基于规范的普通混凝土配合比设计与优化（基于规范的普通混凝土配合比设计与优化）

引言

《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011 中公式计算和参数选择不能直观反应配合比设计过程中的问题，在实际混凝土施工中当砂石料有变化时，因操作人员经验欠缺或调整不当，易造成混凝土质量不合格。本文结合《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011，简化几个参数的选择计算，使配合比设计更加直观高效。

一、通过试验获得以下材料参数及碎石掺配比例

水泥（拟定比例胶凝材料掺配）28d 实测强度，水泥（及粉煤灰等外掺料）的密度，砂石饱和面干比重，水和减水剂密度，砂石松散堆积密度。根据集料筛分数据，算出细度模数，确定粗集料掺配比例，使之符合级配要求。据胶凝材料种类和限制范围，确定各种胶凝材料的种类。

二、配置强度的计算（JGJ55-2011）

fcu,o≥ fcu,k 1.645σ（1）标准差σ取值：按照表1 取值。

三、混凝土配合比计算

1．水胶比计算遵循水胶比和强度成反比的原则，简化水胶比计算公式，强度和胶水比近似成线性关系，更加直观。

此公式可直接计算指定水胶比情况下的强度值，便于日常混凝土的控制与优化。2．用水量W采取固定用水量法， 普通混凝土的用水量一般在155～200kg/m3。混凝土强度越高，选择的用水量越低。配比设计之初，暂不考虑减水剂中的水。3．计算胶凝材料用量B胶材总量等于用水量W 乘以胶水比B/W：B=W×B /W （4）每种胶材的数量应符合不同规范对胶材的限值，比如：胶材最小不得少于280kg/m3 ； 水泥用量不得超过500kg/m3。4．砂率SP 的计算确定用配合比全计算法计算确定，再据砂细度模数进行修正。混凝土是多相聚集体，混凝土的普适体积模型如下图：

5．假定混凝土含气量为1.5%～2%，根据用水量、水灰比、各胶材比例、砂率、碎石比例等参数，采用体积法，计算各原材用量（减水剂除外）。6．对砂率及碎石比例进行修正（1）采用多种级配碎石或连续级配时，每方混凝土中骨料筛分通过率曲线和标准富勒曲线对比，对砂率和碎石比例进行微调，使实际曲线在标准曲线附近，线型基本平顺，无明显折线。1907 年富勒及汤姆森提出：固体粒料粒径分布定义的理论方程式及其分布曲线。方程式为：

式中：h—系数（0.3～0.5）；P—某粒径颗粒的过筛百分比；d—某颗粒的粒径（mm）；D—该级配组的最大颗粒的粒径（mm）。1）其中h 值越小表示集料中的细集料越多，水泥混凝土中h 值取0.5。2）富勒曲线图中，可以直观的查看总骨料的通过率。可判别粒料的粗细性。越靠近标准曲线，说明大小颗粒呈连续级配分布，其相互填充愈密实，孔隙率愈小。

