周茗如 李鄭波 沈瓊斐 郭中宇

(蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050)

1 引 言

混凝土是近現(xiàn)代最廣泛使用的建筑材料，也是當(dāng)前最大宗的人造材料，混凝土計(jì)價(jià)工作在工程建設(shè)中的地位舉足輕重，如何合理、有效的編制混凝土消耗量定額尤為重要?；炷恋挠?jì)價(jià)主要是對(duì)組成混凝土的各項(xiàng)原材料的計(jì)價(jià)，不同的混凝土配合比對(duì)計(jì)價(jià)有著決定性的影響?；炷敛牧蠁蝺r(jià)是根據(jù)組成混凝土的各種材料用量即混凝土配合比進(jìn)行計(jì)算的。

《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）提出了膠凝材料、膠凝材料用量、水膠比、礦物摻合料摻量等概念[1,2,3]，新規(guī)范采用改進(jìn)的保羅米公式來(lái)計(jì)算水膠比，與JGJ55-2000 有較大的改動(dòng)，配合比各參數(shù)都發(fā)生了變化，其對(duì)混凝土消耗量定額具有重要的影響。

混凝土配合比受水膠比、礦物摻合料摻量、砂率、單位用水量等多個(gè)參數(shù)的影響，研究混凝土配合比影響因子，就是研究各個(gè)參數(shù)的內(nèi)在關(guān)系?；炷僚浜媳葢?yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)、施工要求的和易性、使用要求的耐久性的條件下，通過(guò)試驗(yàn)確定[4]。因此，為方便混凝土單價(jià)計(jì)算，利于工程造價(jià)管理，合理確定混凝土配合比是十分必要的。

本文依據(jù)JGJ55-2011 普通混凝土配合比技術(shù)規(guī)程、GB/T 50476-2008 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范，以普通混凝土為例進(jìn)行研究，探討混凝土配合比的影響因子的內(nèi)在聯(lián)系。

2 混凝土配合比影響因子研究

普通混凝土主要由水泥、砂、石、礦物摻合料及水等基本材料組成?；炷僚浜媳扔绊懸蜃友芯康膶?shí)質(zhì)就是確定組成混凝土的五種基本材料用量的三個(gè)比例關(guān)系，即水與膠凝材料的關(guān)系、砂與石子的關(guān)系、膠凝材料漿體與骨料的關(guān)系[5]。這三個(gè)比例關(guān)系可以分別用三個(gè)參數(shù)來(lái)表示，即水膠比、砂率、單位用水量。

2.1 水膠比

水膠比W/B 是每立方米混凝土中用水量和膠凝材料用量的比值，是影響混凝土強(qiáng)度和耐久性的主要因素。在水泥強(qiáng)度等級(jí)相同的情況下，水膠比越大，混凝土強(qiáng)度越低；反之，水膠比越小，混凝土強(qiáng)度越高。但是水膠比也不宜太小，因?yàn)榱鲃?dòng)性過(guò)低會(huì)影響混凝土振搗密實(shí)，從而影響其強(qiáng)度和耐久性。水膠比的確定原則是在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性要求的前提下，盡量選用較大值，但最大水灰比不應(yīng)超過(guò)規(guī)范JGJ55-2011 之規(guī)定。

當(dāng)混凝土強(qiáng)度小于C60 時(shí)，混凝土水膠比宜按下式計(jì)算：

式中：W/B—混凝土水膠比；

αa、 αb—回歸系數(shù)，按規(guī)范的規(guī)定取值；

fb—膠凝材料28d 膠凝抗壓強(qiáng)度（MPa），可實(shí)測(cè)，且試驗(yàn)方法應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》GB/T 17671 執(zhí)行，也可按規(guī)范公式計(jì)算，分別為粉煤灰影響系數(shù)和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)，根據(jù)礦物摻合料摻入比例查規(guī)范表格選用。

fcu,0—混凝土配制強(qiáng)度（MPa）。當(dāng)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度小于C60 時(shí)當(dāng)混凝土強(qiáng)度大于C60 時(shí)，為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，這里取混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)值（MPa），σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）。

從公式（1）可以看出影響水膠比計(jì)算值的參數(shù)與水膠比計(jì)算值如下，水泥強(qiáng)度等級(jí)越高，水膠比越大；水泥強(qiáng)度等級(jí)富余系數(shù)越大，水膠比越大；混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，水膠比越??；混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差越大，水膠比越??；礦物摻合料越多，水膠比越小。

2.1.1 礦物摻合料影響系數(shù)

《普通混凝土配合比技術(shù)規(guī)程》（JGJ55-2011）新增加了礦物摻合料的概念，并將其套入水膠比公式的計(jì)算。從某種意義上講，新規(guī)程的使用即意味著過(guò)去兩種摻粉煤灰混凝土計(jì)算規(guī)程的終止。不同種類(lèi)的礦物摻合料的影響系數(shù)有所差別，摻合料摻入比例不同亦使影響系數(shù)有所差異。礦物摻合料摻入比例越大，影響系數(shù)越小，水膠比越小，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越低。

2.1.2 水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)

水泥強(qiáng)度等級(jí)值富余系數(shù)γc是水泥實(shí)際強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度等級(jí)值的比值。同一廠家、同一品種的水泥，在生產(chǎn)正常的情況下，γc值相對(duì)穩(wěn)定；但不同廠家，或不同品種的水泥，γc值可能有較大的差異。

