公路普通水泥混凝土配合比要点分析

文摘 2024-11-07 07:03 河南

1、前言

水泥混凝土广泛用于各种工程建设中，其质量关系到建筑物的结构安全。由于水泥混凝土是一个由多种材料组成的物质，在进行配合比设计时要综合考虑原材料质量、施工水平、施工环境等诸多因素的影响，因此，设计一个既能满足强度要求、和易性良好，又能满足耐久性要求、经济便捷的混凝土配合比方案尤为重要。

2、原材料的选择

在水泥混凝土配合比设计过程中，首先需对原材料进行严格选择，并对原材料质量进行严格控制，确保其符合相关规定要求。此外，在进行配合比设计时，需要对水泥标号、掺合料掺量、减水剂适应性、砂率等因素进行综合考虑，并根据工程实际情况对其进行合理控制。

2.1 水泥

水泥作为一种水硬性胶凝材料，是水泥混凝土的重要组分。基于此，在配合比设计过程中，应选择各项指标满足设计及规范规定的水泥，且选用的品种和强度等级不会对混凝土的强度、耐久性和工作性能产生不利影响。

此外，在选择水泥时，需特别注意以下几点：一是水泥的细度。水泥细度越大，活性越高。早期的水化热较集中，标准稠度用水量大，容易导致混凝土收缩增大，结构开裂，抗冻性降低；而且细度越细对外加剂的吸附能力也越强，将导致外加剂适应性变差，影响混凝土工作性。二是在选择水泥时，如采用碱活性集料，应控制水泥中的碱含量。

2.2 粗细集料

通常情况下，在选择原材料时，需将大用量的粗细集料进行重点考察。应选择能满足项目需求量、岩质稳定的矿山进行加工，其中粗集料母岩抗压强度与混凝土强度等级之比对于C60及以上的混凝土，应不小于2，其余应不小于1.5。应严格控制粗集料级配和颗粒形状。由于级配影响粗集料的空隙率，最终影响混凝土的骨架结构，因而优质混凝土应优先采用经过整形加工、接近立方体或近球体、级配连续、能形成骨架密实的粗集料，以提高混凝土工作性及耐久性。

此外，对细集料的选用中应当考虑的是：过细，配制混凝土时需要的用水量大，易使其强度降低，收缩增大；过粗，配制的混凝土，其和易性差，且内摩擦大，不易振捣密实。一般认为，粗细适中、级配较好的中砂是配制混凝土最理想的选择，同时，机制砂的石粉含量和天然砂的含泥量也须满足相关要求。

2.3 掺合料

粉煤灰作为混凝土的一种重要掺合料，在混凝土中被大量应用。但是一些假灰、黑灰给混凝土质量造成很大影响，存在外观差、强度低、减水剂掺量大、流动性差等现象。且粉煤灰质量参差不齐，现行国家标准对粉煤灰的质量检验不能快速、直观的检测出粉煤灰的真实质量，但对此，可采用显微镜查看粉煤灰“玻璃微珠”含量。“玻璃微珠”含量的多少对混凝土和易性和耐久性影响较大，因此该方法能快速、直观评价粉煤灰质量。粉煤灰颗粒形状见图1。

2.4 外加剂

外加剂应选用生产规模大、技术稳定、与多种水泥品种有较好适应性、售后服务好的生产厂家提供的产品。并应根据季节变化提前调整外加剂保坍、缓凝等成分，重点关注外加剂的减水、引气、缓凝、早强等成分是否满足要求。可通过室内试拌的方法来辨别外加剂的性能，若发现问题应及时进行调整。

在高寒地区还应掺适当的防冻剂，其掺量应通过试验确定，且其指标也应满足相应的规范要求。以减水剂为例，其作为外加剂中一种常用产品，对混凝土工作性和耐久性有直接作用，需要检测人员有足够的专业知识和丰富的经验。同时，采用同批次材料留样再检，是确保减水剂质量稳定的有效手段。

2.5 水

水是混凝土不可缺少、不可替代的重要组分，直接影响混凝土拌合物的性能和结构物的强度，其质量应符合相关要求。通常应选用洁净的水作为混凝土拌合物的用水，同时应注意，这里提到的水是混凝土拌和水和养护水的总称。水的质量和用量直接影响混凝土的工作性和结构物的强度，因此，在配合比设计及实际施工过程中，必须严控。

