配合比设计方法探讨.doc

关于混凝土配合比选择方法的讨论 之二：关于当代混凝土配合比要素的选择和配合比计算方法的建议 廉慧珍 李玉琳 清华大学土木水利学院 北京中宏盛建设工程质量检测有限责任公司 摘要： 当代混凝土配合比选择的内容实际上是水胶比、浆骨比、砂石比和矿物掺和料在胶凝材料中的比例等四要素的确定，以及按照满足施工性要求的前提下紧密堆积的原理的最后计算方法。对于有耐久性要求的混凝土，这四要素的原则都能以混凝土结构耐久性设计给出的《混凝土技术要求》为根据来确定。调整配合比时，应采用等浆体体积法，以保证混凝土的体积稳定性不变。 关键词：混凝土配合比 水胶比、砂石比、浆骨比、掺和料 等浆体体积法 1 前言 多年来多数混凝土工作者习惯于根据自己的经验，用最简单的方法计算混凝土配合比。混凝土的制作工艺看似简单，如果只满足强度和拌和物流动性要求，“怎么都能配出来”。但是对单方混凝土各组成材料质量和进行简单化的假定，实际上当原材料组成变化后，按假定的单方质量所计算的混凝土不是“胀方”就是“亏方”；只满足流动性要求的拌和物离析、泌水现象普遍。混凝土本来就是一种从细观到粗观都是高度非均质的多项复杂体系，由于原材料的变化和对混凝土性能要求的提高，现今的混凝土越来越复杂，现行简单化的方法已不再适用，需要进一步科学化。尽管混凝土配合比不能决定混凝土的最终质量，而得到高质量的混凝土配合比毕竟是当前人们所追求的。什么是“高质量”？按1999年ACI对高性能混凝土的定义，应是“符合特定工程性能组合和匀质性要求的混凝土”[1]。这个定义当然指的是最终质量，然而，高质量的配合比却是前提。“符合特定工程性能组合”是不言而喻的，匀质性则是很高的要求，不仅拌和物不离析、不泌水，而且硬化后也具有较高的体积稳定性，能较长期地抵抗环境作用引起的劣化，按照传统方法难以做到。任何新的观念和技术的提出，总是会遭到习惯思维的抵抗，只有改变思维方法和观念，才能使我们“与时俱进”。谁先做到谁领先。 现行当代混凝土的特点是普遍掺入矿物掺和料和高效减水剂。混凝土中水、水泥、砂、石四种原材料中增加了矿物掺和料，因此传统的配合比三要素──水灰比、浆骨比、砂石比，就成为水胶比、浆骨比、砂石比和矿物掺和料用量等四要素。配合比中需要求出的未知数由传统的4个变成5个。最后由各材料在满足施工要求的前提下紧密堆积的原理，用绝对体积法计算出各材料用量。不考虑外加剂占据混凝土的体积，则各组成材料的关系和性质及其作用和影响可用图1来描述。 图1 混凝土各组成材料的关系和性质及其作用和影响 由图可看出，混凝土配合比四要素都影响拌和物与硬化混凝土性能，当决定混凝土强度和密实性的水胶比确定之后，所有要素都影响拌和物施工性能。施工是保证混凝土质量的最后的和最关键的环节，则考虑浆体浓度的因素、按拌和物的施工性能选择拌和物的砂石比与浆骨比，就是混凝土配合比选择的主要因素。其中浆骨比是保证硬化前后混凝土性能的核心因素。无论是改变水胶比，还是矿物掺和料用量，调整配合比时应使用等浆体体积法，以保持浆骨比不变。 我国混凝土年产量可占到全世界的一半，质量却相对落后。例如，全世界只有我国使用“假定容重法”计算混凝土配合比，也只有我国使用绝干基的砂石生产混凝土，造成我国混凝土质量控制的困难。由于混凝土原材料的波动和使用环境和条件的不确知性与不确定性，并不存在普遍适用的配合比，在本文中所介绍的方法只是一种推荐，相信会有更多方法可以使用，但是原理和原则应当是更科学与更便于质量控制的[2]。和施工技术一样，“混凝土配合比设计”不适于制订成规范。设计提出的《混凝土性能技术要求》所要求的也只是性能而不是组成（performance based specification）。希望与大家为不断为提高混凝土的技术与质量而共同努力，在实践中不断修正已有的知识、观念和方法，不仅在产量上，而且在技术和管理水平上尽快走向先进。相信目前“做不到”的事，只要大家齐心努力，外国人能做到的，我们也都能做得到。 为便于与读者沟通，给出所推荐配合比选择与计算的实例，共参考和讨论。 2 确定混凝土配合比的原则 2.1按具体工程提供的《混凝土技术要求》选择原材料和配合比 2.2 注重骨料级配和粒形，按最大松堆密度法优化级配骨料，但级配后空隙率应不大于42%； 2.3 按最小浆骨比(即最小用水量或胶凝材料总量)原则，尽量减小浆骨比，根据混凝土强度等级和最小胶凝材料总量的原则确定浆骨(体积)比，按选定的浆骨比得到1m3混凝土拌和物浆体体积和骨料体积；计算骨料体积所使用的密度应当是饱和面干状态下所测定的； 2.4按施工性要求选择砂石比，按《混凝土技术要求》中的混凝土目标性能确定矿物掺和料掺量和水胶比。 2.5 分别按绝对体积