范 正 春， 范 春 艷， 李 四 春

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 都江堰 611830)

淺談混凝土配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性

范 正 春， 范 春 艷， 李 四 春

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 都江堰 611830)

混凝土配合比設(shè)計(jì)與混凝土的工程性能和單價(jià)、成本密切相關(guān)，通過(guò)提升拌和樓的生產(chǎn)管理水平、降低混凝土配制強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)行混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步將混凝土的工程性能和單價(jià)成本優(yōu)化，體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益。

配合比設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；研究應(yīng)用；混凝土；重要性

1 概 述

混凝土配合比設(shè)計(jì)是綜合考慮建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原材料性能、施工工藝及設(shè)備、施工環(huán)境、質(zhì)量管理等因素，結(jié)合混凝土的拌和物性能、力學(xué)性能和耐久性能要求確定混凝土中各原材料的比例用量，以獲得滿(mǎn)足工程性能要求、經(jīng)濟(jì)合理的連續(xù)過(guò)程。采用初始混凝土配合比在現(xiàn)場(chǎng)施工一段時(shí)間后，對(duì)混凝土進(jìn)行一定數(shù)量的取樣、試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得出一個(gè)生產(chǎn)混凝土過(guò)程中的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(簡(jiǎn)稱(chēng)：統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差)，其低于初始配合比設(shè)計(jì)中采用的配制強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(簡(jiǎn)稱(chēng)：配制標(biāo)準(zhǔn)差)、但不低于規(guī)程規(guī)范要求的最低標(biāo)準(zhǔn)差，則采用統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)計(jì)出新的混凝土配合比的過(guò)程即為混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)。混凝土配合比設(shè)計(jì)的成敗直接關(guān)系到混凝土的工程性能和單價(jià)成本，而混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)則是在滿(mǎn)足混凝土工程性能和經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的集中、統(tǒng)一優(yōu)化。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范要求、混凝土工程性能要求、混凝土施工性能要求和經(jīng)濟(jì)合理要求?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)是混凝土設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用中最重要的環(huán)節(jié)之一，配合比設(shè)計(jì)的成功與否，決定了混凝土技術(shù)先進(jìn)性、成本可控性和發(fā)展可持續(xù)性等水平。

2.1 滿(mǎn)足規(guī)程規(guī)范要求

混凝土配合比設(shè)計(jì)首先要選擇準(zhǔn)確的規(guī)程規(guī)范，這一點(diǎn)很關(guān)鍵，其是否準(zhǔn)確直接決定混凝土配合比設(shè)計(jì)的成敗。目前常用的混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范有《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2011)、《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(DL/T5330-2015)、《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL352-2006)和《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F30-2014)四類(lèi)。前三類(lèi)混凝土配制強(qiáng)度以混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，后一類(lèi)的混凝土配制強(qiáng)度以混凝土的抗彎拉強(qiáng)度為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。采用不同的規(guī)程規(guī)范，就是完全相同的強(qiáng)度等級(jí)混凝土也會(huì)設(shè)計(jì)出不同的混凝土配合比，主要就是因?yàn)椴煌袠I(yè)的規(guī)程規(guī)范中對(duì)混凝土配制強(qiáng)度中的標(biāo)準(zhǔn)差的規(guī)定不一樣(表1、2)。以C25強(qiáng)度等級(jí)混凝土的配制強(qiáng)度為例：以《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，混凝土的配制強(qiáng)度為33.2 MPa；以《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T5330-2015、《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》SL352-2006為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，混凝土的配制強(qiáng)度為31.6 MPa，前者比后者高1.6 MPa。

2.2 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工性能要求

表1 建筑工程行業(yè)混凝土配合比設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)差δ值表 /MPa

滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工性能要求、保證混凝土的工程質(zhì)量是混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要目的。主要滿(mǎn)足混凝土拌和物的和易性、硬化后的混凝土物理力學(xué)性能和混凝土的耐久性?；炷涟韬臀锏暮鸵仔灾饕侵富炷恋奶涠?碾壓混凝土的VC值)、擴(kuò)散度；硬化后的混凝土物理力學(xué)性能主要有抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量和早期的抗裂性能；混凝土的耐久性主要有抗碳化性能、抗氯離子侵蝕性能、抗硫酸鹽侵蝕性能和抗凍性能?；炷恋氖┕ば阅芤缶褪且獫M(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工的需要。

2.3 滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)合理要求

混凝土配合比設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理要求：必須合理選擇混凝土原材料并優(yōu)化組合混凝土原材料，通過(guò)技術(shù)組合實(shí)現(xiàn)降低混凝土單價(jià)成本、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的目的。合理選擇混凝土原材料應(yīng)本著因地制宜、就地取材的原則，在有選擇的情況下盡可能地選擇品質(zhì)最好的砂石骨料并應(yīng)優(yōu)先選用人工骨料。混凝土的摻合料是粉煤灰、火山灰、高爐礦渣粉，而最常用的是粉煤灰，其主要作用為三個(gè)效應(yīng)：即粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，活性效應(yīng)及微集料效應(yīng)；應(yīng)選擇與混凝土等級(jí)相適應(yīng)的水泥品種及強(qiáng)度等級(jí)；選擇與水泥相容性較強(qiáng)的外加劑。待水泥、摻合料、砂石骨料和外加劑等原材料均相對(duì)固定后，利用技術(shù)手段對(duì)混凝土原材料實(shí)施最優(yōu)比例的技術(shù)組合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)混凝土配合比設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的要求。

3 混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)

混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的旨在降低混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，通過(guò)降低混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(不低于混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范所要求的最低標(biāo)準(zhǔn)差)來(lái)降低混凝土的配制強(qiáng)度，在滿(mǎn)足混凝土工程性能的前提下，相對(duì)節(jié)約混凝土單位體積的原材料用量，降低混凝土的單價(jià)成本，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)降低混凝土單價(jià)成本的目的，增加經(jīng)濟(jì)效益?；炷僚浜媳鹊膬?yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷統(tǒng)計(jì)分析、不斷試驗(yàn)、不斷提升的重復(fù)循環(huán)過(guò)程。

混凝土配合比優(yōu)化的主要手段是降低混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差?；炷翉?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差在一定程度上反映了混凝土攪拌站的生產(chǎn)管理水平?；炷涟韬蜆堑纳a(chǎn)管理水平和技術(shù)水平越高，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差就越小。

降低混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的具體途徑是：(1)細(xì)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，在混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中因施工因素常常將混凝土的設(shè)計(jì)坍落度范圍擴(kuò)大，如將泵送混凝土的坍落度經(jīng)常設(shè)計(jì)為120～160 mm或者140～180 mm，坍落度的區(qū)間范圍變大后，混凝土的強(qiáng)度波動(dòng)范圍就會(huì)變大，混凝土強(qiáng)度的離差系數(shù)就會(huì)變大，混凝土的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差亦會(huì)變大。在實(shí)際的配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，將泵送混凝土的坍落度區(qū)間范圍適當(dāng)縮小至20 mm，如120～140 mm、140～160 mm或160～180 mm來(lái)減少混凝土強(qiáng)度的波動(dòng)，降低混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；(2)混凝土原材料的品質(zhì)應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定，混凝土原材料的品質(zhì)波動(dòng)越大，混凝土強(qiáng)度的波動(dòng)范圍就越大；混凝土原材料的品質(zhì)穩(wěn)定，其混凝土強(qiáng)度也相對(duì)穩(wěn)定。(3)混凝土拌和樓的計(jì)量設(shè)備應(yīng)準(zhǔn)確且穩(wěn)定，混凝土拌和樓的操作人員要熟練、有經(jīng)驗(yàn)、有責(zé)任心，拌和樓的混凝土生產(chǎn)要穩(wěn)定。對(duì)混凝土拌和樓來(lái)說(shuō)，混凝土強(qiáng)度最重要的一點(diǎn)是穩(wěn)定，穩(wěn)定的混凝土強(qiáng)度可以降低混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；(4)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的取樣要有代表性、均勻、能夠切實(shí)反映混凝土的實(shí)際情況；反之，無(wú)代表性的混凝土試樣會(huì)給混凝土抗壓強(qiáng)度的數(shù)理統(tǒng)計(jì)帶來(lái)較大的偏差。

