水泥混凝土配合比设计主要参数的合理取值

　　水泥混凝土是一种多组分的复合材料，各组成材料的配合比例是否科学合理，决定着混凝土能否满足设计和施工要求，因此，正确地进行配合比设计是保证混凝土强度、工作性、耐久性和经济性的关键环节。配合比设计时一些主要技术参数的取值是否合理，直接影响着混凝土工程的技术性能和成本。本文试图就配合比设计的一些技术参数的取值问题进行探讨。

　　1.混凝土试配强度的确定

　　《普通混凝土配合比设计规程》规定：为使所配制的混凝土在工程中使用时，其强度标准值具有不小于95%的强度保证率，配合比设计时混凝土的配制强度应比设计要求的强度标准值高，配制强度按下式计算： 这项规定是保证混凝土结构物可靠性的有效措施，因为在施工过程中原材料性能的变化、周围环境的影响、施工操作人员的素质及设备的装备水平等都会影响到混凝土的质量，所以在进行配合比设计时将混凝土的试配强度提高，以留有一定的储备强度是必要的。但目前许多试验室在确定试配强度时存在一种误区，即认为混凝土强度越高，工程结构物就越安全可靠，于是在确定混凝土试配强度时，选择宁高勿低，大幅度提高混凝土的试配强度，这样做的结果是使单位体积混凝土的水泥用量一再加大。工程质量是百年大计，直接关系到人民的生命财产的安全，所以工程建设必须绝对保险，绝对不出问题，这一点是毋庸置疑的，但并不是片面地追求高强度就能保证万无一失。通常，在工程设计中，特别是重点工程，首先设计人员在设计上要留有较大的余地，具体到混凝土，要使设计强度远超出计算强度，留出一定的富余强度，在随后的施工中也是这样，要使配制强度高于设计强度，步步留有安全储备，步步具备保险系数。事实证明，当混凝土的配制强度一步步提高，水泥用量就伴随着一次又一次地加大，除了会使混凝土成本大幅度提高外，水泥(特别是高强度等级的水泥)用量加大，必然会导致混凝土的温升和干缩增大，随之而来的是容易产生温度裂缝与干缩裂缝，浇注体积比较大的混凝土时，这种现象尤为突出。裂缝又会导致混凝土内部的钢筋产生锈蚀。水泥用量大(特别是碱含量较高的水泥)可能带来的另一个重要问题是碱-集料反应，也会使混凝土结构物开裂，大大影响使用寿命。因此，在确定试配强度时，必须转变混凝土强度越高，结构物就越安全的错误观念，不盲目追求高强度，合理地确定试配强度。这就要求合理地确定混凝土强度标准差σ的值。σ应根据施工单位的历史统计资料、施工质量等级以及混凝土的强度等级等因素，综合考虑来确定，应以在满足混凝土设计强度要求的前提下，尽量减小水泥用量、降低工程成本为原则。

　　2.水泥实际强度值的确定

　　水泥混凝土配合比设计过程中的基本参数水灰比(W/C)的确定是根据鲍罗米公式计算的。为充分发挥水泥活性，节约水泥，这里水泥强度fce采用水泥28天抗压强度实测值。γc为水泥强度等级富余系数。旧规范中要求γc根据各地区统计资料确定，无统计资料时在当时具体情况下建议取1.13，但目前不同地区、不同厂家乃至不同品种的水泥质量水平差异很大，影响因素也很复杂，远不是一个简单的系数1.13所能概括的，所以现行规范《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000中，虽然保留了水泥强度等级值的富余系数γc，但并没有给出具体推荐数值，要求各地按水泥的品种、产地、牌号统计得出。而且，众所周知，随着出厂时间的延长，水泥的品质会发生变化，强度要降低，所以，水泥的实际强度必须根据实际情况来确定，不能一概而论。针对目前水泥品种繁多、牌号不同、水泥出厂时强度富余程度不同、存放时间不同、来源渠道不同等特点，在确定水泥实际强度时，不能简单地用强度等级值乘以1.13来处理，水泥强度富余系数应根据水泥的品种、产地、牌号统计得出。也可以根据3天强度或快测强度推定28天强度关系式推定水泥的实际强度，但要注意留足强度富余。另外，水泥出厂时间不同要区别对待，一般新出厂不超过一个月的水泥，其实际强度可按强度等级值乘以强度富余系数来确定;出厂时间在1～3个月之间的水泥，配合比设计时可用原强度等级值作为水泥的实际强度值;出厂超过3个月的水泥，则必须重新检验其强度后方可使用。

　　3.用水量的确定

　　通过混凝土强度计算式确定水灰比后，要确定满足设计要求坍落度时的用水量。实践表明，合理的用水量与目前常用的用水量表选用值有差别，用水量除与集料的粒径、种类及坍落度值有关外，还与水泥品种和水灰比有关，所以，在根据用水量选用表定了用水量后，还应进行适当调整。试验表明，当各种原材料条件不变，且处于合理砂率状态时，要求混凝土坍落度值控制在同级范围内，用水量要随水灰比的变化而上下波动。

　　4.砂率的选用

　　大量试验表明，随着粗集料级配、孔隙率、砂子粗度、坍落度值的不同，合理的砂率值就会发生变化。砂率变化对坍落度值影响较敏感，而对混凝土强度影响并不明显。通常选用砂率时，其值会随水泥用量的增多而减小，这只适用于水灰比有变化的情况。若水灰比为固定值时，要求坍落度增大，水泥用量就相应增多，这时，砂率不但不能减少，反而应适当增大，才能保证水泥浆不致因砂率小而产生离析现象，影响混凝土的工作性。然而，对水灰比较大的混凝土进行配合比设计时，在保证水泥浆不产生离析的前提下，应尽可能选用低砂率，这样有利于降低砂子间的摩擦力，同时也可充分发挥水泥浆的润滑作用。

　　参考书目：

　　[1] 中国建筑科学研究院.普通混凝土配合比设计规程 JGJ55-2000. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

　　[2] 黄士元.按服务年限设计混凝土的方法[J] 混凝土.1998(6)

　　[3] 张应立.现代混凝土配合比设计手册[M].北京：人民交通出版社，2002.

　　[4] 杨伯科.混凝土实用新技术手册[M].长春：吉林科技出版社，1998.

　　[5] 严家极.道路建筑材料.北京：人民交通出版社，1995

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