C50混凝土配合比设计注意要点
摘要: 对C50混凝土配合比设计中值得注意的几个问题进行分析，提出在施工中如何控制。
关键词 C50混凝土；配合比设计；设计；施工
水泥混凝土是以通用水泥为胶结材料，用普通砂石为集料，并以水为原材料，按专门设计的配合比，经搅拌、成型、养护而得到的复合材料。由于其原料丰富，便于施工和浇筑成各种形状的构件，硬化后性能优越、耐久性好，节约能源，成本低廉等优点，所以水泥混凝土是道路与桥梁工程建设中，应用最广泛、用量最大的建筑材料之一。随着现代高等级公路的发展，水泥混凝土与沥青混凝土一样，成为高等级路面的主要建筑材料。在现代公路桥梁中，钢筋混凝土桥是最主要的一种桥型，广泛应用于高等级公路和立交工程。在此，结合辽宁省滨海公路大连兴岛东店至地藏庵段公路新建工程第四合同段桥涵施工，其中桥涵11座，中桥2座，大桥1座，上部采用预应力砼空心板，下部采用挖孔灌注桩基础，钢筋砼箱涵2道，圆管涵7道，C50混泥土用量为1580立方米，C25水下混泥土720立方米，C25普通混泥土1120立方米，对水泥混泥土的配合比作以简要分析。
在桥梁的上部结构中，如梁板等混凝土的设计强度基本上采用C50混凝土或大于C50的混凝土。所以对C50以上混凝土的原材料的选择、配合比的设计、混凝土的施工是至关重要的。下面就对C50以上混凝土的原材料选择、配合比的设计、混凝土的施工需注意的事项，结合本人多年来对桥梁上预应力C50预制25m、30m组合箱梁、预制45mT型梁、现浇箱梁及悬浇箱梁配合比的设计及原材的选择注意要点作如下简述。
C50 混凝土是由水泥、水、砂、石四种材料组成的，混凝土配合比设计就是解决4种材料用量的3个比例，即水灰比、砂率、胶骨比（胶凝体与骨料的比例）。同时，混凝土配合比设计还应满足以下几个基本要求：一要满足结构物设计强度的要求；二要满足施工工作性的要求；三是满足环境耐久性的要求；四是满足经济的要求。
1、原材料
1.1集料混凝土中集料体积大约占混凝土体积的3/4，由于所占的体积相当大，所以集料的质量对混凝土的技术性能和生产成本均产生一定的影响，在配制C50混凝土时，对集料的强度、级配、表面特征、颗粒形状、杂质的含量、吸水率等，必须认真检验，严格选材。这样才能配制出满足技术性能要求的C50混凝土，同时又能降低混凝土的生产成本。
1.1.1细集料砂材质的好坏，对C50以上混凝土的拌和物和易性的影响比粗集料要大。
优先选取级配良好的江砂或河砂。因为江砂或河砂比较干净，含泥量少，砂中石英颗粒含量较多，级配一般都能符合要求。山砂、海砂一般不能使用，山砂中含泥量较大且含有较多的风化软弱颗粒。海砂含贝壳。砂的细度模数宜控制在2.6以上，细度模数小于2.5时，拌制的混凝土拌和物显得太粘稠，施工中难于振捣，且由于砂细，在满足相同和易性要求时，增大水泥用量。
这样不但增加了混凝土的成本，而且影响混凝土的技术性能，如混凝土的耐久性、收缩裂缝等。砂也不宜太粗，细度模数在3.3以上时，容易引起新拌混凝土的运输浇筑过程中离析及保水性能差，从而影响混凝土的内在质量及外观质量。C50泵送混凝土细度模数控制在2.6～2.8之间最佳，普通混凝土控制在3.3以下。另外还要注意砂中杂质的含量，比如云母、泥的含量过高，不但影响混凝土拌和物的和易性，而且影响混凝土的强度、耐久性，引起混凝土的收缩裂缝等其他性能。含泥量不超过2%，云母含量小于1%。
1.1.2粗集料粗集料的强度、颗粒形状、表面特征、级配、杂质的含量、吸水率对C50混凝土的强度有着重要的影响。配制C50以上混凝土对粗集料的强度的选取是十分重要的，高强度的集料才能配制出高强度的混凝土。应选取质地坚硬、洁净的碎石。
