混凝土配合比设计影响因素分析及优化策略

1. 混凝土配合比设计的原则

1.1　和易性原则

和易性原则是指在每一阶段新拌混凝土质量均匀、成型密实的基本准则。它的具体内涵包括流动性、黏聚力、保水等。

混凝土配合比设计必须遵循和易性，这是设计者常常忽略的一项基本原则。这主要是因为，互惠原则是一个综合性的概念，它的标准很难被轻易地定义，但是它的含义需要在不同的试验中单独地加以衡量。在测定流动性时，一般采用坍落度测试，而粘性和持水率则主要依靠经验。该评估方法缺少科学性，往往会对工程建设造成一定的影响。在现有的理论研究中，仅有极少数的学者从实践上对互惠原则的运用进行了讨论。在具体的设计中，要使设计人员的理论和实践相结合，才能真正实现互惠原理。

1.2　配制强度适应性原则

混凝土配合比的设计首先要解决的问题是达到目标强度等级的问题。在不同的施工阶段和结构中，其强度的设计要求是不一样的。同时，由于材料原理、生产工艺、施工工艺等因素的影响，对材料的强度要求也有一定的差别。设计者在进行设计时，应先在试验室内确定各种设计方案的配比，再加入实际的影响因子。通过对试验方案的调整，确保所配制的混凝土达到《混凝土强度检验评定标准》 GB/T 50107-2010 的要求，使其达到工程使用要求。

1.3　耐久性

改善不同工况下的混凝土耐久性是改善混凝土配合比设计的基础。随着我国工程建设领域的不断扩展，混凝土结构的应用领域也越来越广泛。而极端天气、水位升降、化学侵蚀等多种不利因素对混凝土结构的不利影响也日益显现。设计师在进行设计时，应从原材料着手，强化设计，以确保其耐用性。采用多种掺合料，可使混凝土在不同工况下的耐久性得到较大改善，从而为改善整体工程质量打下了坚实的基础。

1.4　经济性原则

只有满足以上三条原则，才能使经济原理得以实现，也就是在各项技术运用达到相关规范的情况下，尽可能地减少混凝土的整体造价，以增加经济效益，确保公司的可持续发展。在时代发展的大背景下，要做到既要做到以科学的比例降低工程造价，又要尽量降低工程后期的运行管理费用、降低运行风险、降低工程设计中的不合理因素所造成的安全隐患，以达到提高工程运行效益的目的。

2. 混凝土配合比设计影响因素分析

2.1　原材料

（1）水泥强度。大量的混凝土配方例子显示，随着水泥强度的增加，混凝土的强度也会相应的增加，这是一种与水泥强度呈正相关的关系。另外，在不改变水泥强度等级的前提下，增加水泥的掺入量对提高混凝土的强度是有利的。

（2）砂率。砂率对混凝土的强度及力学性能有很大的影响。一般而言，砂量的确定要依据工程的要求和施工技术。为避免混凝土强度的大幅改变，保证所配制的混凝土充分符合工程需要，必须对胶凝材料的用量进行适当的控制。

（3）水胶比。在混凝土配制中，水胶比过高会使混凝土中的水泥等粉状物含量下降，使粉体间的空隙变得更大，从而影响到混凝土的强度。如果将这些混凝土用于工程，将会造成建筑物的显著的变形。相反，当水胶比例越小，水泥等粉状物粒子之间的间隔就越小，就越能保证混凝土的强度和致密性。

（4）掺和料。矿渣粉、粉煤灰及其它掺入剂是目前常用的混合料。合理地应用于混凝土配方，可以改善混凝土的水化热速度，并对其性能进行优化。掺入剂中含有一定的活性组分，能对混凝土的后期起到积极的促进作用，从而改善其强度和使用寿命。

（5）骨料。在混凝土集料中，荷载转移是其最基本的作用，但在选用骨料时，必须从工程实际需求出发，保证其合理、科学化。否则，增大的荷载压力不但会使混凝土结构发生变形，而且会对其耐久性、强度、变形能力等造成负面影响。

（6）外加剂。掺入适量的外加剂，可以对混凝土强度进行适当的调节。若将早强剂掺入混凝土，则能明显地加快其硬化速率。因此，在维修项目中，施工单位往往会优先选用早强剂。通过添加适当的缓凝剂，可以有效地抑制混凝土的水化速率，防止因温度变化引起的构件裂缝。通常，缓凝剂的应用是在高温或大体积混凝土的长途运输中。在建筑施工中，减水剂也是一种常见的外加剂。该方法可以改善混凝土的强度，但必须保证水泥用量不能降低，必须控制用量。在有防水要求的结构部位，混凝土中加入防水剂，当水泥凝结硬化时，随之体积膨胀，起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用，达到混凝土抗渗防水的效果。

