设计混凝土配合比的影响因素与优化策略

吴 猛

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

混凝土配合比参数不同，其带来的经济效益、施工质量也存在明显差异。因此，科学、合理地设计混凝土配合比尤为关键。然而，在设计混凝土配合比的过程中，往往会受到诸多因素影响，致使混凝土性能、强度无法达标。为了设计出最佳的配合比，笔者从混凝土配合比的设计概念、设计原则出发，总结了影响混凝土配合比设计的因素，提出了优化策略，以期为从业人员提供有益的参考与借鉴。

1 混凝土配合比的设计概念与设计要求

混凝土配合比主要是指各种组成材料在混凝土中的比例关系。而设计混凝土配合比恰恰是混凝土工程施工的重要前提条件，也是保证整个工程施工质量、控制工程施工成本的关键。因此，在设计混凝土配合比的过程中，应严格遵循《普通混凝土配合比设计规程》《混凝土结构施工质量验收规范》等标准。

2 混凝土配合比的设计原则

2.1 应遵循和易性原则

设计混凝土配合比的首要原则是和易性原则，也是新搅拌的混凝土应达到的基本标准，包含流动性、黏聚性和保水性3 个方面。由于和易性原则是一个整体性概念，单纯使用一种简单的方式无法界定其标准，需要采取不同的实验方式分别测定。

2.2 应遵循强度适应性原则

设计混凝土配合比的过程中，施工对象必须满足强度等级要求。因此，必须遵循强度适应性原则。而不同的施工环节与结构对强度设计要求存在明显差异，且不同的施工材料、施工工艺、施工方法，在强度设计要求上也略有不同。所以，在实验室内，设计人员应提前确定不同设计方案的匹配配合比，并全面考量可能影响设计配合比的因素，遵循国家、行业相关标准，调整方案，以保证设计配合比方案满足实际施工需求。

2.3 应遵循耐久性原则

随着混凝土施工应用范围不断拓展，极端天气、化学侵蚀等因素都会影响混凝土结构。因此，为了让混凝土适应不同环境，在设计混凝土配合比时，应遵循耐久性原则，这也是最基本的要求之一。而为了实现耐久性原则，在设计混凝土配合比时，设计人员应从原材料入手，进一步加大设计力度。

2.4 应遵循经济性原则

设计混凝土配合比的过程中，应遵循经济性原则。经济性原则需基于上述3 个原则得以实现，以降低混凝土的施工成本，提高企业的经济收益，促进企业持续发展。

3 影响混凝土配合比的因素

3.1 原材料影响

（1）水泥强度。通过大量实践数据分析可知，水泥自身的强度与混凝土的强度成正相关，即水泥强度提升，混凝土强度也提升。在设计混凝土配合比的过程中，若保持水泥强度不变，适当增加水泥比例，也能提升混凝土强度。但需注意的是，不可盲目使用高强度水泥材料，避免造成浪费。

（2）骨料。混凝土中骨料肩负着传递荷载的重要作用，会对混凝土的强度产生影响。因此，要想满足混凝土的强度等级，需要使用适合的骨料，以保证混凝土结构能够承载较大的荷载压力，且不影响混凝土的耐久性。

（3）砂率。砂率会影响混凝土的性能与强度。因此，在设计混凝土配合比时，应结合工程施工要求和混凝土强度等级要求，进一步确认砂率。砂率过大，会增大混凝土的孔隙率，需要加大水泥用量，以平衡材料的孔隙率；砂率过低，虽然可降低孔隙率和水泥用量，但孔隙率无法达标，混凝土的流动性会被迫下降，无法黏结成型，进而引发施工质量问题。

（4）外加剂。外加剂可调节、改善混凝土强度，且不同的用量会改变混凝土的性能与质量。因此，在设计混凝土配合比的过程中，应重点考量外加剂。需要注意的是，不同的外加剂，效果不同，在应用的过程中，应结合实际需求，选择适合的外加剂。外加剂应满足以下几项技术指标：减水率＞20% ；碱、硫酸钠的含量＜10%；氯离子含量＜2%；含气量＞3%。

（5）水胶比。水胶比是水与胶凝材料的用量比例，将二者混合在一起即可形成水泥浆，在混凝土中起到黏结作用。因此，水胶比能够影响混凝土强度。若水胶比过大，黏性不足，无法黏结骨料，会导致混凝土结构固结后存在聚水分孔洞；若水胶比过小，混凝土的流动性变差，无法保证黏结的紧密性，混凝土结构固结后仍会出现较多孔洞，这些情况会危害混凝土结构强度。

（6）掺合料。矿粉、粉煤灰、硅灰是最常见的掺合料，在制备混凝土的过程中使用掺合料是为了改善材料性能，提升材料强度，减少用水量。当水泥水化热掺合料与氢氧化钙之间发生反应时，产生的水化产物呈现出胶凝效果，能有效提升混凝土的流动性、保水性、粘聚性，固结后能大幅度提升混凝土的耐久性。掺合料的选用必须满足以下几个指标：细度≤20%；烧失量≤5%；含水量为0；氯离子含量≤2%。