混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差按照同品種混凝土、同生產(chǎn)工藝和同混凝土配合比(簡(jiǎn)稱(chēng)“三同”)的設(shè)計(jì)齡期抗壓強(qiáng)度、連續(xù)試件總數(shù)不少于30組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

4 混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟

(1)在按混凝土施工配合比實(shí)施生產(chǎn)后，對(duì)“三同”混凝土進(jìn)行連續(xù)取樣不應(yīng)少于30組，按照設(shè)計(jì)齡期進(jìn)行混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)并分析出近期的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差值。

(2)將統(tǒng)計(jì)分析出的混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差值與混凝土施工配合比中的混凝土配制強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差值進(jìn)行比較，如果混凝土施工配合比中的混凝土配制強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差值減去統(tǒng)計(jì)出的混凝土統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差值≧1 MPa，則按照統(tǒng)計(jì)出的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)；反之，則需要繼續(xù)提升混凝土拌和樓的整體生產(chǎn)管理水平，確?；炷涟韬蜆堑纳a(chǎn)穩(wěn)定，降低混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，直到滿(mǎn)足配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)對(duì)于滿(mǎn)足配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)條件的混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差的混凝土配合比按照相對(duì)應(yīng)的配合比設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范、采用最新統(tǒng)計(jì)的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。

(4)對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)后的混凝土配合比，在生產(chǎn)過(guò)程中也要通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行混凝土質(zhì)量監(jiān)控，確保優(yōu)化后的混凝土同樣滿(mǎn)足混凝土工程性能的要求。

5 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的混凝土配合比取得的經(jīng)濟(jì)效益

混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在滿(mǎn)足混凝土工程性能的前提下，進(jìn)一步降低混凝土材料的單價(jià)成本，為施工項(xiàng)目創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。這種混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)理念在水電十局承建的毗河工程一分部的混凝土施工過(guò)程中產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比實(shí)施過(guò)程中，積極調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)拌和樓的生產(chǎn)管理水平，使混凝土拌和樓的生產(chǎn)水平盡可能的穩(wěn)定，降低混凝土強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，然后按照降低后的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行第一次優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，其試驗(yàn)成果見(jiàn)表3?，F(xiàn)場(chǎng)使用優(yōu)化前的混凝土配合比的單價(jià)成本為238.31元/m3，經(jīng)過(guò)第一次優(yōu)化后的混凝土單價(jià)成本為233.06元/m3，優(yōu)化后每m3混凝土可以降低材料成本5.25元，按照該項(xiàng)目工程折算后的C20等級(jí)混凝土26.4萬(wàn)m3計(jì)算，可以降低混凝土材料成本138.6萬(wàn)元，其經(jīng)濟(jì)效益顯而易見(jiàn)，值得推廣。

表3 混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)及每m3混凝土材料單價(jià)表

備注：混凝土原材料單價(jià)為：水泥315元/t，砂石0.065元/kg，水5元/t，外加劑5 500元/t。

[1] 李立權(quán).混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003.

范正春(1974- )，男，重慶忠縣人，工程師，從事建筑工程施工技術(shù)與管理工作；

范春艷(1976- )，女，湖北洪湖人，工程師，從事建筑工程施工技術(shù)與管理工作；

李四春(1973- )，女，四川安岳人，技術(shù)員，從事建筑工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017- 01- 10

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