3）标准曲线是富勒公式导出的理论级配图，颗粒为理想中的圆形颗粒。实际上骨料绝大多数为不规则颗粒，但是级配的架构走势，仍需参照富勒曲线的趋势组合级配。所以混凝土集料的组合只要类似和贴近富勒曲线即可。（2）实际生产中，料源紧张，可能存在使用单粒级粗集料和断级配碎石的情况，其整体筛分曲线是不符合富勒曲线的（有折线），这种集料在实际生产中注意以下两问题：1）砂率确定：按照紧密堆积密度试验操作方法，使砂紧密填充在紧密碎石的空隙中。然后筛分，分别称量砂石重量并计算砂率。使用这个砂率的混凝土流动性差，应适量增大砂率，乘以系数1.1～1.2 使砂填满空隙并有富裕。2）适量增加胶凝材料用量来保证砂浆体的强度。7．减水剂用量的确定：寻找达到要求塌落度的减水剂的掺量首先在试拌中使用比推荐掺量稍小的量，查看检测混凝土坍落度，逐渐调整减水剂的掺量，直至混凝土坍落度符合要求。原则是坍落度满足施工即可，不可追求过大坍落度，以保证混凝土强度和耐久性。我们平时说的减水剂其实是复合型的混合物，包含减水成分、缓凝成分、增稠（保坍）成分和引气成分四大类。减水成分是种表面活性剂，在搅拌过程中，吸附在水泥颗粒表面，把水泥颗粒吸进去的部分水释放出来，变成自由水。这样混凝土才具有流动性。所以混凝土坍落度的大小取决与置换出自由水的量，也就是取决于减水剂的掺量。液体减水剂中的水，也应该算进混凝土用水量中。调整配合比时，应相应减少混凝土的用水量。确定减水剂用量后，应进行重新试拌验证。对比减水剂后掺法和同掺法的差异，观察混凝土的流动性，观察混凝土静置有无泌浆泌水现象，检测坍落度、含气量、凝结时间、容重等指标。不符合要求时，求助减水剂厂家技术人员根据掺量要求对减水剂的四大成分进行调整并对配合比参数进行调整。良好的混凝土应翻拌松软，不抓底，不板结，浆体对石子包裹性好，有良好的粘聚性，凝结时间满足施工时间要求；大流动性混凝土还应有良好的扩展度和流速。找减水剂掺量的方法，具有方便快捷，不用考虑含泥量或粉煤灰中含碳量影响，以达到设计坍落度为目的，具有很强的操作性。需注意，许多试验人员认为配合比数值确定后，其他就是减水剂厂家的事情了，有的甚至套用其他工地的配合比数值，这是很片面的做法。宏观上混凝土是胶凝材料、砂、粗骨料、水和减水剂组成；但微观上是很复杂：胶材的细度、吸水率、烧失量等指标，砂的细度模数和含泥量等指标，碎石的粒径、吸水率、含泥量、针片状等指标，减水剂中四种成分的类型及掺量，这些任何一种指标有变化，都对其他指标造成影响。比如：胶材烧失量和骨料含泥量的变化就会影响减水剂掺量，从而影响混凝土的含气量和凝结时间；砂细度模数的变化会影响到砂率变化，从而影响混凝土的粘聚性和流动性。所以，在配合比设计和调整时，应该综合考虑，综合调整。

四、混凝土的试配、调整和确定

按照JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》第六章执行，不作详细赘述。（1）《规程》6.1.5 中，宜采用三个不同的配合比，其中一个是6.1.4 中确定的配合比，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加或减小0.05，用水量与试拌配合比相同，砂率可分别增加或减少1%。分别试拌成型试件进行强度试验。（2）根据6.1.5 的三个试配强度，绘制强度和胶水比的关系图或插值法确定略大于配置强度的胶水比，重新计算配合比。根据实测容重与计算容重的校正系数，调整配合比各材料用量。实测容重与计算容重之差的绝对值要在配比计算容重的2%范围内，不用调整。

五、配比设计方法优化后优点

（1）简化了水胶比公式，使配置强度和胶水比成线性关系，更加直观。可以直接计算指定水胶比情况下的强度值，便于日常混凝土的控制与优化。（2）采用固定用水量法，简化规程中查表及计算的繁冗程序。（3）根据普通混凝土的数学模型，采用全计算方法推导的砂率计算公式，结合用水量能计算出混凝土各组分之间的定量关系和用量。（4）采用集料筛分曲线和富勒曲线的对比，可以直观高效的对砂率和碎石掺配比例进行修正，使之掺配后达到最佳密实，使用极可能少的胶材，混凝土即达到良好工作状态和各方面要求，做到混凝土绿色环保。（5）找减水剂掺量的方法，在不用考虑砂石含泥量、粉煤灰含碳量等不良因素，快速准确的找到合适的减水剂掺量。同时，根据混凝土的状态，能快速的知道减水剂中其他组分掺量是否合适，以便有针对性的对减水剂组分进行调整。（6）当砂石原材有变化时，根据筛分和密度等试验数据，能快速的调整配合比数据，保证混凝土质量。

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