3.2 环境影响

制备混凝土的过程中，制备区域温度、湿度、风力都会影响混凝土的配合比。所以，为了降低环境因素对混凝土配合比的影响，必须采取相应措施。例如，制备混凝土时，区域温度较高且有大风，会加剧混凝土的水分蒸发，无法保证混凝土强度，导致混凝土构件变形、开裂，可结合实际情况加大用水量。

3.3 运输与浇筑的影响

设计混凝土配合比的过程中，需要考虑混凝土的运输方式、浇筑操作等内容，这些因素同样会影响混凝土配合比的实际性能。因此，远距离运输混凝土时，应保证驾驶车辆平稳，并采取必要的防护措施；泵送混凝土时，必须保证混凝土的流动性、包裹性符合设计要求，且可改变砂率或者添加泵送剂，调整混凝土的配合比，以提高混凝土的流动性，降低其阻性。另外，不规范的浇筑操作会降低混凝土配合比性能，可在设计方案中明确浇筑操作步骤与相关注意事项。

4 设计混凝土配合比的优化策略

4.1 准确掌握混凝土配合比技术要求

我国针对混凝土配合比设计和原材料技术参数先后出台了许多技术规范，颁布了相对完善的技术要求，以规范混凝土配合比设计工作，尤其是混凝土配合比设计的计算、取值都有对应的标准和规章，设计人员只要严格套用相关技术要求，就可保证混凝土配合比设计参数满足标准规定。所以，检测人员应准确掌握混凝土配合比技术要求、技术规范，准确计取系数，控制好比例，以保证混凝土强度、性能达到工程施工设计要求。

4.2 总结、分析混凝土配合比试验数据

总结、分析混凝土配合比试验数据，有助于及时发现混凝土配合比设计中可能存在的不合理参数，进而及时调整、修正。而在设计混凝土配合比时，会先后经历初步计算配合比、确定基准配合比、认定实验室配合比、确定施工配合比4个阶段。每一个阶段都会产生大量的试验数据，这些数据将支撑工作人员，结合实际工程需求调整、修正配合比，最终获得最佳配合比。第一个阶段，主要负责完成混凝土配合比设计参数计算，包含水胶比、水泥、骨料等材料用量。第二个阶段，是结合第一个阶段得到的参数进行试拌，得到试拌结果后，对比设计要求，及时调整不符合设计要求的参数。这个阶段的混凝土配合比会出现变化，工作人员应详细记录这些参数变化，并重新修正参数后，及时计算出各个原材料的使用量和混凝土的基准配合比。例如，坍落度过小时，可在维持水胶比不变的前提下，适当增加水泥浆用量；坍落度过大时，可在维持砂率不变的前提下，适当增加骨料用量。第三个阶段，按照第二个阶段计算的基准配合比进行实验室配比，假设混凝土制备区域环境理想，在不考虑其他影响因素的前提下，通过试验得到计算结果，并结合试验结果分析各个原材料的实际用量比例，进而再度修正混凝土配合比，使之成为第四个阶段的重要计算依据。第四个阶段，应结合施工现场的实际要求和各项原材料的实际情况，修正混凝土配合比，再度设计计算后得到最佳的混凝土配合比。

4.3 严格监督混凝土生产过程中配合比的执行情况

想要保证混凝土配置达到预期效果，除了要在设计过程中获得最佳的配合比外，还要有效落实最佳配合比，以发挥混凝土最佳配合比的最大价值。因此，在生产混凝土的过程中，应严格控制原材料，保证原材料种类与施工设计要求相符，原材料用量与设计配比要求相符，严禁将劣质或质量不达标的原材料用于混凝土生产中。同时，考虑到部分原材料入场后可能无法使用，含水量可能出现一定的变化，所以，在制备混凝土前，应全面检验原材料，以避免影响混凝土生产。另外，应加强控制氯离子含量，这是因为在制备混凝土时，砂石、水、外加剂等材料会产生一定的理化反应，增加氯离子含量，进而加速钢筋氧化速度，出现锈蚀情况。因此，需要严格控制混凝土配合比的相关参数，以避免影响整个工程的施工质量。

4.4 强化混凝土强度检验工作

为了得到最优配合比，在设计配合比的过程中，应进一步强化混凝土强度检验工作，以获得最佳的配合比设计参数。目前，回弹法和超声回弹综合法是检验混凝土强度最常用的两种方法。通过检验混凝土强度，可帮助快速确定试配构件的强度参数，完成试配构件强度复核，以提高混凝土的制备质量。

5 结语

混凝土配合比设计工作是一项十分复杂且系统的工作，需要考虑的因素颇多，而设计混凝土配合比的意义又十分重大。所以，在整个设计环节，工作人员需从性能、安全、质量、经济效益等诸多角度出发，严格遵循设计要求与设计原则，经反复校验，获得最佳的混凝土配合比，从而有效保证混凝土质量，提高整个工程施工质量与后期使用安全性。