高强混凝土配合比确定方法的探讨

随着材料的开发及应用，砼组成材料由普通砼的水泥、砂、石、水四种发展为5～7种组成材料，使影响砼强度及工作性等的因素变得更复杂，这就为砼配合比的确定提出了新的要求。砼配合比的确定，关键是要保证砼满足施工、强度、耐久性、经济性四方面要求。在现行配合比设计规程JGJ／T55—96中，高强砼配合比确定方法基本上还采用普通砼的确定方法，但在实践中，该方法已显不足。

1 现行的高强砼配合比确定方法

高强砼配合比的确定现在基本是应用普通砼的确定方法。该方法是利用鲍罗公式及表格按强度及耐久性要求确定水灰比 ；按粘聚性要求确定砂率Sp；按流动性要求确定单位用水量W_O；按经验确定外加剂掺量及掺合料用量；按以上确定参数计算初步配合比；然后进行试拌，按工作性好坏，对Sp、W_O及外加剂等作适当调节；最后利用～f的线性关系进行强度调节确定配合比，这方法以其简单易行一直被人们所应用^[2]。

2 在普通砼及高强砼中，用料及配合比关键参数对性能的影响的差别^[1~3]。

2.1 水灰比

1）在原材料一定的条件下，在普通砼中，对强度起决定性作用。因此，在确定时，除考虑耐久性外。主要由强度确定：而在高强砼中，除外，骨料含量、砂率、单位用水量等对强度也影响较为显著。

2)在普通砼中，灰水比与砼强度f的关系为线性关系，在进行砼试配时，正是利用了此关系进行强度调整；而在高强砼中，当较小时，～f的线性关系反常。

2.2 磅率Sp的影响

在普通砼中，Sp对强度影响很少，对粘聚性影响十分显著。随着Sp增大，粘聚性变好。因此，在确定砼配合比时，没有考虑对强度的影响，只是按施工操作要求的粘聚性确定Sp。在高强砼中，Sp对砼强度影响较大，试验表明，Sp减少，强度增加，Sp每减少1%，强度约增加1%；而Sp对粘聚性影响较小，原因是高强砼的较小，水泥用量大，且掺入大量的掺合料，本身粘聚性很好。

2.3 骨料含量的影响

骨料含量对普通砼强度影响很小，而对高强砼影响较为显著，影响程度仅次于。试验表明每减少0.01，强度增加3.5～5%，愈小，强度增长率越大，而对强度的影响程度为每减0.02，强度增加6.5~9%。

2.4 单位用水量W_O影响

普通砼中，当流动性一定时，用水量基本恒定，且当一定时，用水量W_O对强度影响甚少，因此，需水量主要按施工要求流动性确定；而在高强砼中，用水量的大小对强度影响较为显著，当一定时，W_O愈少，强度愈高。试验表明，其影响程度与骨料含量对强度影响一致，当每m³砼减少5kg水时，强度增加3.5%～5%。但是，W_O受到外加剂的种类及掺量、混合料的种类及掺量、坍落度损失要求制约。 

2．5 外加剂的种类及用量的影响

在高性能砼中，一般都加有外加剂。常加的有高效减水剂和缓凝剂。减水剂主要用来提高砼流动性，其掺量的大小与减水剂种类、投放时间、水灰比、水泥与骨料种类、数量及环境温度等因素有关，很难以先确定准确的掺量。太小，减水效果不显著；太多，超过减水剂饱和点，不但流动性不再增加，砼还会产生离析，影响砼质量，同时还增加成本。缓凝剂也有类似情况，掺量适中，有利于减少坍落度损失，保证砼的泵送性能；掺量太小，作用不大；太多，凝结时间过长，影响后续施工操作，同时会使砼长时间疏松不硬，强度严重下降。

此外，水泥品种，掺合料的种类及掺量、骨料品种等对砼强度及工作性都有一定的影响。

3 普通砼配合比确定方法在高强砼中应用已显不足

从以上论述可见，由于材料品种繁多，性能各异，配合比中各参数对砼性能影响复杂。因此，高强砼中的各材料用量及各参数的取值很难像普通砼一样，予先确定一个具体值。因此，普通砼配合比确定方法在高强砼中应用已显不足。主要有以下几方面：

1)只考虑对强度的影响，忽略其它参数或材料品种对强度的影响，得出的配比不经济。试验表明，同时考虑、sp、Wo及骨料含量对强度的影响进行配制砼，可显著提高砼强度及节约水泥，节约水泥12%~20%；2)利用～f的线性关系进行强度调整，当较小时，得出的配比不准确；

