混凝土配合比设计中的经济性原则

混凝土配合比设计中的经济性原则
混凝土配合比设计中的经济性原则
（河北保定保定申成路桥071000 谭志林）
摘要：目前公路工程行业中混凝土配合比设计极少按照最佳经济性原则进行，从而造成了大量的资源和经济浪费，本文就此问题从三个方面着手，进行了总结和研究，并提出了控制的理论和方法，希望能够作为现有混凝土配合比设计理论方法的补充和参考。

关键词：混凝土、配合比设计、经济性、资源浪费、优化设计
正文：施工单位在前期混凝土配合比设计时，往往都不太重视混凝土的经济性和混凝土配合比设计之间的关系，或在这个过程中无法按照最优化原则进行，从而造成了不必要的资源和经济浪费。

在建设节约型社会以及施工企业生存发展精细化管理的大前提下，我们提出了以下几项基本原则和混凝土配合比设计的经济最优化理论。

进行混凝土配合比设计的经济性原则研究，主要从三个方面着手，一方面需要有效控制混凝土无效强度富裕，通过控制单方混凝土水泥用量，减少不必要的资源主要是水泥的浪费；另一方面需要控制好混凝土原材料的单位成本；再一方面需要结合经济理论对混凝土配合比进行优化设计。

1、有效控制混凝土无效强度富裕。

混凝土强度富裕包括有效富裕和无效富裕两部分。

有力地控
制混凝土无效强度富裕是进行混凝土配合比优化设计的重要前提，也是直接控制混凝土配合比中水泥浪费的重要途径之一。

混凝土的生产，质量是根本，绝对不能以牺牲混凝土的质量为代价来苛求混凝土生产的效益。

混凝土生产和现场浇注条件不同于试验室条件，所以一定的混凝土强度富裕，是保证混凝土质量的必需。

但在公路工程行业现有施工质量监督管理体系中，人们往往只重视混凝土强度低值检测，而对工程中的混凝土强度无效富裕问题，缺少认识，对混凝土强度形成了贪大求高的心态，从而造成了资源以及经济的巨大隐性浪费。

我们应当尽量减少这种不必要的浪费。

我们都知道，混凝土配合比设计、混凝土施工水平以及混凝土养生条件是保证混凝土质量的三个关键要素，所以进行混凝土无效强度富裕控制，基本前提条件就是要求施工企业必须保证或提高混凝土的生产、浇筑水平以及养生条件，否则，混凝土配合比设计中，这种“实际强度高富余”反而成了另一种保证混凝土质量的必要条件。

2、混凝土基本原材料的选定原则。

2.1砂石料的基本选定原则。

2.1.1备选施工场周边地区多家砂石料场，依次抽样进行砂石料的筛分、含泥量、压碎值试验等基本试验，筛选出符合规范技术标准的砂石料供应场。

2.1.2 根据各料场提供的砂石料最低出场价p出，各料场到混凝
土拌和站的运距L，以及单方砂石料每公里运输成本p运，计算砂石料单方进场价p进：
p进=p出+p运﹒L
选用p进值最小的料场，供应砂石料。

2.2 水泥的基本筛选原则。

水泥对混凝土的质量有着更为直接的影响，在选定水泥厂商前，首先要根据工程用各强度等级混凝土确定该混凝土配合比设计可能用到的水泥品种，再从圈定的这些水泥品种当中，依次对生产厂家进行筛选。

水泥生产厂家的选定，可以遵循以下基本原则：
2.2.1 对各厂家生产的该型号水泥进行水泥品质试验，并对各厂历史上生产的各型号水泥强度富裕系数，进行估测。

筛选出合格的水泥品牌及型号。

2.2.2 对于质量合格的水泥，采用同上选用砂石料场的方法，计算水泥进场价p进，选用p进值最小的厂商，供应该型号水泥。

2.2.3 如果出现数品牌水泥p进值相差不大的情况，选用评估强度富裕系数大的水泥品牌。

2.2.4 对于具备条件的混凝土拌和站，由于散装水泥具有出厂价格及运输成本低的优势，优先选用散装水泥。

2.3 减水剂的选用经济原则。

目前市场上使用的减水剂种类繁多，主要分为木磺系、萘系、水溶性树脂类和聚羧酸类四大类。

总的说来，不管使用何种种类
的减水剂，都可以采用以下性价比指标来作为减水剂的评选参考。

参考“性价比”概念，引入减水剂的价率比概念。

备选减水剂的最佳掺量为k ad，对应减水率为βad，进场折合价为p ad元/千克，该减水剂的价率比：
e = k ad p ad/βad
例如某减水剂，最佳掺量为1.2%，折合的价格为4.200元/千克，对应减水率为10%，则e=0.504。

