浅谈原材料计量误差对混凝土强度的影响

文摘 2024-09-09 07:03 河南

0引言

在施工现场生产混凝土时，有许多影响因素会制约混凝土强度的发展，如水泥强度等级、水胶比大小、骨料的种类及质量、外加剂的种类及质量、养护的温度和湿度、原材料用量计量的准确性等因素。现仅就目前施工过程中最容易被忽视和最常出现的影响因素一一原材料用量计量误差大小对混凝土强度发展的影响大小进行一个定量分析；依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中胶水比与混凝土强度的关系式f_c_u_,0=0.53×f_b×（B/W—0.20）［（以粗骨料为碎石的混凝土为例，式中B为胶凝材料质量，W为水的质量，f_b为胶凝材料强度，f_cu,₀混凝土配制强度)可以看出,混凝土的水胶比对强度发展起着至关重要的作用，基本规律是在一定程度范围内水胶比与混凝土强度成反比。同等条件下，水胶比越大，最终混凝土强度就越低，水胶比越小，最终混凝土强度就越高。为了要更好地控制混凝土强度，使其达到预期的设计混凝土强度等级，控制混凝土的水胶比成为极为关键和重要的决定性因素。

在实际施工过程中，往往存在忽视原材料用量计量的准确性从而改变了混凝土配合比的实质比例，在施工现场随意加水导致水胶比增大，随意用原材料的体积比代替质量比进行混凝土施工，这些都是混凝土施工质量意识淡薄的表现。

由于原材料用量的计量误差，从根本上改变了混凝土的实质比例，最终造成混凝土强度等级达不到设计要求。更为严重的情况下，可能会造成结构实体混凝土强度严重不满足设计要求，导致施工成本增加，企业经营效益降低，甚至于影响企业良好的社会声誉。因此，有必要清醒认识到混凝土施工时原材料用量计量准确的重要性。下面就各种原材料用量计量误差的影响大小分别进行定量分析。

1水胶比与混凝土强度关系定量分析

首先计算出一般情况下不同水胶比对应的混凝土强度值，见表1。

从表1可以看出：在一定范围内，混凝土的水胶比(为胶水比的倒数)对混凝土强度增长有相当大的影响,近似反比例关系。图1为水胶比与混凝土强度关系曲线。

2混凝土施工现场生产现状

在混凝土施工生产的全过程中原则上必须严格控制生产混凝土的水胶比和用水量。混凝土拌和、运输、施工时均不能随意增加用水量和变动水胶比。然而在实际混凝土施工中，一些施工操作人员力图简单、省工、省事，擅自通过加大用水量以增加混凝土的流动性，而不管最终混凝土强度、耐久性是否能达到设计要求；现场施工管理人员也由于缺乏相应的混凝土专业知识或者管控不到位，对施工现场随意加水的情况熟视无睹，使得混凝土实际用水量远大于理论用水量，改变并增大了混凝土的水胶比值，从而导致最终混凝土强度的偏低。从混凝土胶水比与混凝土强度的关系式f_c_u_,0=0.53×f_b×（B/W-0.20）可以看出当胶水比不变时，企图用增加同比例浆体材料的用量来提高最终混凝土强度的思维观念是错误的，此种情况下，也只能简单地增大混凝土流动性，但同时也存在增大了混凝土的收缩和徐变的风险，这样反而对混凝土结构的耐久性造成更进一步的危害。

由于施工现场原材料料源的不稳定，很容易造成粗、细骨料质量波动，造成粗、细骨料级配不良，含泥量、泥块含量增加，粗骨料的针、片状含量增大等问题，这些原材料质量问题都会对混凝土强度和拌合物和易性造成直接影响，特别是当施工现场混凝土落度偏小或降低时，现场混凝土施工人员感觉操作困难、劳动强度偏大时，操作人员由于懒惰意识作崇，往往就会考虑私自增大混凝土的流动性，方便施工操作，而现场最简便和快捷的方式就是在施工现场随意增加混凝土拌合物的用水量，从而造成水胶比的实质性变化，致使最终混凝土强度发生较大波动。因此,要求对进入施工现场的粗、细骨料增加抽检频率，严格控制其进场质量，尽可能使其与混凝土配合比设计时的原材料质量相符，才能保证混凝土配合比的基本稳定，确保能达到设计的强度等级。一旦粗、细骨料料源发生变化，粗、细骨料质量和之前选配混凝土时情况不一致时，应及时重新进行混凝土配合比的选定。

