基于不同区域原材料特点混凝土配方优化的探讨-中国期刊网

基于不同区域原材料特点混凝土配方优化的探讨

徐达林 1 ，钟宇祥 2

1 、广东塔牌集团股份有限公司生产质量部

2、信丰县塔牌混凝土有限公司

摘要：预拌混凝土中砂、石占比达70%左右，合理做好骨料级配搭配，做好水泥和外加剂相容性匹配，按“性价比优先原则”进行商混站系列配合比优化设计，符合国家相关混凝土标准要求，保证商混站企业效益最大化。

关键词：性价比；配合比优化

前言：广东塔牌混凝土投资有限公司是广东塔牌集团股份有限公司下辖全资子公司，管辖若干商品混凝土搅拌站，分布在广东粤东地区，还有福建龙岩、江西赣州等三省部分区域。因水泥、砂、石、掺合料、外加剂等质量和供应量受地域限制，品质差异大，集团公司为保证混凝土质量，不断加强日常监督和考核，严格要求混凝土的配合比设计和质量控制，并要求各区域逐年优化配方，做到质量和成本最佳匹配，促使各搅拌站经营效益最大化。本文以江西赣州区域范围原材料为例，对商砼站系列配合比设计优化及应用作进一步深入探索。

江西赣州区域原材料情况

机制砂：产地：南康隆昌砂场；材质：石灰岩；规格：II区中砂，细度模数Mx=2.8～3.0；表观密度2740kg/m³；堆积密度1560kg/m³；亚甲蓝值1.00g/kg；石粉含量4.1%；总压碎性指标23.0%。河砂：产地：赣江信丰砂；细度模数Mx=2.6～3.0，干净且质量合格。

2、碎石：产地：南康隆昌石场；材质：石灰岩；规格：5-31.5mm连续级配；表观密度2740kg/m³；堆积密度1410kg/m³；含泥量：0.5%；泥块含量：0.1%；压碎性指标：9.0%；针片状颗粒含量：3.0%。

3、水泥：a产地：江西于都“万年青”；b产地：江西信丰“海螺”；c产地：福建武平“塔牌”；三者型号都为：P.O42.5水泥。

如表1

水泥	比表面积（m2/kg）	标准稠度用水量（%）	初凝（min)	终凝（min)	SO3（%）	MgO （%）	烧失量（%）	氯离子（%）	游离氧化钙（%）	28天抗折(Mpa)	28天抗压(Mpa)
a	333	27.8	221	210	2.14	1.51	3.75	0.012	0.79	8.5	48.6
b	350	27.2	148	203	2.08	0.91	3.56	0.017	沸煮合格	7.7	48.7
c	352	25.0	190	240	2.33	2.43	3.54	0.012	沸煮合格	8.9	51.8

掺合料：

1）S95矿渣粉：产地：韶关“嘉羊”；密度：2.9g/cm³；比表面积：432m²/kg；流动度比：101%；含水量：0.1%；7天活性：85%；28天活性：105%。

2）石灰石粉掺合料：产地：龙南“鑫岩”；细度：15.0%；流动度比：102%；含水量：0.0%；碳酸钙含量：76.0%；7天活性：68.1%；28天活性：66.4%。

外加剂：a产地：信丰“华轩”；b产地：定南“合力源”；二者型号都为：聚羧酸高性能减水剂。

如表2

品名	减水率（%）	含气量（%）	泌水率比（%）	固体含量（%）	密度（g/cm3)	PH值	氯离子含量（%）	硫酸钠含量（%）
a	25.7	3.1	21.0	10.52	1.025	5.0	0.03	0.31
b	25.1	3.1	21.0	10.50	1.029	5.8	0.03	0.31

二、方案优化

1、方案分析：

1）水泥是生产混凝土主要的大宗原材料之一，结合本地市场水泥价格参数，三种水泥均为大型上市公司生产的品牌水泥，品质有保证。为改善和易性且满足施工要求，将水泥和外加剂相容性好坏作为选择外加剂品牌的主要参数依据。

2）当地机制砂多为湿法生产工艺，整形设备较差，棱角多、粒形差，且多为使用絮凝剂后再压滤处理，砂的含水量大，生产控制难度高，砂多为两头粒径偏多，中间范围粒径偏少，级配不良，石粉含量偏高，外加剂吸附性大。做好机制砂合理搭配，寻求不同砂场粗、细砂配到级配符合二区中砂，石粉含量配到小于10.0%，同砂场沟通控制好絮凝剂掺量范围。碎石粒型一般，含泥量偏多（石粉为主），直接影响外加剂的掺量。同样多寻找几家石场进行搭配，区分好碎石质量差异配制不同标号砼。

3）因当地粉煤灰供应量不足且价格高，故采用本地产石灰石粉掺合料部分取代粉煤灰，改善砼和易性。主要使用韶钢“嘉羊”S95矿渣粉，活性高且供应量稳定，能有效改善砼流动性，特别是夏季高温季节，能有效减少砼坍落度的损失。

2、优化设计：

1）针对机制砂、石相比于广东省、福建省区域范围质量稍差，配合比设计时适当增加胶凝材料用量比例，并协调外加剂厂家到站多次试配，合理复配，并调整好粘聚性，且最大限度满足同水泥相容性相匹配。

