝土的流动性、保塑性、抗收缩性等进行深入分析，也可在调配过程中通过改变石子粒径以及膨胀剂与外加剂的添加量，来开展不同的试验，以便于获得最佳配合比。在设计路面混凝土配合比时，应重点考虑坍落度，并将控制对象确定为大粒径石子掺入量，以保证混凝土的耐磨性满足相关要求。总的来说，不同的工程对混凝土的强度、坍落度、流动性等均提出了不尽相同的要求，设计人员应当在充分了解工程的基础上，结合现场实际情况对混凝土配合比进行合理设计。

3.2 总结和统计混凝土配合比试验数据信息

首先应当明确配制混凝土需要使用的原材料，及其性能指标对配合比的影响，然后以设计要求为根据，通过计算得出配合比，最后形成混凝土配合比计算书。按照计算书的相关要求，将水胶比浮动幅度控制在±0.05 之间并开展三组试验。在试验过程中，试验人员必须详细记录各种数据，比如混凝土的流动速度、抗压强度、凝结时间等等[7]。试验结束后，及时对比分析每组试验结果，根据设计要求选择最佳配合比，并结合工程实际状况对其进行调整，以保证工程既具有良好的安全性与稳定性，又能够创造较高的经济效益。

3.3 结合施工实际严控混凝土生产过程

（1）对混凝土原材料的质量关口进行严格把控。在原材料流入工地之前必须落实相关的质量检验工作，如果发现劣质原材料，应当立即对其进行更换，否则混凝土的配合比就会受到影响，其工作性能也必然会降低，进而可对施工质量与施工安全造成严重威胁。因此在配制混凝土时，应基于对砂石料含水率的考虑来调整用水量，避免因含水率未得到及时调整而致使混凝土水胶比出现变动，从而无法保证混凝土的抗压强度[8]。（2）注意检测混凝土中的氯离子成分并控制外加剂与砂石的用量，若氯离子超标，钢筋锈蚀问题将会不可避免地产生。在混凝土配制过程中，在水泥和水量的使用上不得具有随意性，应以降低配制成本、保证混凝土强度为出发点，严格按照设计要求来控制用量。

3.4 严格遵循混凝土配合比设计技术要求

在设计混凝土配合比时，首先应明确施工工艺与工程建设状况，然后对强度、耐久性、和易性等不同的配合比设计技术要求进行综合考虑。一般情况下，混凝土拌和物的和易性主要与其保水性、黏结性、流动性等有关[9]。进入混凝土成型养护阶段以后，应当关注混凝土的力学性能，考虑其抗折强度、抗压强度与抗变形能力。当混凝土投入使用以后，其耐久性必须满足工程需求，应考虑其抗冻、抗裂、抗渗透、抗侵蚀等能力[10]。总之，若要设计出科学合理的混凝土配合比，设计人员应当遵循相关的设计原则，充分了解相关的设计要求。

4 结束语

综上所述，混凝土配合比直接关系到项目工程的整体施工质量，而最佳配合比有利于同时兼顾施工质量、施工安全与经济效益。为此，相关人员应当对原材料、施工环境、结构部位等影响混凝土配合比的主要因素进行深入分析，并从工程实际状况出发采取合理可行的优化策略，这样才能获得最理想的混凝土配合比设计方案，才能保证混凝土构件具有良好的工作性能，确保工程项目的整体质量和后期使用安全。