3)较难把砼强度，耐久性、工作性及经济性统一起来。在配合比设计时，虽然其也考虑这些内容，但它是孤立地考虑的，因而得出的配比不够合理；

4)未有考虑各材料的特性及各材料之问的相互影响；

5)较难适应多项要求的砼。如若同时要求砼满足强度、抗渗标号、坍落度、坍落度损失值、弹性模量及成本等目标，这种方诖就显得无能为力。

4 应用“正交一综合评定法”确定高强砼配合比

4．1 正交一综合评定法：该方法是利用正交试验的原理安排试验，根据试验结果进行综合评定，找出满足各项工程要求的最佳配合比的方法。步骤及方法见4.3实例。

4.2 正交一综合评定法优点：

1)在各材料及参数对砼性能的影响还不太清楚的情况下，它能很好地处理各材料、各参数之间的相互关系。它通过科学安排试验，利用其“整齐可比性”及“均衡搭配性，通过分析试验结果，可得到优化的配合比。 

2)它能把砼强度、耐久性；工作性及经济性统一；适应多目标要求的砼；所得的配比技术先进，经济合理。

3)通过试验数据的分析，可弄清各材料，各参数对砼强度、耐久性、工作性及经济性的影响趋势及其影响的主次关系，为施工管理、质量控制、成本管理提供依据。

4.3 实例：

某工程，混凝土设计强度等级为C55，C6O，采用泵送施工，坍落度要求150～180mm。材料采用P.o525水泥，Dm~20mm碎石，中河砂，FDN高效减水剂掺量为0.5～1.1，缓凝剂为糖蜜，掺量为0.1%~0.3%。

1)明确试验解决问题及考核指标

要解决的问题：提出满足施工要求，强度要求、耐久性要求及经济性要求的配合比。

考核指标：C55砼强度≥65MPa，C60砼强度≥69MPa，入泵坍落度S=150～180mm，30rain后

坍落度≥120 mm，成本愈低愈好。

2)挑因素，选水平。选择的因素及因素水平如表1： 

表1 试验因素水平表

3)选择正交表：由于有4个因素，3种水平，故选择L₉，(3⁴)正交表。

4)试验安排：根据已选定的因素、因素水平及正交表，试验安排如表2。

5)试拌：按试验安排中各试验号的参数计算试拌用料。试拌时，高效减水剂用量以使流动性S=150～180mm确定。并把试验结果填于表2。

表2  试验方案及结果表

备注：FDN—高效减水剂；S—坍落度；∆S—坍落度损失值；f—抗压强度；W—成本价

6)试验结果分析

① 确定各因素对砼性能影响趋势及主次

各因素、因素水平对砼强度、坍落度损失值、成本影响如表3．表3数据是表2同一因素同一水平结果的平均值。通过对极差进行分析，可得出各因素对以上结果影响的主次，极差愈大，影响愈大。各因素对砼强度影响趋势大小为A>B>C>D，水泥用量、用水量，砂率大小对强度都有较大的影响；对坍落度损失值影响趋势大小为：D>B>A、C。缓凝剂掺量及用水量影响较显著；对成本的影响趋势大小为A>B>C>D，影响最大的为水泥用量．以上分析有利于施工管理，质量管理及成本管理。 

表3 极差分析

② 确定最佳配合比

直观法：在目标数较少或较易判别优劣时可用此法。如本试验，以满足工作性要求，强度要求的条件下，成本低的为优．所以C55，C6o配比分别可定为4^#，7^#试验结果。

综合评分法：当目标数较多或较难用直观法判别优劣时使用。

步骤如下：第一，按各目标重要性程序不同，分别确定分值系数k。如本试验，确定配比的原则为：在满足施工、强度要求的条件下，尽量节约材料，因此，强度，坍落度损失值、成本的分值系数k分别取2，1，3。

第二：评定各试验各目标得分：首先确定基本得分a．，再求该目标得分k₁·a₁评定基本得分的方法为：若目标值不符合设计要求得0分；其余按优劣排列，分捌得分为n，n—l……l。也可用跳跃式评分，以便把优劣拉开得分距离。

第三：求各试验综合得分：把各试验各目标值得分相加。如7^#试验，坍落度损失值、强度、成本的基本得分a．分别为3、5、6。目标值得分为：a₁·k₁=3×l，5×2，6×3，综合评分为31分。

第四步：确定最佳配比：综合得分高为优。然后按综合分高低排名次，当综合分相同时，以最重要目标为优者为优．本试验排次见表二、由表二得C55，C66配比分别为4#及7#试验结果。

5 结束语

从以上论述可见，用正交综合评分法确定高强砼配合比，可避免试验的盲目性。它特别适合多目标要求的砼，能使砼满足工程各项要求，并取得一定的经济效益。

参考文献：

[1] 卢进亮，张树辉，高性能混凝土配合比关键参数对强度的影响[J]。广西大学学报（自然科学报），1998，（2），168。

[2] JGJ/T55-96，混凝土配合比设计规程[S]。中国人民共和国行业标准。

[3] 陈肇元，高墙混凝土及其应用[M]。北京：清华大学出版社，1993。