混凝土配合比初步设计时应考虑的因素

混凝土配合比初步设计时应考虑的因素
汪永剑
摘要：在进行混凝土配合比初步设计、编编配合比试验委托单时，应根据工程类型标明试验须采用的规程、规范，充分考虑混凝土结构及混凝土搅拌、运输设备对混凝土级配、坍落度和初凝时间的影响，充分考虑混凝土施工管理水平和工程要求的强度保证率对混凝土配制强度的影响。

关键词：混凝土配合比初步设计强度保证率
混凝土配合比设计包括初步设计和详细设计，初步设计一般由施工单位进行，根据设计单位提供的施工图纸和实际施工条件，编制出混凝土配合比试验委托单（包括所适用的试验规程、设计质量要求、施工浇灌要求、原材料规格及品牌）；混凝土配合比详细设计由施工单位委托有资质且经行业质量监督部门同意的试验单位进行，根据施工单位提供的试验委托单，经试配、调整，最终确定最佳混凝土配合比。

详细设计时间至少需要28天(混凝土的最短设计龄期)，因此，工程开工后，施工单位就必须尽快进行初步设计，编制出混凝土配合比试验委托单。

但工程刚开工，混凝土施工图纸不完整，各种混凝土施工设备没有全部进场，如果与相关单位、人员沟通不充分，混凝土配合比初步设计考虑不周全，试验单位确定的混凝土配合比就可能不适用，从而影响混凝土施工质量、进度，提高工程的施工成本。

1 混凝土结构
混凝土结构尺寸、混凝土结构所处部位、混凝土结构的配筋，影响混凝土粗骨料最大粒径、坍落度以及初凝时间的选择。

（1）对粗骨料最大粒径的影响。

混凝土粗骨料的最大粒粒径确定与混凝土的结构尺寸及其配筋密切相关，一般情况下，粗骨料的最大粒径不应大于结构截面最小尺寸的1/4，不得超过钢筋最小净间距的3/4；且不同的规范还有不同的要求，如《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144-2001）要求粗骨料的最大粒径不应超过素混凝土板厚的1/2，不应超过钢筋净间距的2/3，对少筋或无筋混凝土结构应选用较大的粗骨料粒径；《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2002)规定，对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm；《混凝土质量控制标准》(GB50164—92)对于混凝土实心板,其最大粒径不宜大于板厚的1/2,并不得超过50mm；《泵站施工规范》(SL 234-1999)要求对双层或多层钢筋结构，不应大于钢筋最小净距的1/2，且粗骨料最大粒径不宜大于80mm，对受侵蚀性介质作用的外部混凝土，不宜大于保护层厚度。

因此不同的工程类别，不同的混凝土的结构尺寸、配筋，决定混凝土粗骨料的最大粒径。

（2）对混凝土初凝时间的影响。

混凝土结构尺寸包括结构的平面面积和厚度，决定混凝土一次铺筑的工程量，当混凝土生产能力确定后，浇筑一层的时间也就确定了。

为防止混凝土出现冷缝，
浇完下层混凝土铺上层混凝土前，混凝土不能初凝，因此混凝土结构尺寸决定了混凝土的初凝时间。

（3）对混凝土坍落度的影响。

混凝土结构尺寸、所处的部位和配筋情况决定了混凝土所需采用的坍落度，表1为《泵站施工规范》(SL 234-1999)列出了对不同结构、部位混凝土在浇筑地点的坍落度要求。

表1 混凝土在浇筑地点的坍落度
2混凝土施工设备
混凝土配合比初步设计时应考虑的施工设备主要包括混凝土搅拌、运输、振捣设备，它们影响混凝土级配、初凝时间、坍落度的选择。

（1）混凝土搅拌设备。

混凝土搅拌设备(混凝土拌和机)在工程投标时就基本选定，但混凝土配合比初步设计是在工程开工后进行的，因此在进行配合比初步设计时，应充分考虑本工程所选用的拌和机形式和容量，以确定混凝土的级配和初凝时间。

拌和机的容量决定其可搅拌粗骨料的最大粒径，表2列出了《水闸工程施工规范》(SL27-91)、《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2001)对拌和机与粗骨料最大粒径的关系规定。

表2 混凝土拌和机容量和所能拌制的粗骨料最大粒径
拌和机的形式决定了混凝土的搅拌时间，混凝土搅拌时间决定了混凝土生产率，在运输设备一定的情况下，也就决定了混凝土的浇筑速度。

当混凝土结构尺寸已知，为保证混凝土浇筑期间不出现冷缝，拌和机的形式也就决定了对混凝土的初凝时间要求。

因此在配合比初步设计确定混凝土初凝时间时，就考虑到本工程采用拌和机的形式。

表3为《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144-2001)规定的不同形式拌和机搅拌混凝土的最短时间。