计算各种经过试验检测合格允许使用的备选减水剂的e值，其中e值越小，代表其经济性越好，优先选用。

由于不同品质水泥的成分含量不同，其与减水剂之间相互作用的效果也大不一样，所以减水剂出厂标定的标准掺量并非是最佳掺量，配合比设计中往往需要经过多次搅拌试验才能获得最佳掺量值。

2.4 粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉等掺合料和减水剂外的其它外加剂的经济选用原则基本同上。

3、混凝土配合比经济性优化设计的方法。

3.1 有关混凝土配合比经济性优化设计的两个问题。

3.1.1 混凝土粗集料的最大的粒径的选择。

混凝土骨料的最大粒径与混凝土的强度、水泥用量是一个矛盾的统一体。

试验研究表明，混凝土粗集料最佳的最大粒径取决于混凝土的水泥用量，由于粗集料的最大公称粒径对骨料比表面积的影响，在水泥用量
少的混凝土中（每1m3混凝土的水泥用量小于170kg），采用大粒径集料是有利的，但是，粗集料的最大粒径愈大，混凝土强度愈小，特别是对水灰比较低的中强和高强混凝土，骨料最大粒径的影响十分明显。

因而我们需要在配合比设计时找到它们之间的平衡点。

3.1.2在保证混凝土和易性的前提下，适当提高混凝土的粗细集料比，如果粗集料干燥洁净，可以提高混凝土的强度值。

主要是因为同面积干燥洁净的石料比非人造砂具有更多的开口孔隙，石料表面的毛细孔吸水后，相当于降低了混凝土的水灰比，同时水泥浆胶体，渗透进入到石料的开口孔隙中后，可以与骨料进行更加紧密的结合，从而使混凝土的抗压强度得到有效提高。

3.2 理论配合比的拓展。

在确定最终试验室配比前，首先需要“发掘”出更多不同的符合设计和施工要求的混凝土试验室配合比，为采用比较法对配合比进行经济性评价提供基础。

理论配合比的拓展可以从以下等几个方面着手：
3.2.1 当不同强度等级的水泥都可以使用时，要求分别采用水泥的不同强度等级进行混凝土配合比设计计算。

3.2.2对流动性或强度要求较高的混凝土，分别计算添加与不添加减水剂的混凝土配合比。

3.2.3对流动性或强度要求较高的混凝土，考虑是否掺用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉、超细微粒掺合料等掺合料，并
分别计算各配合比。

3.2.4 以上几个方面的组合分别计算的配合比。

3.3 模型的建立。

本模型中用到的所有材料价格都为通过前述经济原则选定材料的进场价格，本模型计算的所有配合比都为前面圈定的并且经过初步试验能够满足设计和施工技术要求的配合比。

按照每方混凝土各材料的组成情况，计算各配合比下该混凝土的单方成本：
M i=∑m ij p ij（其中i,j=1,2,3,……；j代表混凝土配合比i中的第j种组成材料）
3.4 选用方法。

计算混凝土各配合比的M i（i=1,2,3,……）值并比较它们的大小，选用M i值最小的2~3组混凝土配合比，再次进行试验，综合比较它们之间的经济性、强度值、和易性、耐久性等，从中选定一组综合性能达到最佳的配合比作为最终试验室配合比。

参考文献：
[1] JTJ 041—2000，公路桥涵施工技术规范．
[2] 孙忠义，王建华．公路工程试验工程师手册（修订版）．人民交通出版社，2000.2．
[3] 卜春风，张显峰，王晓洁．水泥混凝土路面配合比的主要影响因素[J]．黑龙江交通科技，
2003（6）：36—38．。