现代混凝土配合比设计注意事项

现代混凝土配合比设计注意事项

我国混凝土的现状

■强度水平提高

■严酷环境中工程增多，耐久性要求突出

■水泥和混凝土的关系变化

■流变性能要求提高

■现场劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾

传统观念形成的理由

例如，许多规范、标准限定混凝土中粉煤灰的掺量应在25%以下，尤其是预应力混凝土构件中的掺量。这是因为过去我们的混凝土中没有掺用减水剂，混凝土的水灰比较大（一般都高于0.5）。在这种情况下掺入粉煤灰，减少水泥的用量，就会使混凝土的凝结时间明显延缓、硬化速率减慢，表现为早期强度低、混凝土渗透性增大。

高水灰比的水泥浆体里，水泥颗粒悬浮于水分中，水化环境良好，可以迅速地生成表面积增大1000倍的硅酸盐水化物等，有良好地填充浆体内空隙的能力。虽然从颗粒形状来说，粉煤灰易于堆积密实，但是它水化缓慢，生成的凝胶量少，难以填充颗粒周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆体的强度和其他性能总是随其掺量增大（水泥用量减少）呈下降趋势（在早龄期尤为显著）。

为什么粉煤灰掺量如此之大的混凝土各项性能会很优异呢？

但是现今高效减水剂的应用已经很普遍，混凝土所用水灰比，尤其是掺有矿物掺合料混凝土的水胶比很容易降至0.5以下，同时现今的水泥活性则远高于二十世纪八十年代以前的水泥（因为早强矿物C3S(硅酸三钙）含量显著提高、粉磨细度加大），因此掺加矿物掺合料的混凝土，即使是掺量很大的混凝土，与过去混凝土相比，其早期强度的发展速率也大大加快了。

在低水胶比（如0.3左右）的水泥浆体里情况就大不一样了。不掺粉煤灰时，高活性的水泥因水化环境较差，即缺水而不能充分水化，所以随水灰比下降，未水化水泥的内芯增大，生成产物量下降；但由于颗粒间的距离减小，要填充的空隙同时减小，因此混凝土强度发展迅速。

这种情况下用粉煤灰代替部分水泥，在低水胶比条件下，水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显（掺量为58%:左右，初期水灰比则约0.65）。水泥水化程度的改善，则有利于粉煤灰作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而降低温升等其他优点则依然起着有利于混凝土性能提高的作用。

以上所述低水胶比下粉煤灰作用的变化，可以用一个“动态堆积”的概念来认识，这是相对沿用的静态堆积而言的。通常在选择混凝土原材料和配合比时，是以各种原材料在加水之前的堆积尽量密实为依据的；但是当加水搅拌后，特别是在低水胶比条件下，如何通过粉状颗粒水化的交叉进行，使初始水胶比尽量降低，混凝土单位用水量尽量减少，配制出的混凝土在密实成型的前提下，经过水化硬化过程，形成的微结构应更为密实。

传统混凝土配合比设计方法的问题整体体强度水平高了，拌合物从低塑性发展到当前的泵送，流动性大大提高；原材料也有很大变化：水泥强度等级高细度细，骨料粒形和级配差了，且品种多样化，品质相差很大；外加剂和矿物掺合料普遍使用，水胶比普遍降低，关键是混凝土耐久性逐渐成为混凝土的重要性能。传统混凝土配合比设计方法以保罗米公

式为重要基础已经不适合现代混凝土。

超量替代法存在的问题

超量取代法：有关配合比的规范中提出粉煤灰的超量取代法，即在能被接受的掺量范围取代水泥，另多掺一部分取代砂子这只是一种计算而已,在数量上代砂，实际上因为细度量级的差别在功能上粉煤灰并不是砂，不可能代砂，仍然是胶凝材料，却因为超量而变相增加浆体含量。有人认为掺粉煤灰后的混凝土抗裂性改善不明显，浆骨比增大是其原因之一建议今后不再采用这种实际上增加浆骨比的计算方法

现代混凝土技术的简单与复杂

混凝土是什么？

混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系。

简单得“……通常认为任何站在那里没事干的人都能直接就去浇筑或捣实混凝土”

──Neville；

复杂得至今无法建立实验室指标试验结果和同样复杂的现场条件下的混凝土行为的相关关系；人们仍不确知混凝土的体内在服役的环境中随时间究竟发生了什么。复杂的体系

混凝土是十分复杂的一个材料体系，恐怕是人类所用各种材料中最为复杂的。

砂、石、水泥、外加剂、矿物掺合料与水的简单混合，即刻出现一个有明显“生命历程”的材料体系，其中水泥自发进行着长期延续的水化硬化过程，带动整个体系经历复杂的物理—化学—力学的变化过程，而就在这变化过程中得到长期使用。

◆混凝土是极其复杂的多相、多尺度的非匀质体，这就造成了混凝土材料本身的高度

复杂性和随机变化性，加之我国幅员辽阔，对于使用地方性材料的混凝土而言，其变化就更加复杂了。

◆仅就原材料而言，各地、各厂的水泥是变化的，哪怕就是同一个水泥厂生产的水泥

也是变化的，骨料是变化的，外加剂是变化的，粉煤灰更是变化的。

◆对混凝土，人们的描述用语是：多组分、多相、多种尺度颗粒物料混杂堆积互相填

充的组成结构，具有不稳定性、非均质性、不连续性、多种尺度的孔隙结构、接触界面情况复杂，而这一切都在变动等特点，……。

◆混凝土里面包含着综合许多门学科内容的大学问。可惜，探究这些学问是十分复杂

而艰难的。

现代混凝土技术趋于复杂

混凝土配合比对于新拌混凝土和硬化混凝土的重要意义不言而喻。现代混凝土使用复合超塑化剂和超细矿物质掺合料，近年来机制砂逐渐成为建筑用砂的主要品种后矿物组成与品质差异比较大，再加之各地水泥在组分、与外加剂相容性、开裂敏感性方面有较大不同，这些都使配合比设计趋于复杂。

原因是使用环境、原材料和施工方法的多样性。例如今年暑期在大连理工大学举行的首届全国大学生混凝土材料设计大赛中呈现的现象。

正所谓：

人工造石本无奇，砂子石头和水泥。

一朝采用多组分，百变技法令人迷。

什么是当代混凝土？

◆当代混凝土是建立在混凝土化学外加剂和矿物掺合料两大混凝土科学技术进展基

础上的六组分混凝土。

◆预拌混凝土是当代混凝土的主体品种。以预拌混凝土、泵送为主流。拌和料的流变

性能成为重要问题。