混凝土配合比的试配及原材料的选取

王爱彬 刘彦哲 张常军

（河北大地工程检测有限公司）

工程环境的日新月异带来了传统工程技术的不停拓展。为适应更为严苛的工程环境，做为任意基建工程都不可或缺的角色—水泥混凝土，在最近十年中，满足各种不同要求的水泥混凝土更是层出不穷。但是混凝土配合比设计由于各种原因，出现了很多问题。这些问题归根结底是由于对混凝土配合比理解不够深刻、对其各组分与混凝土状态之间的关系认识不够到位造成的。本文对混凝土配合比试配前原材料的选取和配合比的试配及优化方面提出一些自己的观点。

一个成功的混凝土配合比不仅仅是抗压强度的合格以及坍落度符合现场施工的要求，其还应满足工作性、凝结时间、耐久性等技术要求。为满足如此多的要求，原材料的选择就显得格外重要了。原材料选择的正确与否，直接影响到混凝土配合比的可使用性。

在原材料的选择上，混凝土配合比中共识认为最重要的材料是水泥。其实不然，配合比最关键的材料应该是混凝土外加剂。假设混凝土中的粗集料相当于人体的骨骼，那么胶砂（即胶凝材料、细集料和水拌合物）则可以看做是人体的血肉，而混凝土外加剂则是人体的灵魂。现如今，混凝土外加剂在经历了普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂、复合型高性能减水剂四个发展阶段之后，在高强、高泵送、高耐久性混凝土的高要求推动下，外加剂的研发品种呈现了“井喷”的现象。各种各样符合不同要求，适应各种环境下的外加剂给工程设计人员提供了足够的技术支持，给一线施工生产人员带来了很大的便利。可以说没有混凝土外加剂，混凝土配合比很难满足高强、高泵送、高耐久性等要求；外加剂在混凝土配合比选定、优化过程中，有着至关重要的作用。

在实际适配混凝土配合比中，如何选用合适的外加剂就变得十分关键了。混凝土外加剂合格与否，国标有两本现行有效的规范，分别是《混凝土外加剂》GB 8076-2008和《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB/T 8077-2012。其中《混凝土外加剂》GB 8076-2008针对外加剂的物理性能指标、耐久性能指标等分别做了一一规定，并规范了相应试验方法。而《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB/T 8077-2012则对外加剂化学性能的试验方法进行了统一和规定。在实际选用外加剂时，必须首先满足规范的技术要求。当然如果设计图纸中对于混凝土有其他要求、混凝土施工中有其他需要满足的条件，我们也应该选用现行有效规范以及设计图纸选取合格的泵送剂。其他常用规范有《混凝土外加剂应用技术规程》GB 50119-2013、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082-2009等。

在满足外加剂原材料符合现行有效规程的前提下，我们就进入了取舍外加剂的阶段。

混凝土外加剂与胶凝材料的适应性问题，涉及胶凝材料化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识。这是一个极其复杂的问题，但也是配合比试配中选取外加剂品种时不可或缺的一个关键环节。外加剂和胶凝材料的适应性试验，可以很好的反应和提高试配配合比的成功率。胶凝材料与外加剂的相容性是指使用相同外加剂或胶凝材料时，由于胶凝材料或外加剂的质量而引起胶凝材料浆体流动性、经时损失的变化程度以及获得相同的流动性减水剂用量的变化程度。

净浆流动性试验：将制备好的胶凝材料浆体装入一定容量的圆模后，稳定提起圆模，使浆体在重力作用下，在玻璃板上自由流动，稳定后的直径即流动度。这个试验既简单又实用，可快速直接的反应出外加剂和水泥的相容性。

胶凝材料浆体流动性经时损失的变化程度试验：先进行净浆流动性试验，然后覆盖（覆盖物不和浆体表面接触）胶凝材料净浆浆体。经30min、60min后，再进行胶凝材料净浆流动性试验。前后两次的试验结果之差就是胶凝材料浆体流动性经时损失值。此试验直观反映成品混凝土的坍落度损失程度的多少。

数据处理：由这两个试验可以确定哪种混凝土外加剂经30min、60min后坍落度损失值最少，此种外加剂在使用时最佳掺量是多少，最大掺量是多少。

在我们实际试配混凝土配合比时，往往会遇到A种外加剂和Ⅰ号水泥相容性好，而B种外加剂和Ⅱ号水泥相容性好。这时，我们就要多进行试验，横向对比，并通过各项化学试验，从耐久性、施工条件、材料成本等方面综合考虑选取正确的方案进行试配。