3用水量变化对混凝土强度影响的定量分析

假设混凝土配合比中其他原材料的质量不发生变化而只是用水量发生变化，来看其对混凝土强度影响的大小程度。基于现场实际情况，从考虑不利因素影响的角度出发，计算随意加水后，胶水比变化后混凝土强度的变化，见表2。

图2为用水量增加与强度变化曲线，反映了随着用水量增加混凝土强度的变化趋势。在其他条件不变的情况下，随着用水量的增加，混凝土强度降低显著。

4胶凝材料用量变化对混凝土强度影响的定量分析

在配合比其他原材料用量及质量不变的同等条件情况下,对胶凝材料用量变化对混凝土强度的影响作了一个计算比较。胶凝材料用量增加，在其他条件不变化的情况，混凝土强度会增加，但从考虑不利因素影响的角度出发，先考虑以胶凝材料用量减少后，计算分析混凝土强度变化的发展趋势，见表3。

图3为胶凝材料用量减少与混凝土强度关系曲线。可以看出在其他条件不变的情况下,随着混凝土中所用胶凝材料用量的不断减少，混凝土强度降低明显。也即胶凝材料用量的多少对混凝土最终强度的影响较为明显。

5用水量和胶凝材料用量同时变化对混凝土强度影响的定量分析

在配合比其他原材料用量及质量不变的同等条件情况下，基于不利因素考虑,对水和胶凝材料用量同时变化,即用水量增加，胶凝材料用量减少对混凝土强度的影响作了一个计算分析，见表4。

图4为胶凝材料用量减少、水用量增加与混凝土强度变化的关系曲线。由图4可以看出，在其他条件不变的情况下，随着用水量的增加和胶凝材料用量的减少对混凝土强度降低影响非常显著,不可忽视。因此必须严格控制混凝土拌和物的用水量和胶凝材料的用量，确保施工时的水胶比保持稳定，不发生变化，从而不会影响最终混凝土强度值。

6水泥用量变化对混凝土强度影响的定量分析

在配合比其他原材料用量及质量不变的同等条件情况下,对混凝土胶凝材料用量中水泥变化对混凝土强度的影响作了一个计算分析，基于不利因素考虑，计算分析同等条件下水泥用量减少时对混凝土强度的影响，见表5。

图5为胶凝材料中水泥用量减少与强度关系。从图5中也可明显得出，同等条件下，水泥用量减小对混凝土强度影响明显。因此在施工过程须严格控制胶凝材料中水泥用量的多少,严格计量，防止因计量错误，影响最终混凝土强度。

7 粉煤灰用量变化对混凝土强度影响的定量分析

在配合比其他原材料用量及质量不变的同等条件情况下，计算分析胶凝材料用量中粉煤灰变化对混凝土强度的影响。基于不利因素的考虑，只计算分析粉煤灰用量减少时对混凝土强度的影响，见表6。

图6为胶凝材料中粉煤灰用量减少与混凝土强度关系曲线。从图6可以看出在其他条件不变的情况下，随着用粉煤灰材料用量的不断减少，混凝土强度降低较为明显。

8外加剂用量计量的准确性对混凝土强度影响的定量分析

当外加剂掺量小于最佳掺量时，生产的混凝土很容易出现落度小、流动性差的情况，增加现场施工难度，如果在施工过程中加水调整,增大混凝土落度和流动性，水胶比也相应增大,结果造成混凝土强度降低。当外加剂使用过量，超出最佳掺量时，一是混凝土容易出现泌水、落度太大，会出现分层离析，这样会形成混凝土不均匀，使得混凝土局部强度降低；二是掺量过大，对于使用含缓凝成分的外加剂时会导致混凝土的缓凝时间过长影响施工工期，混凝土的强度也会有一定程度降低。外加剂掺量与混凝土强度关系见表7（以减水剂为例，水胶比为0.50的试验数据）。