其强度可用岩石立方体强度或碎石的压碎指标值来测定，岩石的抗压强度应比配制的混凝土强度高50%。一般用碎石的压碎指标值来间接判定岩石的强度是否满足要求。碎石的压碎指标值水成岩（石灰岩、砂岩等）小于10%、变质岩（片麻岩、石英岩等）或深层火成岩（花岗岩等）小于12%、喷出岩火成岩（玄武岩等）小于13%。粗集料的颗粒形状、表面特征对C50以上混凝土的粘结性能有着较大的影响。应选取近似立方体的碎石，其表面粗糙且多棱角，针片状总含量不超过8%。影响C50以上混凝土的强度重要因素有集料的强度、水泥石、水泥石与集料之间的粘结强度，而混凝土中最薄弱的环节是水泥石和集料界面的粘结。由于粗集料的表面粗糙、粒径适中，这样提高了混凝土的粘结性能，从而提高了混凝土的抗压强度。
集料的级配是指各粒径集料相互搭配所占的比例，其检验的方法是筛分。级配是集料的一项重要的技术指标，对混凝土的和易性及强度有着很大的影响。配制C50混凝土最大粒径不超过31.5mm，因为C50混凝土一般水泥用量在440～500kg/m3，水泥浆较富余，由于大粒径集料比同重量的小粒径集料表面积要小，其与砂浆的粘结面积相应要小，其粘结力要低，且混凝土的均质性差，所以大粒径集料不可能配制出高强度混凝土。集料的级配要符合要求且集料的空隙要小，通常采用二种规格的石子进行掺配。如5～31.5mm连续极配采用5～16mm和16～31.5mm二种规格的碎石进行掺配。
5～25mm连续级配采用5～16mm和10～25mm二种规格进行掺配。掺配时符合级配要求的范围内，可能有二种或三种掺配方案，选取其中体积密度较大者使用，因体积密度大则空隙率小。如有二种掺配方案分别为30：70和20：80，其掺配结果均符合级配范围要求，测定二者的体积密度，前者大，则应选取掺配
比例为30：70的使用。集料中的泥土、石粉的含量要严格控制，其含量大，不但影响混凝土拌和物的和易性，而且降低混凝土的强度，影响混凝土的耐久性，引起混凝土的收缩裂缝等。其含泥量要小于1%。
1.2水泥，优先选取旋窑生产其强度等级42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，旋窑生产的水泥质量稳定。水泥的质量越稳定，强度波动越小。对未用过的水泥厂要进行认真调研。
1.3外加剂因C50混凝土的水泥用量比较大，水灰比低，强度要求高，混凝土拌和物较粘稠，这样给混凝土的施工提出了更高的要求，为了满足混凝土的性能及施工要求，改善混凝土的和易性及提高性能，同时降低水泥用量，减少工程成本，外加剂的选择尤为重要。选用外加剂因着重从以下几个方面考虑：延缓混凝土的初凝时间，提高混凝土的早期强度，增加后期强度，减少混凝土坍落度的损失，与水泥的相容性，外加剂的稳定性。通常选用高效减水剂、高效缓凝减水剂，高效早强减水剂。如NF、UNF、JC等。高效减水剂同时具有增加混凝土强度和流动性。掺高效减水剂的混凝土的坍落度损失一般较快，最好施工时采用后掺法，这样可使高效减水剂的减水作用增高，使混凝土的流动性增加。在温度低于8～10℃时，高效减水剂虽能增加和易性，但增加强度的作用大大降低。
所以高效减水剂宜在春秋季节使用。高效缓凝减水剂有利于控制早期水化，混凝土拌和物坍落度损失小。
2、配合比设计前的准备工作应充分
在配合比设计前，设计人员要做好下列工作：
2.1、掌握设计图纸对混凝土结构的全部要求，重点是强度和耐久性的要求及结构尺寸的大小、钢筋布置的疏密，混凝土入模时输送管的尺寸等，以便确定水泥品种、强度等级及粗集料粒径的大小等参数；
2.2、了解混凝土的结构情况和施工条件，以便决定所配制混凝土的塌落度；
2.3、了解施工工艺，如混凝土浇筑所需时间、浇筑方法、施工机械化程度等，以便于选用外加剂及其掺量；
根据这些资料合理地选用适当的设计参数，进行配合比设计。
3、水泥混凝土配合比的设计