表3
不同形式和容量的搅拌机混凝土最少拌和时间
（2）混凝土运输设备。

在选定混凝土坍落度时，应考虑混凝土运输设备，不同的运输设备对混凝土坍落度有不同要求。

如混凝土采用泵送时，其最小的坍落度为80mm；当泵送高度小于30m，其坍落度宜为100~140mm；当泵送高度为30~60m，其坍落度宜为140~160mm；当泵送高度为60~100m，其坍落度宜为160~180mm；当泵送高度为大于100m，其坍落度宜为180~200mm。

当混凝土采用导管水下灌注，其坍落度宜为180~220mm。

当混凝土运输设备为塔式起重机、门式起重机或履带式起重机吊运，其混凝土坍落度可相对较小，在混凝土结构尺寸允许条件下，可运输10~30mm坍落度的混凝土；当采用钢溜槽运输混凝土，钢溜槽10m长1∶1坡度时，可运输6~8cm坍落度的混凝土；1∶1.5坡度时，可运送8~10cm坍落度的混凝土；1∶2坡度时，可运送10~12cm坍落度的混凝土。

混凝土的运输设备同样也影响混凝土粗骨料最大粒径的选择。

运输设备采用混凝土泵时，混凝土粗骨料的最大粒径与输送管径之比，当泵送高度在50m以下，对碎石不宜大于1∶3，对卵石不宜大于1∶2∶5；泵送高度在50～100m，宜在1∶3～1∶4；泵送高度在100m以上，宜在1∶4～1∶5。

混凝土运输采用搅拌运输车时，大多数情况下只能运送二级配的混凝土(粗骨料最大粒径为40mm)。

当运输设备采用塔式起重机、门式起重机或履带式起重机吊运时，混凝土级配可达四级配(粗骨料最大粒径可达150mm)。

3混凝土强度标准差和保证率
混凝土配制强度的大小，基本决定了混凝土单方水泥用量，也就基本决定了混凝土的单价。

而凝土配制强度一般按下式计算：
f cu,0= f cu,k +tσ
f cu,0——混凝土配制强度，MPa；
f cu,k——混凝土设计龄期的强度标准值，MPa；
t——概率度系数，依据保证率P选定；
σ——混凝土强度标准差。

在计算公式中，f cu,k是由设计文件确定的，是个确定数。

t是依据保证率P选定，对水利枢纽混凝土工程，结构复杂，不同工程部位有不同保证率(P)要求，如大体积混凝土一般要求P=80%，体积较大的钢筋混凝土工程P要求85%~90%，薄壁结构工程P要求为95%；工民建工程混凝土强度保证率均采用95%。

概率度系数t和强度保证率P的关系见表4。

表4 概率度系数和保证率的关系
σ则要根据不同的工程和施工单位具体情况而确定。

当施工单位混凝土施工管理水平高，其混凝土强度偏差小，即σ可取小值。

一般根据前一个月(或三个月)相同强度等级、配合比的混凝土强度资料，计算混凝土强度标准差。

对于水利枢纽混凝土工程，当小于和等于C9025级混凝土，计算得
到的σ小于2.5MPa时，σ取2.5MPa；对于大于和等于C9030混凝土，计算得到的σ小于3.0MPa 时，σ取3.0MPa；当没有近期同品种混凝土强度资料时，对于水利枢纽混凝土可参照表5取值。

对于工民建工程，有一些资料建议σ值按表6取用。

表6 标准差σ值
取用不同的σ和P值，算出的配制强度不同，单方混凝土水泥用量也不同。

试验单位对工程具体情况一般不是很了解，如施工单位在进行混凝土配合比初步设计时，考虑不周全，在混凝土配合试验委托单中未予确定，试验单位从安全考虑，会取用σ和P的较大值，将提高混凝土的施工成本。

4当地材料情况
施工单位在进行混凝土配合比初步设计时，还应考虑当地材料(特别是粗骨料)的供应情况，防止混凝土配合比确定的粗骨料当地没有供应。

如某工程水下灌注桩工程，混凝土配合比设计采用的粗骨料为1~3cm碎石，而当地石场只生产0.5~2cm、2~4cm碎石，后来只能按0.5~2cm级配碎石重新进行混凝土配合比设计。

5结语
施工单位进行混凝土配合比初步设计，在确定混凝土级配时，应考虑混凝土的搅拌设备、运输设备和混凝土结构尺寸；在确定混凝土坍落度时，应考虑混凝土运输设备和方法；在确定混凝土初凝时间时，应考虑混凝土搅拌和运输设备的生产能力以及混凝土结构尺寸。

只有充分考虑上述因素后，编制出合理的混凝土配合比试验委托单，试验单位才能根据委托单设计出可靠、经济、适用的混凝土配合比，保证混凝土施工质量和施工进度，降低混凝土施工成本。