如何优化配合比降低生产成本

付转霞

（青海祁连山水泥有限公司，青海 西宁 811604）

0 引言

混凝土是指由水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例拌合而成。现如今混凝土技术发展的主要方向是高强、耐久、经济、高流动性。评价优质混凝土的四大要素是耐久性、强度、工作性与经济性，我们就要从提高混凝土的密实度、改善内部孔结构着手，从而提高混凝土强度和耐久性，进而优化配合比以降低生产成本。为了得到优质混凝土，应做到：大粒径粗骨料低含量、合理的搭配比例；高浆体含量；合理的水灰比以及优质减水剂，提高浆体黏性和流动性，充分包裹和分割粗细骨料颗粒，使骨料悬浮在浆体中，形成良好的高密实度混凝土。水灰比决定了混凝土的强度和耐久性，其中混凝土内部孔结构要求3.5%～5% 均匀、细小的气泡，从而提高混凝土的抗冻性和耐久性。

1 主要原材料要求

（1）水泥浆体能包裹骨料表面并填充骨料空隙，硬化后具有所需的强度和耐久性，水泥的细度、矿物质组成及其强度等级对混凝土的工作性能影响较大。

（2）粗骨料在混凝土中起到骨架作用，其最大粒径、粒型和表面形态及其级配等都很大程度的影响混凝土密实度和强度。需要控制好粗骨料的搭配比例和级配，提高粗骨料的最大紧密密度，从而提高混凝土的密实度。

（3）细骨料在混凝土中起填充效应，它会影响混凝土的包裹性、流动性、可泵性、保塑性。空隙率要小，以节约水泥，比表面积小，以减少润湿骨料表面的需水量。要含有适量的细颗粒（0.315mm 以下），以改善混凝土的保水性和增加混凝土的密实度以及黏聚性，有利于克服混凝土的泌水和离析。在满足混凝土所要求的性能前提下，砂率要尽量低，因为在水泥浆量一定的情况下，砂率在混凝土中主要影响拌合物的和易性。

（4）粉煤灰在混凝土中起到填充效应、微集料效应、活性效应，可以降低水化热，提高混凝土的密实度、耐久性、流动性、可泵性、保塑性，减少混凝土泌水。

1）烧失量对混凝土影响比较大：粉煤灰中未燃尽的碳是多孔海绵状，会造成混凝土需水量、外加剂掺量增加。

2）需水量比：好的粉煤灰玻璃体多，可以提高混凝土的流动性、减少用水量，需水量比小对混凝土强度、可泵性非常有利。当需水量比大于 105% 以后，会大大提高混凝土用水量，降低混凝土强度。

3）细度：粉煤灰细度主要影响混凝土的保水性、包裹性、流动性，防止混凝土泌水，在混凝土中起到综合施工性能的作用。

（5）减水剂在混凝土中起着至关重要的作用，它可以改善混凝土的和易性、包裹性、流动性，降低水灰比，增加混凝土强度，延缓水泥凝结，延缓水化放热的释放速度。要求混凝土含气量宜控制在 3.0%～4.0%，从而提高混凝土耐久性。

2 混凝土原材料与配合比

2.1 原材料

（1）水泥：P·O42.5 水泥，性能指标见表 1。

（2）粉煤灰：选用三个厂家生产的粉煤灰，标记为 F1、F2 和 F3。性能见表 2。

（3）砂：河砂，Ⅱ区中砂，性能见表 3。

（4）石：选用 20～31.5mm、10～20mm 和 5～10mm 三种级配的碎石搭配使用。20～31.5mm : 5～10mm = 7:3 的记为 G1，10～20mm : 5～ 10mm = 5:5 记为 G2，20～31.5mm : 5～10mm = 3:7 记为 G3。性能见表 4。

（5）减水剂：聚羧酸减水剂，性能见表 5。

表 1 水泥性能指标

表 2 粉煤灰性能指标 %

表 3 砂的性能指标

2.2 常用配合比

试验选用 C30 常用配合比，配合比及强度见表 6。拌合物状态见图 1。

表 4 石的性能指标

表 5 减水剂性能指标

该配合比标养强度 33.1MPa，实际构件回弹强度32.4MPa，强度符合 C30 混凝土等级要求，但富余系数较低，并且生产成本较高，究其原因主要是碎石 G1 空隙率较大。为降低成本，需要降低粗骨料空隙率，提高混凝土密实度，从而提高强度。