3.1确定混凝土的配制强度fcu，0
根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2000），混凝土配制强度应按下式计算：
fcu,0≥fcu,k+1.5σ （1）
式中：fcu,0—混凝土配制强度(MPa)；
fcu,k—混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)；
σ—混凝土强度标准差(MPa)。施工单位近期同一品种混凝土强度统计资料确定，计算时试件组数不少于25组，无资料时按现行国家标准《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）的规定选用。
σ取值
混凝土强度等级 低于20 20~35 高于35
σ（MPa） 4.0 5.0 6.0
3.2选取每立方米混凝土的用水量，并计算每立方米混凝土的水泥用量。即水灰比（W/C）。
混泥土的耐久性主要取决于混泥土的密实程度，而密实度的大小又在于混泥土的水灰比和水泥用量，当水灰比偏大或水泥用量偏小时，都有可能在硬化后的混泥土构建内部留下过多的空隙，为日后引起混泥土耐久性不良现象留下隐患，所以辽宁省滨海公路大连兴岛东店至地藏庵段公路新建工程第四合同段位于潮湿环境，有冻害最大水灰比为0.55. 最小水泥用量1）素混泥土250280㎏/m³2）钢筋混泥土280㎏/m³3)预应力混泥土300280㎏/m³
3.3确定单位用水量（Mwo）
当水灰比确定后，单位用水量的大小就决定了混凝土中水泥浆数量的多少，也就决定了水泥浆和集料质量的比例关系。该用水量取决于集料的特性以及混泥土拌合物施工工作性的要求，采用查表的方式进行。
3.4计算单位水泥用量（Mco）
根据上述获得的水灰比W/C和单位用水量Mwo计算混泥土单位水泥用量Mco，并通过查验该水泥用量是否满足耐久性要求。
3.5选取砂率，计算粗骨料和细骨料的用量，提出供试配用的计算配合比。
3.6按计算的配合比进行试拌，检查拌合物的性能。当拌和物的坍落度不满足要求或粘聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下调整用水量或砂率，直到符合要求，然后提出基准配合比。
3.7试验时采用三个不同的配合比，一个为基准配合比，另两个在基准配合
比的基础上保持用水量不变，水灰比分别增加或减少0.05，砂率增加和减少1%。
3.8根据试验得出的混凝土强度与水灰比关系，确定混凝土的单位材料用量，确定设计配合比。
设计配合比时，在规范要求允许的条件下，试验室应配制不同的配合比，从经济、工作性能、质量等方面综合考虑择优选用，并应针对不同施工部位、不同评定方法给予适当调整，尽量避免凡是同一强度均使用一个配合比的做法。试验室还应收集每次配合比及施工情况的详细数据，并注意对这些数据进行统计分析，以便得出本试验室的水灰比、单位用水量、砂率、水泥用量范围及σ 数值，日积月累，为以后的施工提供经验数据。
以上是本人在工作中的一些看法，若有不当之处，还望各位专家同仁们指正。
参考文献：普通混凝土配合比设计规程JGJ 55-2000
公路水泥混泥土路面设计规范JTG D40-2003
公路工程水泥及水泥混泥土试验规程JTG E30-2005
公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTJ 057-94
公路工程集料试验规程JTG E42-2005
公路桥涵施工技术规范JTJ 041-2000
公路工程质量检验评定标准第一册（土建工程）JTG F80/1-2004
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
