混凝土配合比优化设计试验方案

混凝土配合比优化设计试验方案

周锡亮

周锡亮

广东光诚技术服务有限公司

摘要：在新时代的引领下，我国的建筑行业获得了飞速发展，而混凝土工程在建筑行业中的应用率非常高。人们开始应用更高端的数学方法与混凝土工程结合，既增强了建筑物的坚固程度，又能够节约建筑成本。本文通过对混凝土成分、性能的分析，并通过实际试验的方式，得出了优化混凝土配合比的方法。

关键词：建筑业；混凝土配合比优化；经济效益

一、关于混凝土配合比优化设计内容

1.1混凝土的特性

混凝土拥有独特的工作性，它与水、沙子等物质形成的拌合物易于施工操作，将它作为建筑物的墙壁和地面，能够呈现出质量均匀，紧密性强，坚固不易倒塌的特性。正是由于混凝土的工作性，决定了它成为建筑行业的首选材料（工作性包括流动性、粘聚性、保水性三个方面）。

1.2如何设计混凝土的配合比

在建筑行业中，混凝土的混合是最基本的操作。那么如何来设计混凝土与其他物质的混合比，也是许多从事建筑人员的重点工作。人们常用的设计混凝土配合比的方法，有如下三种：第一，单纯的理论分析，可以参考国内外一些研究工程建设机构的文献得出混凝土更为合理的混合比。第二，将自身经验与实验结论结合，支持这种方法的人们认为，因当在混合物中适当加入粗骨料，以便让建筑物的结构更加稳定（他们总结出的混合比是胶质的结浆体与粗骨料的体积比为3.5：6.5）。如何确定用水量，需要根据混凝土制作的建筑物强度来决定。混凝土粗细骨料的体积比也可以根据建筑物的需求进行适当的调整，以便达到最佳的使用状态。第三，依据经验设计混合比，这种方法的实施建立在建筑工作者自身经验的基础上，每一位从事建筑行业的人员，都会有自己独特的比例。

1.3混凝土中包含的材料

在普通建筑行业中，混凝土，一般有水、水泥、粗骨料、细骨料4种原材料混合而成，但是在对建筑物质量要求比较高的工程中，混凝土中还需要加入高效减水剂和活性矿物掺合料。各种原材料使用量的多少，都会对混凝土的性能产生影响。

1.4混凝土的抗压性能

高性能混凝土的许多性质，比如：抗震性、弹性模量等等都与其强度有着密不可分的关系。虽然混凝土在实际的建筑中受力复杂，但只有确定混凝土的抗压强度，才能放心的将它应用于建筑行业中。混凝土的抗压强度可以通过单轴压力试验来进行。决定高性能混凝土抗压强度的因素，除了基础的配料以外，各原料的配合比例也起了很大的作用。所以，要决定混凝土最终的混合比，对其强度的研究工作是必不可少的。

二、水泥混凝土配合比优化的试验设计

2.1水泥混凝土中包含的原材料

决定水泥混凝土综合性能的关键在于使用的水泥，所以设计水泥混凝土的配合比首先需要研究水泥的性能。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山岩质硅酸盐水泥，这三种材质都可以作为水泥混凝土中的水泥原料。凝固时间在3～6个小时以上的水泥抗压性能更强，早强或块硬水泥对建筑工作者的操作要求比较高，不推荐使用。水泥中不应含有其他软质杂物，以免影响其强度。水泥的细度、强度、凝结时间、安定性、水化热等技术指标应符合国家标准要求。水泥混凝土需要加入粉煤灰，其目的是为了让各种原材料更均匀的混合在一起，同时增加混凝土的粘合性。一般的饮用水便可以作为水泥混凝土中的使用水。

2.2通过实验得出的水泥混凝土的优化配合比

原材料和试验方案

该试验包含的原材料有：粉煤灰、P.O.42.5R普通硅酸盐水泥（经单轴抗压检测，该水泥28天抗折强度为8.0MPa，抗压强度为45.5MPa）、粗集料石灰岩碎石（其中1～3厘米直径颗粒物与1～2厘米直径颗粒物的比例为3：2）、细集料天然河砂。为了使混凝土的和易性、早期强度和密度得到有效提高，在该试验研究的混凝土中还加入了高效引气减水剂和超细矿渣。

影响水泥混凝土性能的因素

即使为水泥混凝土包含的各种原材料设设计了精细的比例，但在实际的操作中，影响水泥混凝土性能的原因还包括：水胶比、含砂率、粗细集料颗粒物的大小、胶凝类材料的实际用量、搅拌混凝土的机器与方法等等。所以，如何设计、优化混凝土的配合比，还需要考虑到工程的实际要求和工程中使用的材料状况。通过初步计算并结合现有的理论依据，设计出初始配合比，在经过实际的验证过程，得出经过优化的混凝土配合比，全方面提升混凝土的性能。普通硅酸盐水泥中掺入高效减水剂和矿渣，可以使水泥混凝土的耐久性得到优化。而在实际建筑过程中，将混凝土的引气量控制在±1-5%，可以提高混凝土的抗冻性能。根据实际的工程需求，还可以调整高效减水剂的加入量和水灰比。所以水泥混凝土的混合比并不是一成不变的，它需要配合实际的工程需求，比如公路建设和楼房建设使用的混凝土对强度的要求就存在差别，建筑工作者应当具体问题具体分析。

搅拌工艺和开裂试验

该试验采用的搅拌工具为建筑行业中常见的强制式搅拌机。将样本中的各种原材料进行称重之后，先混合碎石、砂矿，再加入粉煤灰和水泥，在不加水的情况下，将4种原料混合，随之加入水和高效减水剂，在两分钟时间内，将所有的原料混合均匀。在水泥混凝土完全凝固之后，综合评估了混凝土的早期抗裂性，经过优化的混合比的确让水泥混凝土的强度得到了提高。

试验结果

通过上述的试验过程和对凝固之后混凝土性能的评估，可以得出：影响混凝土综合性能的首要因素是水灰比和含气量（试验中检测到的四个水平含气量为：2.0%、5.5%、5.2%、4.9%）。混凝土的结构设计是否合理，主要通过抗折弹性模量的指标体现出来。试验结果表明，即使混凝土中添加了高效减水剂和矿渣，但是对比之前的普通混凝土的抗折弹性模量没有明显区别。经过对混凝土进行的多次快速冻结、融化试验和之后进行的劈裂抗拉强度（抗冻性）试验，可以得出，水凝土的混合比经过优化设计之后，水凝土的强度得到了很大提升，降低了实际使用时的损失量。所以在普通混凝土的基础上加入高效减水剂和矿渣，可以有效提高混凝土的抗冻性。

三、结论

考量混凝土原材料配合比设计的是否合理，应该以相关部门给出的规范文件为基础，并综合混凝土的强度、耐久性、和易性、抗冻性、渗透性、均匀性和经济性等多方面性能的研究，来确定各种原材料最终的使用量，经过优化后的配合比能够有效提升混凝土的综合性能。此外还需要对水泥混凝土，各方面的指标进行更加深入的研究，使水泥混凝土的配合比达到更科学，更合理的程度，从而推动我国的建筑行业向更宽广的平台发展。

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