混凝土配合比设计应注意的几个问题

随着城市建设的快速发展，越来越多的高楼拔地而起，因其直接关系到人民生命及财产的安全，所以高楼的施工质量成为政府及个人关心的对象，而关系到其质量的材料当中的“混凝土”成为重要因素。我作为建筑材料检测员，通过日常检测试验过程，对混凝土的质量因素有了一定的了解，为了提高自身和与同行交流对混凝土配合比设计的几点注意事项作了以下论述。
混凝土配合比设计它牵涉到很多问题主要有：一、保证混凝土的强度和耐久性和所要求的其他性能；二、满足施工工艺易于操作而又要具有施工要求的工作性；三、在符合上述两项要求下选用合适的材料和计算各种材料用量；四、针对上述设计的结果进行试配、调整使之达到工程的要求；五、达到上述要求的同时降低成本。
为了保证以上问题的的正确解决，进行混凝土配合比设计工作时应作到：
1、混凝土配合比设计前应做好准备工作
1.1熟悉掌握设计图纸对混凝土结构的全部要求，主要是各种强度和耐久性要求，及各构件的截面尺寸、钢筋的布置，以采用水泥品种及石子粒径的大小等参数。
1.2熟练掌握标准规范，我国现行标准规范有：《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）、《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-92）、《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ55-2000）、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）、《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002） 、《混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBJ82-85）。
我们的混凝土配合比设计人员还应掌握混凝土的施工规范，特种集料的技术规定，这样能保证混凝土配合比设计的技术性及准确性。
1.3了解是否有特殊性能要求，便于决定所用水泥的品种和粗骨料粒径的大小。了解施工工艺，比如运输、浇注的措施，使用机械化的程度，主要是对工作性和凝结时间的要求，便于选用外加剂及其掺量。
掌握了以上这些资料，我们才能合理的选用适当的设计参数进行配合比设计。

2、掌握并检验各种材料的特性及指标
原材料的质量控制及其波动，对混凝土质量及施工工艺有很大影响。如水泥强度的波动，如水泥强度的波动，将直接影响混凝土的强度；各级石子粒径颗粒含量的变化，导致混凝土级配的改变，并将影响新拌混凝土的和易性；骨料含水量的变化，对混凝土的水灰比影响极大。为了保证混凝土的质量，在生产过程中，一定要对混凝土的原材料进行质量检验，全部符合技术性能指标方可应用。骨料中含有害物质，超过规范规定的范围内，则会妨碍水泥水化，降低混凝土的强度，削弱骨料与水泥的粘结。能与水泥的水化产物进行化学反应，并产生有害的膨胀的物质。如果粘土、淤泥在砂中超过3%，碎石、卵石中超过2%，则这些极细粒材料在集料表面形成包裹层，妨碍集料与水泥的粘结；它们或者以松散的颗粒出现，大大的增加了需水量。如使用有机杂质的沼泽水、海水等拌制混凝土，则会在混凝土表面形成盐霜。对混凝土集料来说，影响配合比组成变异而导致混凝土强度过大波动的主要原因是含水率，含泥量的变化和石子含粉量的影响。在混凝土生产过程中，对原材料的质量控制，除经常性的检测外，还要求质量控制人员随时掌握其含量的变化规律，并拟订相应的对策措施。如砂石的含泥量超出标准要求时，及时反馈给生产部门，及时筛选并采取能保证混凝土的其它有效措施。砂子含水率，通过干炒法，及时根据测定的含水率来调整混凝土配合比中的实际用量和集料用量。对于相同标号之间水泥活性的变异，是通过胶砂强度试验的快速测定，根据水泥活性结果予以调整混凝土的配合比。水泥、砂、石子各性能指标必需达到规范要求。
