混凝土消耗量定额中配合比影响因子研究

周茗如 李郑波 沈琼斐 郭中宇

(兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州730050)

1 引 言

混凝土是近现代最广泛使用的建筑材料，也是当前最大宗的人造材料，混凝土计价工作在工程建设中的地位举足轻重，如何合理、有效的编制混凝土消耗量定额尤为重要。混凝土的计价主要是对组成混凝土的各项原材料的计价，不同的混凝土配合比对计价有着决定性的影响。混凝土材料单价是根据组成混凝土的各种材料用量即混凝土配合比进行计算的。

《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）提出了胶凝材料、胶凝材料用量、水胶比、矿物掺合料掺量等概念[1,2,3]，新规范采用改进的保罗米公式来计算水胶比，与JGJ55-2000 有较大的改动，配合比各参数都发生了变化，其对混凝土消耗量定额具有重要的影响。

混凝土配合比受水胶比、矿物掺合料掺量、砂率、单位用水量等多个参数的影响，研究混凝土配合比影响因子，就是研究各个参数的内在关系。混凝土配合比应在满足设计要求的强度等级、施工要求的和易性、使用要求的耐久性的条件下，通过试验确定[4]。因此，为方便混凝土单价计算，利于工程造价管理，合理确定混凝土配合比是十分必要的。

本文依据JGJ55-2011 普通混凝土配合比技术规程、GB/T 50476-2008 混凝土结构耐久性设计规范，以普通混凝土为例进行研究，探讨混凝土配合比的影响因子的内在联系。

2 混凝土配合比影响因子研究

普通混凝土主要由水泥、砂、石、矿物掺合料及水等基本材料组成。混凝土配合比影响因子研究的实质就是确定组成混凝土的五种基本材料用量的三个比例关系，即水与胶凝材料的关系、砂与石子的关系、胶凝材料浆体与骨料的关系[5]。这三个比例关系可以分别用三个参数来表示，即水胶比、砂率、单位用水量。

2.1 水胶比

水胶比W/B 是每立方米混凝土中用水量和胶凝材料用量的比值，是影响混凝土强度和耐久性的主要因素。在水泥强度等级相同的情况下，水胶比越大，混凝土强度越低；反之，水胶比越小，混凝土强度越高。但是水胶比也不宜太小，因为流动性过低会影响混凝土振捣密实，从而影响其强度和耐久性。水胶比的确定原则是在满足混凝土强度和耐久性要求的前提下，尽量选用较大值，但最大水灰比不应超过规范JGJ55-2011 之规定。

当混凝土强度小于C60 时，混凝土水胶比宜按下式计算：

式中：W/B—混凝土水胶比；

αa、 αb—回归系数，按规范的规定取值；

fb—胶凝材料28d 胶凝抗压强度（MPa），可实测，且试验方法应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》GB/T 17671 执行，也可按规范公式计算，分别为粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，根据矿物掺合料掺入比例查规范表格选用。

fcu,0—混凝土配制强度（MPa）。当混凝土设计强度小于C60 时当混凝土强度大于C60 时，为混凝土立方体抗压强度标准值，这里取混凝土设计强度等级值（MPa），σ为混凝土强度标准差（MPa）。

从公式（1）可以看出影响水胶比计算值的参数与水胶比计算值如下，水泥强度等级越高，水胶比越大；水泥强度等级富余系数越大，水胶比越大；混凝土强度等级越高，水胶比越小；混凝土强度标准差越大，水胶比越小；矿物掺合料越多，水胶比越小。

2.1.1 矿物掺合料影响系数

《普通混凝土配合比技术规程》（JGJ55-2011）新增加了矿物掺合料的概念，并将其套入水胶比公式的计算。从某种意义上讲，新规程的使用即意味着过去两种掺粉煤灰混凝土计算规程的终止。不同种类的矿物掺合料的影响系数有所差别，掺合料掺入比例不同亦使影响系数有所差异。矿物掺合料掺入比例越大，影响系数越小，水胶比越小，混凝土强度等级越低。

2.1.2 水泥强度等级值富余系数

水泥强度等级值富余系数γc是水泥实际强度与水泥强度等级值的比值。同一厂家、同一品种的水泥，在生产正常的情况下，γc值相对稳定；但不同厂家，或不同品种的水泥，γc值可能有较大的差异。