理論上講，γc是為保證混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度而對(duì)水泥強(qiáng)度f(wàn)ce,g提出的要求，因此γc值應(yīng)大于1；若小于1 說(shuō)明水泥不合格。一般情況下，γc有大致的波動(dòng)范圍，如果過(guò)大，一是難以達(dá)到，二是增加成本。當(dāng)fce,g相同而fcu,k不同時(shí)，fcu,k越高，要求的γc越大；如果fce,g較低而fcu,k較高，為使水灰比不致過(guò)?。ㄒ话悴恍∮?.4），勢(shì)必要求γc較高，若γc偏離正常值太多，說(shuō)明該強(qiáng)度等級(jí)的水泥不適宜用于配制該強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。當(dāng)fce,g不同而fcu,k相同，則fce,g越高，要求的γc越??；如果fce,g較高而fcu,k較低，γc值可取1，亦即水泥質(zhì)量只需達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；若此時(shí)計(jì)算出的水膠比大于規(guī)范規(guī)定的最大水灰比，說(shuō)明該強(qiáng)度等級(jí)的水泥不適宜用于配制該強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。

因此，fce,g與fcu,k之間存在合理配制關(guān)系。根據(jù)研究得出：

32.5 水泥不適宜配制C30 以上強(qiáng)度等級(jí)的混凝土；42.5 水泥不適宜配制C15 以下強(qiáng)度等級(jí)的混凝土；52.5 水泥不適宜配制C25 以下強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。

2.1.3 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差

混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ是反映混凝土強(qiáng)度離散程度的一個(gè)指標(biāo)，體現(xiàn)了混凝土生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量管理水平。在正態(tài)分布曲線上，其值等于拐點(diǎn)至對(duì)稱(chēng)軸的距離，該值越小，表明混凝土質(zhì)量波動(dòng)越小，均勻性越好。

σ值與混凝土強(qiáng)度等級(jí)fcu,k有關(guān)，fcu,k高，σ就大；反之，fcu,k低，σ就小。規(guī)范JGJ55-2011 列出了28d 齡期時(shí)的不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的σ值，見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)差σ 值（MPa）

2.2 砂率

砂率sβ是指混凝土中砂的重量占砂、石總重量的百分率。sβ過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)使流動(dòng)性降低。因此，sβ應(yīng)合理確定，既要使混凝土拌和物具有最大的流動(dòng)性，并能保持良好的粘聚性和保水性且水泥用量最小。準(zhǔn)確、合理的砂率不是采用計(jì)算方法得出的，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在保證拌和物不離析、便于澆筑、搗實(shí)的條件下，盡量選用較小值。根據(jù)JGJ55-2011,混凝土最佳砂率如表2 所示。

表2 混凝土的砂率(%)

從表2 可以看出砂率與其影響參數(shù)如下，水膠比越大，砂率越大；粗骨料粒徑越大，砂率越??；細(xì)骨料粒徑越大，砂率越大。由水膠比與其影響參數(shù)可以推出，水泥強(qiáng)度等級(jí)越高，砂率越?。换炷翉?qiáng)度等級(jí)越高，砂率越小。在編制定額混凝土消耗量時(shí)，可在該取值范圍內(nèi)，結(jié)合 sβ 與有關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行確定。

2.3 單位用水量

單位用水量mw是混凝土流動(dòng)性的決定因素。mw增大，流動(dòng)性隨之增大。但mw增大帶來(lái)的不利影響是保水性和粘聚性變差，影響混凝土的勻質(zhì)性、強(qiáng)度和耐久性。相關(guān)，粗骨料的粒徑越大，mw越??；細(xì)骨料越細(xì)，

mw與粗骨料的品種、粒徑以及細(xì)骨料粗細(xì)mw越大。確定原則是：在滿足施工要求的和易性的基礎(chǔ)上，盡量選用較小值。規(guī)程JGJ55-2011 列出了不同坍落度的混凝土單位用水量表。在編制定額配合比參考表時(shí)，可以此為基礎(chǔ)，并根據(jù)研究結(jié)果進(jìn)行修正。

2.4 其他參數(shù)

除了水膠比、砂率、單位用水量等多個(gè)因子影響外，混凝土原材料的種類(lèi)、性質(zhì)亦會(huì)使混凝土配合比有所變化，影響混凝土的質(zhì)量、性能和成本。因此， 正確的選擇混凝土原材料，是混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

3 結(jié)語(yǔ)

合理的混凝土配合比是編制混凝土消耗量定額的關(guān)鍵。各材料用量受眾多參數(shù)的影響，有些影響因子還按一定的規(guī)律相互關(guān)聯(lián)。所以，必須以務(wù)實(shí)的態(tài)度對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行充分研究并恰當(dāng)確定，合理配制混凝土配合比，使混凝土消耗量定額不僅能起到指導(dǎo)工程計(jì)價(jià)、利于造價(jià)管理的作用，而且使隱含在定額中的配合比參數(shù)關(guān)系符合規(guī)程、規(guī)范要求。

[1]《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2011)[S].

[2]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50476-2008）[S].

[3]丁威，冷發(fā)光.《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）簡(jiǎn)介[J].混凝土世界，2011（30）：76-79

[4]吳佳健，林國(guó)熊.淺談新版混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].混凝土，2011(6)：117-119

[5]邱會(huì)旺.水利工程定額中混凝土配合比參數(shù)研究[J].建筑經(jīng)濟(jì)，2011(9)：49-52