3、配合比设计的原则

在项目施工中，不同立场的人员对混凝土要求的侧重点是不同的。施工单位考虑的是成本，越经济越好；现场工人需要混凝土流动性越大越好，这样放料快又省力。但具有专业素养的试验人员是要讲原则的，就是围绕混凝土工程的根本目的，充分利用混凝土知识和技术，合理选择配比设计参数，合理选择材料，充分考虑混凝土的工作性、强度、耐久性和经济性，尊重试验结果，做好四大性能的平衡。

4、公路水泥混凝土配合比设计要求

在进行配合比设计过程中，必须根据工程特点进行设计，并结合项目实际情况选用适合本项目的配合比。同时，还需要考虑以下几个方面：

4.1 配合比设计人员要求

配合比设计是个系统性的工作，设计人员至关重要，一个好的配合比设计人员，不但需要有混凝土工程的相关专业技术知识，还要有综合理解和应用这些知识的能力，并对混凝土工程的施工现状了然于心。只有经常深入现场，听一线人员的要求，结合项目的特点和要求，设计时才能考虑周全；另一方面，还应与搅拌站的拌和机手、罐车司机及上料师傅建立良好的工作关系，宣传混凝土的基础知识。

4.2 混凝土工作性能要求

混凝土的工作性是指混凝土拌合物在一定施工条件下和环境下，易于施工操作且能获得均匀密实的混凝土的一种性能。主要包括混凝土的流动性、黏聚性和保水性，一些特殊施工时，还应考虑可泵性、可塑性、稳定性、可振实性等性能。而且，在考虑工作性的同时必须考虑混凝土强度，还需综合考虑其经济性及耐久性。

4.3 混凝土强度性能要求

混凝土强度等级需根据设计确定，其基本强度指标包括立方体抗压强度、棱柱体轴心抗压强度、抗弯拉强度，并且应根据不同部位采用相应的强度标准。普通混凝土是以立方体抗压强度为设计强度等级值。此外，在满足设计强度的同时要综合考虑项目施工的可操作性、耐久性和经济性，这四大性能相互制约，不能局限地考虑单一方面。

4.4 混凝土结构耐久性要求

混凝土耐久性是结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性和碱骨料反应。由于不同部位、不同环境类别对耐久性有不同要求，在配合比设计时要充分考虑施工环境和工艺，使其耐久性满足设计及相关要求。

4.5 混凝土经济性能要求

根据配合比设计规程的公式f_cu,0 = f_cu,k +1.645σ可知，其中σ 是解决材料质量波动、施工水平波动等问题的保证系数，σ 取值越大，配置强度就越高，相应成本也就会越高。而且，σ 值的大小是根据项目管理水平和设计强度等级确定的，管理水平高、设计强度等级低，σ 就会越低，设计的配合比就越经济。因此，在工作性满足施工的前提下，应尽可能采用小的坍落度和水胶比，在节约胶材用量的同时保证强度。配合比设计虽然不能直接带来经济效益，但在管理水平提高的前提下，通过确保工程质量、减少返工，可间接控制项目成本，产生经济价值。

5、影响公路水泥混凝土配合比的因素

5.1 原材料质量影响

混凝土配合比设计是一项系统性工作，与原材料有着密切的关系，若原材料选择不当，就会导致混凝土各性能不佳。通常情况下，选择原材料时应先保证其质量满足相关要求，其次是考虑体量及成本。如水泥品种的选择方面，在进行混凝土配合比设计时应优选硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；地材宜选用体量大、质量波动小的加工场。

5.2 水胶比的影响

水胶比是影响水泥混凝土性能和质量的主要因素，对其控制可有效提高混凝土强度、稳定性以及耐久性等。若水胶比过大，则会直接导致混凝土强度降低、产生裂纹，甚至使拌合物离析，如采用泵送混凝土则造成堵管，无法施工；若水胶比过小，则坍落度小、流动性差，不利于振捣密实，导致空洞、露筋等现象，严重缺水时还会影响混凝土水化反应，影响强度。

5.3 集料级配及砂率的影响

集料的质量对水泥混凝土的强度和工作性有着直接的影响。若集料级配差，则会产生较大的空隙、内摩擦大，需更多的胶材填充才能满足工作性和强度，所以粗集料宜采用至少两级掺配的连续级配，尽量减少集料的空隙率，避免采用“统料”；细集料宜采用级配良好的中砂，若采用机制砂则优先采用水洗砂，避免使用干加工的机制砂。这是因为机制砂会存在石粉含量大或是含泥量大的情形，无论是哪种都直接影响混凝土的工作性、强度和耐久性。此外砂率宜适中，砂率过小，会影响拌合物的工作性和密实度；而砂率过大，则影响拌合物的水量及混凝土的强度。