理论上讲，γc是为保证混凝土设计强度而对水泥强度fce,g提出的要求，因此γc值应大于1；若小于1 说明水泥不合格。一般情况下，γc有大致的波动范围，如果过大，一是难以达到，二是增加成本。当fce,g相同而fcu,k不同时，fcu,k越高，要求的γc越大；如果fce,g较低而fcu,k较高，为使水灰比不致过小（一般不小于0.4），势必要求γc较高，若γc偏离正常值太多，说明该强度等级的水泥不适宜用于配制该强度等级的混凝土。当fce,g不同而fcu,k相同，则fce,g越高，要求的γc越小；如果fce,g较高而fcu,k较低，γc值可取1，亦即水泥质量只需达到合格标准；若此时计算出的水胶比大于规范规定的最大水灰比，说明该强度等级的水泥不适宜用于配制该强度等级的混凝土。

因此，fce,g与fcu,k之间存在合理配制关系。根据研究得出：

32.5 水泥不适宜配制C30 以上强度等级的混凝土；42.5 水泥不适宜配制C15 以下强度等级的混凝土；52.5 水泥不适宜配制C25 以下强度等级的混凝土。

2.1.3 混凝土强度标准差

混凝土强度标准差σ是反映混凝土强度离散程度的一个指标，体现了混凝土生产过程中的质量管理水平。在正态分布曲线上，其值等于拐点至对称轴的距离，该值越小，表明混凝土质量波动越小，均匀性越好。

σ值与混凝土强度等级fcu,k有关，fcu,k高，σ就大；反之，fcu,k低，σ就小。规范JGJ55-2011 列出了28d 龄期时的不同混凝土强度等级对应的σ值，见表1。

表1 标准差σ 值（MPa）

2.2 砂率

砂率sβ是指混凝土中砂的重量占砂、石总重量的百分率。sβ过大或过小，都会使流动性降低。因此，sβ应合理确定，既要使混凝土拌和物具有最大的流动性，并能保持良好的粘聚性和保水性且水泥用量最小。准确、合理的砂率不是采用计算方法得出的，一般根据经验，在保证拌和物不离析、便于浇筑、捣实的条件下，尽量选用较小值。根据JGJ55-2011,混凝土最佳砂率如表2 所示。

表2 混凝土的砂率(%)

从表2 可以看出砂率与其影响参数如下，水胶比越大，砂率越大；粗骨料粒径越大，砂率越小；细骨料粒径越大，砂率越大。由水胶比与其影响参数可以推出，水泥强度等级越高，砂率越小；混凝土强度等级越高，砂率越小。在编制定额混凝土消耗量时，可在该取值范围内，结合 sβ 与有关参数之间的关系进行确定。

2.3 单位用水量

单位用水量mw是混凝土流动性的决定因素。mw增大，流动性随之增大。但mw增大带来的不利影响是保水性和粘聚性变差，影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。相关，粗骨料的粒径越大，mw越小；细骨料越细，

mw与粗骨料的品种、粒径以及细骨料粗细mw越大。确定原则是：在满足施工要求的和易性的基础上，尽量选用较小值。规程JGJ55-2011 列出了不同坍落度的混凝土单位用水量表。在编制定额配合比参考表时，可以此为基础，并根据研究结果进行修正。

2.4 其他参数

除了水胶比、砂率、单位用水量等多个因子影响外，混凝土原材料的种类、性质亦会使混凝土配合比有所变化，影响混凝土的质量、性能和成本。因此， 正确的选择混凝土原材料，是混凝土配合比设计的关键环节之一。

3 结语

合理的混凝土配合比是编制混凝土消耗量定额的关键。各材料用量受众多参数的影响，有些影响因子还按一定的规律相互关联。所以，必须以务实的态度对这些参数进行充分研究并恰当确定，合理配制混凝土配合比，使混凝土消耗量定额不仅能起到指导工程计价、利于造价管理的作用，而且使隐含在定额中的配合比参数关系符合规程、规范要求。

[1]《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)[S].

[2]《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）[S].

[3]丁威，冷发光.《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）简介[J].混凝土世界，2011（30）：76-79

[4]吴佳健，林国熊.浅谈新版混凝土配合比设计规程的特点及应用[J].混凝土，2011(6)：117-119

[5]邱会旺.水利工程定额中混凝土配合比参数研究[J].建筑经济，2011(9)：49-52