2.1检验水泥的技术指标，掌握不同种水泥的特性。水泥的质量对混凝土的质量起决定性作用。水泥是混凝土的胶凝材料，混凝土的强度、长期性、耐久性是水泥遇水硬化后完成的，所以混凝土配合比设计时应坚持检验水泥的各项技术指标。对于水泥出厂超过三个月的水泥，早强型出厂超过一个月的水泥，立窑水泥必须进行使用前检验。
对不同种水泥的特性，混凝土配合比设计人员应充分了解。如硅酸盐水泥水化热大，早期强度高；矿渣水泥水化热小，早期强度低。抢工期工程应用硅酸盐水泥，大体积混凝土应用矿渣水泥。火山灰水泥抗渗性好，而矿渣水泥抗渗性不好，防水混凝土应用火山灰水泥。
2.2检验混凝土使用的粗细骨料。砂石骨料约占混凝土总体积的70%，是混凝土中的主要材料。砂石骨料含泥量对混凝土强度影响很大，若含泥量增加，在骨料比表面积增加及泥土吸水作用的影响下，含泥量每增加2%，塌落度约减少1厘米。混凝土的用水量、水泥用量及砂率都要根据石子的最大粒径、砂的细度模数进行调整，尽可能的选用连续级配或人工级配的砂石，以求得小空隙率最大容中的粗细骨料。
3、混凝土配合比设计时的调整和施工中的控制
3.1试验室所确定的混凝土配合比，其和易性不一定能与实际施工条件完全适合，或当施工设备、运输方法或运输距离、施工气候等条件发生变化时，所要求的混凝土塌落度也随之改变。为保证混凝土和易性符合施工要求，需将混凝土含水率及用量做适当调整（保持水灰比不变）。1.严格控制混凝土施工时的用水量：在实际生产中，操作者为方便施工，往往追求较大的塌落度，擅自增加用水量而不管强度是否能达到要求；再加上现场质检人员的管理不到位，对水灰比缺少严格的控制等原因，均使混凝土实际用水量大于理论用水量，从而导致混凝土强度的降低。
防治措施：加大质检抽查力度，控制操作者不得随意增加用水量；若发现混凝土工作性能较差，操作者应及时向试验员反馈实际情况，经试验员现场查找原因、分析情况后采取相应对策，并按试验员的指令调整配合比；现场质检人员也应按规范要求经常检查混凝土的质量动态信息，及时进行调整，确保混凝土按要求进行施工。
3.2配合比生产调整时，应准确测量生产现场砂、石的实际含水量；经到现场检查和了解，有部分试验人员没有按规定要求准确测量，而是采用目测法来估计砂、石的实际含水量，这样做会导致生产配合比不准确。
防治措施：砂、石中若含泥量超标，应在混凝土浇注前三天冲洗完毕，并应在施工前按规定要求取样并准备测量砂、石的实际含水量，调整施工配合比以从用水量中扣除水量，补回砂、石量，严禁边冲洗边拌制混凝土。
3.3砂、石材料应准确计量：不少施工单位在生产时，第一车砂、石用磅秤一下，随后就采用在小推车上画线的办法来控制重量，从而导致了砂、石材料的用量偏差。
防治措施：有条件的单位尽量采用混凝土拌和楼，利用电脑准确计量；若实在没有，应不怕麻烦，坚持每车过磅，以控制材料用量。
3.4水泥用量既不宜过多也不能过少。有些配合比设计人员为了保证混凝土的质量而单纯提高水泥用量，无疑是一种浪费。在满足混凝土的流动性、强度要求的前提下节约水泥，降低成本是混凝土配合比设计的一项基本原则，同时混凝土中水泥用量过多不但不经济而且在水泥水化时胶凝量过多，在混凝土硬化过程中增大体积收缩会造成混凝土开裂，给混凝土结构带来危害。还有些配合比设计人员认为节约水泥就是混凝土用量越少越好，这显然也是不恰当的。每立方米混凝土的水泥用量都是通过公式计算并经过了试配而得来的。但为什么还有每立方米混凝土不少于一定数量的规定呢？这主要是为了保证混凝土的耐久性提出的。因为混凝土一般都要使用几十年甚至上百年，在长期的使用过程中要经过各种荷载、风雨侵蚀冻融作用、化学腐蚀和机械机械磨损等，没有足够的水泥用量就抗御不了这些外力的作用，影响耐久性。
4、区分数理统计及非数理统计方法评定混凝土强度的不同。
根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000），配合比配制强度应按下式计算：fcu.o≥fcu.k+1.645σ（1） 式中：fcu.o-混凝土配制强度（MPa）；
Fcu.k-混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；