外加剂的选取应该和胶凝材料的主要成分--水泥的选用相辅相成的。《通用硅酸盐水泥》GB175-2007对国内建设用水泥分为了七大类，规定了通用硅酸盐水泥的定义与分类、组分与材料、强度等级、技术要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输与储存等。我们的混凝土配合比用水泥除了应该符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007中相应的技术要求外，还应该考虑水泥在混凝土中使用后，对混凝土的性能影响。混凝土配合比试配前选取水泥还应注意：1）设计图纸的其他要求；2）水泥和外加剂的相容性；3）尽量选取低水化热的水泥；4）尽量选用低标准稠度用水量的水泥；5）尽量选用较长凝结时间的水泥，泵送混凝土在施工中一般都需要较长的凝结时间；6）尽量选用安定性值较小的水泥，水泥安定性雷氏夹法试验；7）尽量选用水泥抗折、抗压强度较高的水泥；8）尽量选用比表面积较大的水泥；9）尽量选用低总碱量、低氯离子含量、氧化镁含量等的水泥。

现在主流的混凝土配合比，都在掺加一定的矿物掺合料。常见的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、粒化高炉钢渣粉、硅灰、粒化磷渣矿渣粉、复合掺合料等。虽然矿物掺合料的种类繁多，但是使用频率最多的还是粉煤灰和粒化高炉矿渣粉两种。在我们试配混凝土配合比时，除了使用的原材料要符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2005、《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046-2008规定的响应要求外，我们还应尽量选取需水量比比较小的粉煤灰以及流动度比比较大的粒化高炉矿渣粉。这样选用的主导思想是达到一定稠度，同样质量的矿物掺合料需要的水质量最少，从而降低混凝土配合比的水胶比、提高配合比的强度、提高混凝土的和易性。当然，在条件允许的情况下，尽可能选用优质的矿物掺合料，这需要根据不同地域、不用环境、1立方米材料成本等各个方面综合考虑。

在确定混凝土配合比中矿物掺合料在胶凝材料总质量的比重时，应注意下面这两种情况。《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011中规定的矿物掺合料最大掺量，是在使用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥时的最大掺量。而在采用其他通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材料计入矿物掺合料中。在选取C类粉煤灰时，一定要注意其游离氧化钙含量，是否满足现行有效规范所规定的技术要求。曾在不止一个工地发现，混凝土施工过程中泌水十分严重或者混凝土结构拆模后，混凝土表面“水印子”、蜘蛛纹等现象比较严重。而换取F类粉煤灰或者其他厂家优质的C类粉煤灰后，这种现象几乎杜绝或明显减少。其中的原因就是游离氧化钙含量超标，而这个指标往往被一线混凝土配合比设计技术人员忽略。

水泥混凝土和水泥净浆、水泥砂浆的区别就在于，他们使用的集料不同。水泥混凝土中使用的集料包括粗集料和细集料。

水泥混凝土中使用的粗集料一般指4.75mm以上的颗粒组分，在我们试配混凝土配合比时，往往采用4.75mm～9.5mm，以及9.5mm至最大粒径两种级配。现在一些拌合站，已经开始试配并使用过一定量的三级配粗集料，但是在使用三级配合成粗集料级配曲线时，往往因为粗集料的取样不规范、单粒级级配不稳定、拌合站称量计量不够准确等造成混凝土成品质量不稳定。无论是采用两级配粗集料还是三级配粗集料，我们都应给予合成级配曲线足够的重视程度。在单粒级筛分、合成级配曲线以后，我们还可以在合成比例基础上微调±5%通过混合碎石的紧密密度进行调节。例如我们进行合成级配曲线后，得到4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=40%：60%（质量比），可以再进行设置方案如下：①4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=35%：65%；②4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=40%：60%；③4.75mm～9.5mm碎石：9.5mm～19mm碎石=45%：55%。对此三组方案合成的混合集料进行紧密密度试验，选取一个紧密密度最高的方案。为保证粗集料单粒级、混合级配的稳定性，如果现场有条件，尽量避免选取由颚式破碎机生产的碎石，尽可能选用由反击破破碎机生产的碎石。碎石生产区应及时检查过滤筛，不得使用已破损筛网进行生产。混凝土集中拌合区应按批量检验、验收粗集料，时刻把控其单粒级、混合级配的稳定性。粗集料最大粒径的选取时，应考虑混凝土结构物的最小尺寸、混凝土泵送机站采用泵送管的直径以及拌合集中地当地地域的综合情况等。

此外应尽量选取含泥量、泥块含量低的粗集料，含泥量和泥块含量不仅会降低混凝土的强度，更会吸附外加剂，破坏水泥浆膜与外加剂的电离层，大大降低外加剂的减水率。虽然现在主流的外加剂，都以聚羧酸系高性能减水剂为母本进行复合掺配，对于聚羧酸系高性能减水剂和萘系高效减水剂两大体系来说，含泥量对前者的影响相对较小。但如果粗集料的含泥量、泥块含量比较高，就只能增加外加剂的掺量，那么混凝土配合比的和易性就会下降，也会增加混凝土配合比的1立方米的材料成本。