5.4 外加剂的影响

随着工程建设的发展，外加剂的运用也越来越广泛，作为混凝土的组分之一，其作用有减水、缓凝、速凝、早强、引气、抗冻等。根据施工要求，在进行配合比设计时，必须选用有相应作用的、与水泥适应好的外加剂，从而保证混凝土的质量。外加剂对于混凝土性能和质量有着很大影响，设计时选用的外加剂厂家、规格，在施工时不得随意更换，若必须更换则需重新进行配合比设计后方能用于施工中。

6、公路水泥混凝土配合比确定方法

公路水泥混凝土配合比是通过试配的方法确定的，即在施工前，根据确定的各种原材料进行试拌，获取相关数据，之后通过这些数据分析，选择最优的配合比。在实际操作中，主要进行如下几步：

6.1 制定配合比设计方案

在设计方案确定过程中，首先需要计算配制强度、水胶比关键控制指标。其次，需要结合项目特点及要求，综合考虑各种因素对设计结果产生的影响。最后，根据各原材料的质量对其用量进行分析与计算，在此基础上进行试拌，通过试拌结果来确定设计配合比。若是高强度混凝土，在设计配合比确定后，还应采用该配合比进行不少于6 次的重复试验进行验证，且其平均值应不低于配制强度。

6.2 调整原材料用量

在配合比设计试验过程中，需通过反复调整各原材料用量来满足工作性、强度、耐久性和经济性的要求，在综合考虑项目特点及施工水平诸多因素情况下，根据四大性能之间的轻重关系来确定最优的设计配合比。若管理水平差、材料波动大，首先考虑的是强度，可采用较高的胶材用量，在保证质量的前提下，再考虑成本问题；若管理水平好、材料稳定，可采用能满足强度要求的较低胶材用量，这样既能保证质量又能节约成本。

6.3 确定矿物掺合料

矿物掺合料的质量不仅需要满足规范要求，用量也需满足规范要求，用量的多少还应根据构件的大小、结构物受力情况、施工季节等综合考虑。对于大体积混凝土和高温季节施工的混凝土除考虑选用低水化热和凝结时间长的水泥品种外，对其进行配合比设计时，在保证混凝土强度和易性及坍落度要求的前提下，宜采取提高掺和料含量的措施，降低早期混凝土水化热，掺合料宜采用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等；对于早期需受力的构件，在不影响混凝土工作性、掺量满足规范的前提下，可采用较小用量以保证构件的早期强度。

6.4 确定单位用水量及减水剂掺量

目前，我国公路工程建设中所使用的混凝土几乎均采用了不同作用的外加剂，最常用的为减水剂，其对水泥颗粒有分散、润滑、空间位阻作用，在维持混凝土工作性基本不变的条件下，能减少混凝土单位用水量。与此同时，在减少单位用水量的同时，也可减少胶凝材料用量，但混凝土的工作性基本不变，混凝土的强度亦能满足要求。减水剂的掺量需根据试验确定，若掺量不足，混凝土的工作性达不到要求；而若掺量过大，则易造成混凝土离析，无法施工；只有在最佳掺量范围内，其作用发挥最大、效果最好。掺入减水剂后的单位用水量为m_w0=m/w₀(1-β )，式中β 为减水剂的减水率，减水率越大，单位用水量越小，强度越高；反之，则单位用水量越大，强度越低。

6.5 确定最优设计配合比

确定水胶比与各种材料用量之后，在试拌配合比的基础上，保持用水量不变，另外再拌制两个不同水胶比试件进行强度试验，水胶比分别增加或减少0.02～0.05，可根据设计强度的高低选取，强度越高，间隔越小；强度越低，间隔越大。砂率也可适当调整，水胶比增大，砂率增加1%～2%；水胶比减小，砂率降低1%～2%。亦可根据经验，在满足设计及施工的条件下，采用比计算更小的水胶比或规范要求的胶材用量下限，以提高耐久性和经济性。此外，制取每个水胶比的试件组数可根据不同龄期要求制备，最终选取一个既能满足设计与施工所需要的工作性、强度和耐久性，还能在保证质量的同时最大限度地节约成本、使利润最大化的最优配合比。

7、结语

总之，公路水泥混凝土配合比的设计与控制是一项系统性工作，在实际工作中必须综合考虑各种因素的影响，采取有效措施提高其性能和质量。设计人员要深入了解水泥混凝土配合比设计相关规范、规程和标准，掌握施工材料、施工工艺以及施工环境等因素对其的影响，同时相关人员要加强对原材料的控制和管理，确保其质量符合相关规范要求，提高水泥混凝土的使用性和耐久性，进而为公路工程的建设提供有力保障。

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