混凝土原材料选择与配合比设计探析

一、混凝土的基本组成
　　通常情况下，混凝土的基础组成材料包括了天然砂、水泥、石子以及水，其中在混凝土中发挥骨架作用的材料为砂石。而水与水泥形成水泥浆，水泥浆将砂砾间的空隙填满，并在砂砾表面包裹以形成水泥砂浆；而水泥砂浆将石子包裹，并将石子间的空隙填满，最后形成混凝土。如若情况需要的还应当添加适量的矿物掺合料以及相关化学添加剂。而掺合料的数量以及性质会对混凝土变形以及强度等产生影响。普通的混凝土配合比指的是混凝土中各个组成材料的用量之间的比例关系。 设计混凝土配合比，具体要求是选择适合的水泥、外加剂、掺合料、石子和砂子等。添加外加剂应保证使其与所用水泥相适应。混凝土配合比设计必须以数次试验的最佳配合比为准。原材料的质量必须经检验合格。在进行配合比设计时，常常需要完成4个步骤：①对配合比进行初步计算；②试拌调整，明确准配合比；③对其强度进行检验，并对试验室的配合比进行确定；④将其换算为施工的配合比。
　　二、混凝土设计技术指标
　　第一，在进行混凝土配制中应进行抗裂性对比试验，确定最优良的配合比。第二，混凝土的抗碱一骨料反应性能应满足以下几点要求： 首先，碱一碳酸盐反应岩石柱膨胀率或骨料的碱一硅酸反应砂浆棒膨胀率需不大于0.10%；其次，如若骨料的碱一硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.2%～0.3%范围中的情况，不但要确保混凝土的碱含量符合相关标准要求，而且还必须适量掺加复合外加剂或有明显抑制效能的矿物掺合料到混凝土中，且还需开展有关试验来证明其抑制情况。第三，钢筋混凝土中氯离子总含量应当在胶凝材料总量的 0.10%内，包括细骨料、 粗骨料、矿物掺合料、水、水泥、水泥、 外加剂等所含氯离子含量之和，且预应力混凝土的氯离子总含量应当不大于胶凝材料总量的 0.06%。第四，要求混凝土含气量不应小于 2.O%。
　　三、混凝土用原材料及配合比设计
　　1. 配合比设计原则
　　在设计混凝土的配合比时，应当结合混凝土耐久性、混凝土设计强度等级、原材料品质、以及施工工艺对工作性的要求，并采用计算、调配、调整等步骤来进行确定，确保所配制而成的混凝土能够符合设计强度、施工需求以及耐久性等质量要求。混凝土配合比设计应首先考虑混凝土的耐久性要求，然后根据施工工艺对拌合物工作性和强度要求进行设计。且经过试配、调整，试验合格且确定能符合使用需求的情况下才能够正式投入施工。此外，还可适当掺加优质的矿渣粉、粉煤灰或硅灰等矿物外加剂到混凝土图，以提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能。值得注意是，其掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。
　　2. 水泥的质量控制
　　水泥是混凝土中最主要的胶凝材料，选择优质的水泥对混凝土十分重要。在选用水泥时除配制普通混凝土要注意的因素外，也要注意水泥内在质量的稳定性和与高性能减水剂的相容性，相容性主要表现在用其拌制工作度满足要求的混凝土时，水灰比的大小与塌落度经时损失两方面。目前市面的水泥未追求早期强度，其比表面积一般都远超过国标规定的最小限值，但这会造成混凝土早期水化升温的峰值提前到来，不利于早期裂缝控制，因此在选用水泥时应注意尽量使用水化热低的水泥。另外，从经济方面考虑，水泥的富余强度应该尽量高。
　　3. 高性能减水剂的选择
　　设计配制混凝土，需要掺入高性能外加剂。目前商品混凝土搅拌站普遍使用的高性能减水剂主要是聚羧酸系高性能外加剂，此种外加剂一般都是复合外加剂，集减水，缓凝，泵送，保塌，引气等作用于一体。高性能减水剂的使用可以在大幅度地增加预拌混凝土的坍落度及提高混凝土的强度的同时，提高混凝土的耐久性。在混凝土中掺人高效减水剂后，使水泥浆体的絮凝结构破坏，释放出自由水，混凝土的流动性显著提高。高性能减水剂不但要具有高的减水效率，而且要能与水泥相容。减水剂对坍落度损失的控制特性将决定它是否能够适合用于混凝土搅拌站或建筑工地的现场浇筑。
　　4. 矿物掺合料的控制
　　在混凝土中掺加矿物掺合料能显著降低混凝土早期水化热，降低早期开裂风险，提高混凝土耐久性。配制混凝土最常用的矿物掺合料，主要是硅灰、粉煤灰和磨细活性矿渣等。其中掺加粉煤灰对改善混凝土工作性能效果方面表现优异。粉煤灰颗粒细微，由于其颗粒形状与粒径分布，因此表现出显著润滑与填充作用，同时粉煤灰主要成分是氧化硅、氧化铁和不定量的氧化铝，对混凝土后期强度也有一定贡献，而同时由于在燃烧时未充分燃烧的碳在混凝土成型后易氧化造成混凝土表层碳化，影响耐久性。因此在选用粉煤灰是应严格检测，严禁使用烧失量与细度不合格的产品。在目前形势下，磨细矿渣粉是目前发展较快的另一类掺合料，它与粉煤灰不同，由于成分的差异，磨细矿渣粉有着优异的后期强度发展空间，甚至比水泥强度高很多但早期强度差与水泥，因此掺加此类掺合料能显著的延缓早期温峰的到来同时提高混凝土的后期强度与耐久性。而硅灰由于其价格上的劣势加上掺加硅灰明显增加了早期开裂风险，虽然能明显的增加混凝土的工作性能，但在目前的商品混凝土行业中使用并不多。
　　5. 集料
　　对混凝土而言，集料最好选用颗粒圆润，粒径分布合理的品种，同时细集料应选择质地均匀坚固、级配良好、吸水率低的中粗河砂或人工砂，一般其细度模数应大于2.6。含泥量应小于1.5%。配制C80以上的超高强混凝土时。其含泥量应小于1.0%，有条件时应冲洗后使用；粗集料应选择抗压强度高和表面相对粗糙的品种，级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石较为适用；一般控制粗集料的最大粒径不宜大于25mm，针片状颗粒含量不大于5%。不混入风化颗粒，含泥量不应大于l%；配制C80以上高强混凝土时，岩石的立方体抗压强度应该比要配制的混凝土强度高20%以上，粗集料的最大粒径不宜大于20mm，粗集料宜采用2级配。含泥量不得大于0.5%。混凝土制备主要技术途径是利用优质的化学外加剂和矿物外加剂。化学外加剂可改善工作性，生产低水胶比的混凝土，控制混凝土坍落度损失，提高混凝土的致密性
　　和抗渗性；矿物外加剂可参与水化，起到胶凝材料的作用，改善界面的微观结构，堵塞混凝土内部孔隙，提高混凝土的耐久性。
　　四、结束语
　　总而言之，不同的配合比设计方法都有自己的针对性和侧重点，没有一种混凝土配合比设计方法对所有的混凝土都适用，因此，对于相关施工人员来说，不能再根据实际经验进行相应的选择，一定要结合设计方法，具有针对性的进行选择，从而能够充分利用施工材料，降低施工成本。所以对于施工人员来说，在实际配置混凝土时，一定要结合工程实际情况，再通过科学的计算，选择最佳的配合比，进而达到最佳效果。