粗集料的含泥量、泥块含量要控制，给混凝土中含泥量和泥块含量提供最多的细集料更应该注意。坚决不能使用含泥量、泥块含量高的细集料，而施工现场没有条件提供合适的细集料，我们又需要配制高标号、高耐久性、抗碳化等高要求的混凝土配合比时，就应当水洗砂降低其含泥量、泥块含量。

在选用细集料时，还应注意应该保证细集料的可溶性氯离子含量、碱骨料反应试验合格。在混凝土配合比中，细集料和胶凝材料、水构成的胶砂，对混凝土的耐久性有直接的关系。在做细集料可溶性氯离子含量时，应使用磨粉机对细集料充分磨细，不能因细集料的云母含量难以破碎，而中止粉磨，致使最终试验结果偏离真值。

水是混凝土组分中的最后一个成分。一般情况下，可饮用水都可以直接用到混凝土中来。在耐久性要求越来越高的情况下，水中的化学物质是否合格也应受到我们的重视。在碱性较高地区生产混凝土时，水的碱含量如果不合格，应采取净化、过滤等措施后，经检验合格，方可使用。

混凝土原材料的选取合理，在做混凝土配合比时就会大大提高试配的成功率。具体试配时，可依照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011质量法或者体积法（体积法应先做出各组分表观密度）进行计算，先假定混凝土配合比各组分掺量。设计泵送混凝土配合比时，坍落度应考虑坍落度损失值和入泵坍落度两个方面。假定混凝土容重时，可依据下表数据做为参考。实际数据应以试验结果为准。

在试拌时，后掺入混凝土外加剂，搅拌完成后，卸出拌合料，在平板上手拌均匀后，开始对其和易性进行试验。认真做好坍落度、棍度、含砂情况、粘聚性、保水性记录，必要时可保存影像资料，以便调配后，前后比照更清晰。在试验室中试配混凝土配合比，要注意坍落度设计值和坍落度损失值。必须做好相关记录，可根据运距不同，试配不同等时的配合比。

在混凝土试配完成后，试配成功的配合比应该进行优化，而需要调整的配合比应增加或减少各组分用量。调整的内容主要分为：1）胶凝材料的质量，2）砂率，3）集料总质量，4）水的质量，5）外加剂的掺量。

往往在没有条件得到试配配合比强度的情况下，需进行配合比的调整。调整优化配合比应如何进行，现在做以下几点介绍。

1. 调整胶凝材料的质量时，为保持配合比强度不变，应继续调整水胶比，提高了水的质量，坍落度就会增大，而为了保持坍落度不变，可降低砂率或者降低外加剂掺量来调整。因此，调整配合比各组分质量，会影响到混凝土的状态，为了保持原来的混凝土和易性等，必须相应调整其他组分质量来保持原有状态。这样才能对前后两次配合比的状态前后比照，取优者选取。配合比和易性不好，往往通过调整胶凝材料质量、砂率或者集料总质量来进行调整。而调整配合比中一种组分的质量，在保持混凝土状态保持不变时，必须相应调整其他一种或几种组分质量来保持原有状态。

2. 用水的质量来调整配合比坍落度时，应注意普通混凝土中±5kg水，坍落度±20mm。而在掺外加剂的混凝土中，坍落度±20mm，水质量应该为±（5×（1-减水率）kg）。外加剂中引气剂的含量，与混凝土的和易性成正比，但调整时不可掺加过多。《混凝土泵送技术规程》JGJ/T 10-2011中3.2.7规定，掺用引气型外加剂的泵送混凝土的含气量不宜大于4%。外加剂成分发生变化，必须重新对其化学指标重新进行试验并评定，合格后配合比方可使用。

3. 胶凝材料组成成分调整时，可以对胶凝材料的各组成成分质量发生变化，而胶凝材料总质量不能发生变化。胶凝材料总质量改变，水质量不变，配合比的坍落度就会变小，强度就会变大。

4. 配合比的压力泌水率是泵送混凝土的重要指标。《混凝土泵送技术规程》JGJ/T 10-2011中规定压力泌水率S10不宜超过40%，其直接关系到混凝土的可泵性。

在确定混凝土配合比后，应再对其受控指标做一次检测，尤其是化学指标总碱量、总氯离子含量等重新试验。

混凝土施工中，选定一个工作性强的合格混凝土配合比只是第一步。在实际施工时，应时刻控制原材料的性能的稳定性，及时与一线施工各部门间积极沟通，并根据出现问题，及时调整试拌配合比，确认配合比合格后，方可使用。只有不断改进，才能让我们的混凝土配合比更好的服务现场，为工程的工程质量保驾护航。