图 1 常用 C30 配合比拌合物状态

3 调整配合比

为了节约成本，调整粉煤灰，C30 混凝土的配合比及性能见表 7。

当粉煤灰选用 F1 时，因粉煤灰细度较粗，导致混凝土包裹性、黏聚性、和易性较差，Al2O3含量较高，损失较大，漏石较多，砂率和浆体较少，施工性能差，混凝土易泌水，抓底离析。当粉煤灰选用 F2时，出机混凝土和易性、包裹性良好，浆体充足，流速较快，施工性能良好。初始坍落度 230mm，扩展度 580mm×590mm，静置 1h 后损失较小，坍落度220mm，扩展度 520mm×530mm。当粉煤灰选用 F3时，因粉煤灰细度较粗，导致混凝土不保水，静置 10分钟后，流动性差、离析，降低用水量、提高外加剂掺量，仍走浆抓底，混凝土发硬较重，无可泵性。使用不同粉煤灰的混凝土拌合物状态见图 2 所示。

表 6 C30 混凝土配合比及强度

表 7 调整粉煤灰后的混凝土配合比及性能

图 2 调整粉煤灰后混凝土拌合物状态

因此选用 F2 粉煤灰作为常用掺合料、G2 和 G3 作为粗骨料再次确认配合比，见表 8。混凝土出机状态见图 3。

图 3 调整碎石后混凝土出机状态

说明：从前四组试验与后四组试验来看，浆体黏度、和易性、流速、可泵性均良好。前四组试验强度普遍低于后四组，究其原因分析认为，G2 和 G3 的密实度相近，但是由于同等重量的情况下，G2 比 G3 的比表面积大得多，造成在相同浆体体积的情况下，用 G2碎石相对浆体体积不足，粗骨料表面浆体厚度小，降低了粗骨料对浆体的粘结力，从而造成了混凝土强度低。选用 G3 的碎石，随着用水量的增加，浆体明显增多，施工性能越来越优良，但是强度逐渐降低。选用第 G3-1～G3-3 组试验配合比投入大生产，进行校验，见表9。混凝土拌合物不同时间的状态见图 4。

第 1 组是运距为 32 公里的青铜二标 C30 挡墙泵送混凝土，第 2 组是运距为 20 公里的比亚迪 4S 店C30 承台泵送混凝土，第 3 组是运距为 10 公里的乘讯工地 C30 地坪泵送混凝土，以上三组混凝土出机和易性、包裹性、流动性均良好，经过长距离运输后施工性能良好，损失较小，并且从三组数据来看，水泥用量 260kgm3的混凝土强度较稳定，密实度、和易性均良好，可作为施工配合比指导大生产。

表 8 调整碎石后混凝土的配合比及性能

表 9 生产校验混凝土配合比及性能

图 4 混凝土拌合物不同时间的状态图

4 两组混凝土强度和成本对比

对同一工地、同一浇筑部位的两组水泥用量不同的混凝土进行 7d、14d 实体回弹强度，对比结果见表10。

从回弹数据来看，同一工地、同一浇筑部位的两组混凝土强度相近，并且 C30-1 比 C30-2 混凝土结构强度相对稳定，波动较小，说明 C30-1 混凝土实体结构比较均匀密实。

成本对比见表 11。从成本对比来看，使用 C30-1 配合比较 C30-2 单方成本降低 6.99 元，因此从混凝土和易性、密实度、强度、成本来看，C30-1 配合比可以安全、有保障地投入大生产使用。

表 11 两组混凝土成本对比表 元/m3

5 结语

（1）选用矿物组分合理、需水量低、细度小的粉煤灰，可以降低混凝土用水量，有利于提高混凝土施工性能和强度。对于需水量高的粉煤灰，可以降低减水剂掺量，提高用水量，方可得到良好的施工性能，但要注意混凝土强度的降低。为了降低生产成本，尽量降低混凝土单方用水量，提高浆体黏性，增加其对粗骨料的粘结力，减少自由水量，可以有效改善混凝土孔结构，减少孔隙和毛细通道，从而提高强度和耐久性。

（2）选用密实度高、合理级配的粗骨料，可以大大提高混凝土密实度，有利于强度的提高，从而节约成本。

（3）选用优质高性能减水剂，有利于提高混凝土的和易性和施工性能。

表 10 配合比及标养强度对比表