2.2　环境

所谓环境，就是在混凝土准备区内的空间状况，以及温度、湿度。在强风、高温度的条件下进行混凝土的制作，会对混凝土的性能产生很大的影响。在高温、强风的气候条件下，混凝土的水分蒸发速度较快。若不及时进行养护，混凝土的后期强度将不能得到保障，从而造成构件的变形和裂缝。要合理地处理这些问题，就必须按实际情况适当地提高用水量。若采用低温、极寒的方法制作混凝土，会使混凝土的水化速率大大降低，从而影响到混凝土的早期强度，从而大大降低混凝土的抗冻性和抗裂性。因此，在水泥中加入适当的防冻减水剂、粉煤灰掺入水泥中，可以有效地控制水泥的水化热，从而达到减小后期硬化时混凝土收缩变形的可能性。

2.3　结构部位

在建筑工程中，柱、板、梁的作用是不同的，它们的位置也是不同的。所以，在建造时，不能采用同样强度的混凝土。总体而言，楼面及支承梁比立柱的强度较低。在桥梁工程中，既有桥台又有桥墩，两者在性质上有很大差异，所以采用不同强度的混凝土是非常有必要的。为减少水胶比，在混凝土配合比的设计中，既要考虑水泥强度（通常是1.5～2 倍），又要考虑级配较好的连续级配集料和中粗砂，以保证结构的强度，保证结构的稳定性和耐久性。

2.4　其他方面

除了以上三个因素之外，混凝土的浇筑操作、运输距离、运输方式等都会对混凝土的配合比有一定的影响。若要长途运送混凝土，不但要使汽车平稳行驶，还要有安全保障。若采用泵送法输送混凝土，则必须保证其包裹性及流动性与设计要求一致。在确定了泵送模式后，为了减小混凝土的阻力和改善流动性，必须采用不同的砂率或加入泵送药剂。另外，不规范的浇注工艺会使混凝土的配合比性能下降。所以，在设计时，必须清楚地了解混凝土的生产工艺和施工中的一些问题。

3. 混凝土配合比设计优化策略

3.1　掌握多种类型混凝土配合比技术要求

对工程施工技术条件的掌握，是混凝土配合比设计的先决条件和依据。为此，设计者必须了解工程的相关资料，如构件尺寸、钢筋间距、工程要求的强度等级等，并根据这些资料合理地选用不同的水泥种类和集料种类粒度。针对大体积混凝土，在设计配合比时，应先了解其施工工艺，再根据其强度等级、坍落度、初凝时间等因素，再进行合理的配比设计，并进行持续实验。在此阶段，不仅要保证混凝土的强度，而且要合理地控制混凝土中的水泥用量，同时要注意加大粉煤灰、矿渣粉用量，减少水化热，降低经济成本，提高混凝土的工作性能。在搅拌时，也可采用不同的实验方法，对粉体颗粒大小、膨胀剂、外加剂等进行不同的实验，得到最优的配比。在设计路面混凝土配合比时，应着重考虑塌陷程度，并以大颗粒石的掺入量作为控制目标，以保证其耐磨性能符合有关规定。

3.2　总结和统计混凝土配合比试验数据信息

首先，必须弄清配制混凝土所需要的原材料和性能参数对配制效果的影响。再按设计要求进行配合比的计算，最后编制出混凝土配合比的计算书。按照计算书中有关规定，将水胶比例的波动幅度限制在±0.05 以内。在试验期间，应对流速、抗压强度、凝结时间、抗渗、抗冻等各项参数进行详细的记录。在试验完成后，对各组试验结果进行了对比和分析，并按设计要求确定了最优的配比，并与工程的实际情况相适应，以保证施工安全、稳定、提高经济效益。

3.3　结合施工实际严控混凝土生产过程

（1）对混凝土原材料的品质进行严格的控制。在原料进入工地前，应对其进行质量检验。若出现不良原材料，必须及时进行替换，以免影响混凝土的性能，使其工作性能下降，对工程的质量和安全构成了极大的威胁。所以，在配制混凝土时，要按砂砾的含水率进行适当的调节，以免由于不能及时地调节水分，使混凝土的水胶比例发生变化，进而保证混凝土的抗压强度。

（2）注意检测混凝土中的氯离子和碱含量。严格检测控制混凝土原材料中砂石、外加剂、水泥等原材料氯离子和碱含量。如果混凝土中氯离子超标，钢筋必然会被腐蚀。混凝土中碱含量超标，发生碱集料反应，混凝土膨胀破坏。混凝土配制时，水泥、水量的使用不能太过随意，应严格按设计要求进行配比，以降低生产成本，保证混凝土强度。

结束语

综上，混凝土的配比与整个施工质量有着密切的联系，合理的配比对保证施工质量、安全、经济效益都具有重要意义。为此，相关部门要从原材料、施工环境、结构部位等方面对影响混凝土配合比的主要因素进行深入的分析，并针对具体工程的具体情况，制定出最佳的混凝土配合比设计方案，从而达到最佳的配合比设计，确保施工的整体质量和后期的使用安全。