σ-混凝土强度标准差（MPa）。施工单位自己的历年统计资料确定，无历史资料时应按现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）的规定取用（高于C35，σ=6.0MPa）。根据此公式，C40砼的配制强度为：fcu.o≥40+1.645×6.0=49.9MPa（2）
在正常情况下，（2）式可以采用等号，但当现场条件于试验条件有显著差异时，或重要工程对混凝土有特殊要求时，或C30及其以下强度混凝土在工程验收采用非数理统计方法评定时，则应采用大于号。《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）中对水泥混凝土抗压强度合格标准的评定方法分数理统计和非数理统计两种。下面比较采用数理统计和非数理统计方法评定的差异之处。
4.1采用数理统计方法评定。试件≥10组时，应以数理统计方法按下述条件评定：Rn-K1Sn≥0.9R（3）
Rmin≥K2R（4）
式中n-同批混凝土试件组数；Rn-同批几组试件强度的平均值； Sn-同批几组试件强度的标准差（MPa），当Sn<0.06R时，取Sn=0.06R R-混凝土设计强度等级（或标号）（MPa）；Rmin-n组试件中强度最低一组的值（MPa）K1，K2—合格判定系数。由式（3）、（4）可计算得（假定试件组数为10 -14组）：
0.9R=0.9×40=36.0MPa，K2R=0.9R=36.0MPa。
据此反推：Rn≥0.9R+K1Sn=36.0+1.70×2.4=40.1MPa，因此，只要该批试件的平均强度大于等于40.1MPa，且Rmin≥36.0MPa，即可判定合格。
4.2采用非数理统计方法评定。试件少于10组时，可用非数理统计方法按下述方法进行评定：Rn≥1.15R（5） Rmin≥0.95R（6）则合格条件为：Rn≥1.15×40=46.0MPa Rmin≥0.95×40=38.0MPa
从两种评定方法来看，最低值Rmin易于保证，但后者的平均值比前者高出46.0-40.1=5.9MPa，这就正好对应了《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）中“3.0.2遇到下列情况时应提高混凝土配制强度：1、…；2、C30级及其以上强度等级的混凝土，采用非数理统计方法评定”。在实际工程中，由于结构部位的不同，往往要求不同的评定方法，但很多单位仅按数理统计的方法进行混凝土配合比设计导致实际试配强度均达不到49.9MPa。对于一般单位而言，在一个工程中通常只有一个混凝土配合比，加之管理不到位，也往往用于要求非数理统计的工程部位，结果只能出现混凝土强度达不到设计要求的后果。
5、在保证质量的前提下，应注重经济效益
不少施工单位在配合比设计时纯粹是为了达到设计强度，按规范要求或以往经验进行一组配合比设计，试配后强度达到要求就算完成了；若达不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，很少有人从材料调配、经济效益、混凝土工作质量等方面综合考虑。水泥用量过多，往往导致混凝土收缩裂缝的产生和徐变增大，而且也相应的增加了成本。
防治措施：在规范要求允许的条件下，试验室应配制不同的配合比，从经济、工作性能、质量等方面综合考虑择优选用，并应针对不同施工部位、不同评定方法给予适当调整，尽量避免凡是同一强度均使用一个配合比的做法，试验室还应收集每次配合比及施工情况的详细数据，并注意对这些数据进行统计分析，以便得出本试验室的水灰比、用水量、砂率、水泥用量范围及σ数值，日积月累，就能成为一个很可观、很宝贵的参考资料，对以后的施工将会起到不可估量的作用。当然这些事情的实际操作是比较枯燥无味、短期效益不明显的，应选派工作责任心较强，业务水平较高的人员去组织或收集，最重要的是单位领导及项目经理应给予他们足够的理解和支持。
综合上五点所述，结合到我工作中实际应用，得到了不错了效果，能达到保证质量同时，又控制了成本。当然这只是我个人所见，能力有限，望同行指点。