图7是外加剂掺量与混凝土强度关系。由图7可知，外加剂的掺量有一个饱和点，过大或过小均不能达到最佳效果。

9粗、细集料计量误差对混凝土强度影响的定量分析

GB50164-2011《混凝土质量控制标准》明确规定粗、细集料的计量允许偏差±3%。假定粗、细骨料用量计量存在负误差，则会实质性改变配合比比例，造成混凝土制成量系数降低从而造成多用水泥，无形中造成浪费，也不能确保混凝土设计强度等级。假定普通混凝土容重为2400kg/m³，其中拌和用水190kg/m³，胶凝材料水泥用量为410kg/m³，则混凝土中粗、细骨料总用量为1800kg/m³。按规范规定粗、细骨料允许负误差为3%计算，如果少称粗细骨料3%=1800×3%=54kg折合绝对体积20.6L（升）（假定粗、细骨料表观密度按2.62g/cm³计算，则V=54/2.65=20.6），少用的粗、细骨料则需要用水泥浆体来填充。水灰比为0.5时水与水泥浆体的体积比分量为0.61:0.39，经过计算分析多用水泥24.9kg/m³（20.6×0.39×3.1=24.9kg）。相当于施工过程中每1m³混凝土需要多用24.9-410×100%=6.1%的水泥，很明显是一个巨大的浪费，同时大大增加了施工成本，降低了了企业的效益。假定粗、细骨料的用量计量误差为正误差3%，即多称了粗、细骨料54kg，由于细骨料吸水将使混凝土拌和用水量相对降低，从而使混凝土拌合物和易性变差，导致施工操作人员为了增大混凝土的流动性，会随意加水从而增大水胶比，其结果是拌合物流动性可能达到了施工要求，但无形之中却降低了混凝土强度。

总之，所用混凝土的原材料都应准确称量计量，绝不允许凭经验以体积方式来计量。因为原材料中的粗、细骨料的体积会随自身含水率的变化、装料方式的不同而出现明显波动，即使是同样的体积其质量也是不一定相同的，很可能造成混凝土制成量系数降低而多增加水泥用量。

从上述分析可以看出，原材料用量计量准确性对混凝土最终强度影响的重要性,因此混凝土施工过程中必须对原材料用量实施严格称量计量、准确计量，严格控制水胶比，从而保证所施工的混凝土强度达到设计强度等级的目的。

考虑到原材料用量计量准确性对混凝土强度影响的重要性，根据以往混凝土施工经验，可以采取一定措施，来确保混凝土强度及耐久性能等达到设计要求。

（1)混凝土施工操作人员必须树立良好的质量意识，工作上严禁偷工减料。

（2)对混凝土施工操作人员实施严格的奖罚制度，建立相应的应急处理机制，加强混凝土施工过程管控力度，严格控制混凝土施工拌和用水量。

（3)加强对混凝土施工操作人员的混凝土相关知识的教育培训，使其初步了解影响混凝土强度和工作性（流动性、保水性、粘聚性)的诸多因素,明白违规操作的严重后果。

（4）明确各级岗位责任。混凝土施工操作现场若发现混凝土质量波动较大，拌和物工作性能变差、流动性不足等问题，应及时向试验室反馈实际状况，由试验员根据现场问题分析原因、制定对策，采取措施后，由试验员进行配合比调整，直到符合要求，现场施工操作人员不得擅自更改施工配合比。

10结论

混凝土原材料用量计量的准确性对最终混凝土强度是否能达到设计强度等级影响极为显著，因此必须要注重混凝土施工的过程管控，不断加强原材料用量计量准确性的管理工作，防患于未然，才能保证达到混凝土工作性、强度、耐久性的同时降低施工成本，为企业创造良好的社会效益和经济效益。

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