2）遵照JGJ55-2011《混凝土配合比设计规程》、JGJ/T11-2011、GB50164-2011、GB/T50080-2016、GB/T50081-2019等国家相关标准要求，充分考虑当地施工平均水平，优化配合比设计。

3、试配方案

1）试配思路：优化设计的基本原则是“性价比优先原则”，在满足同等施工性能前提下，强度稍高者优选；在同等强度情况下，价格稍低者优选。因C30标号泵送砼需求量最大，所以用C30泵送砼作基准配合比设计，兼顾高、低标号和其它特殊标号砼设计并逐一展开，得出系列基准配合比，并分夏、冬季节两种基准配方，选用富余系数较合适的基准配方进行试生产，根据生产情况及时做调整，在确保质量合格且稳定的前提下，科学严谨试用，并按月进行强度统计评定，逐年优化基准配方。

2）试配情况：

① 配合比数据，单位（kg/m³)

表3

编号	水泥	矿粉	掺合料	机制砂	碎石	水	外加剂	容重
1#	250	50	65	850	970	165	9.1	2359
2#	250	50	40	837	1015	161	7.2	2360
3#	250	50	65	850	970	166	9.1	2360
4#	230	50	90	840	980	161	8.8	2360
5#	215	50	100	830	983	164	8.5	2351
6#	395	100	0	693	1050	150	12.0	2400
备注	1、材料：“嘉羊”S95矿渣粉；“鑫岩”石灰石粉；机制砂和碎石都为“隆昌”石场；“华轩”聚羧酸。
备注	2、1#、2#、3#、4#都为C30泵送；5#为C25泵送；6#为C50泵送；其中1#为“海螺+机制砂”；2#为“万年青”+河砂；3#为“万年青”+机制砂；4#为“塔牌”+机制砂；5#为”塔牌”；6#为“塔牌”。

② 砼性能和成本

表4

编号	坍落度（mm）	扩展度（mm）	性能状况	7天强度（Mpa)	28天强度（Mpa)	单方成本（元/m3)
1#	0h:195 1h:160	0h:530 1h:450	和易性较好，气泡略多，坍损一般	24.3 /81%	35.9 /120%	287.1
2#	0h:195 1h:175	0h:540 1h:460	流动性和包裹性均较好，坍损较小	26.3 /88%	38.8 /129%	301.6
3#	0h:195 1h:165	0h:550 1h:450	和易性，流动性一般，浆体较好，坍损略大。	25.3 /84%	37.4 /125%	285.8
4#	0h:190 1h:165	0h:540 1h:450	和易性，流动性，浆体一般，坍损略大	25.8 /86%	37.7 /126%	283.9
5#	0h:200 1h:175	0h:540 1h:450	和易性，流动性，均较好，坍损一般	23.2 93%	34.5 138%	279.3
6#	0h:190 1h:165	0h:540 1h:450	和易性，流动性，粘聚性，均良好	53.1 /106%	66.3 /133%	357.7
备注（单价）
海螺	塔牌	万年青	嘉羊	鑫岩	信丰河砂	隆昌机制砂	隆昌碎石	自来水	华轩
435.0	445.0	430.0	360.0	152.0	105.0	81.0	71.0	2.0	1360.0

统计分析

图1

表5

C30	最大值	最小值	平均值	标准差	备注
1#	40.5	30.9	35.1	2.74	离散系数略大
2#	38.5	34.5	35.7	0.80	强度均匀性好
3#	37.7	33.6	34.8	1.05	强度富余系数差
4#	41.0	31.4	35.1	2.50	强度富余系数好

使用三种水泥分别经过1～2季度的试生产，按GB50107-2019《混凝土强度检验评定标准》进行统计评定，经分析得出初步结论：

1）严格控制好进站机制砂含水量，按照“先进先用”的原则，分仓堆放、合理搭配使用；针对机制砂携带的絮凝剂与聚羧酸外加剂相互冲突的弊端，增加生产过程中含水率的检测频次，加强生产质量过程控制和试配验证工作。

2）三种水泥相比，使用“塔牌”水泥生产的砼和易性较好，坍损情况基本持平，混凝土收缩开裂、抗渗等指标基本相近。根据配合比数据对比，使用“塔牌”水泥比使用“海螺”或“万年青”生产砼的水泥用量可减少20kg/m³，单位用水量可减少5kg/m³,外加剂掺量降低0.1%-0.2%，单方成本可节约3-5元/m³，性价比最优。

3）三种水泥相比，若价差小于40元/吨，优先使用“塔牌水泥”；若S95矿渣粉与P.O42.5水泥价差大于60元/吨，尤其在夏季配方生产中，优先使用S95矿渣粉等量取代水泥，混凝土效益更佳。

三、结论

1、水泥各项性能指标中，标准稠度用水量，水泥颗粒级配（比表面积），水泥成份（SO₃含量）等，对混凝土性能影响比较大，是配方优化设计的关键影响因素，需综合考虑性价比并优选水泥品牌。

2、因受区域地材限制，大多数机制砂湿法工艺生产，粒形差且石粉含量高，与砂供应商协调沟通控制絮凝剂合适掺量，并合理搭配砂、石；选用同劣质地材相适应的掺合料和聚羧酸外加剂，聚羧酸中保坍成份及复配成份需合理匹配，改善砼和易性。

3、严格按“性价比优先原则”，在符合混凝土相关的国家规范标准要求，并吻合当地建设行政主管部门相关的混凝土政策规定，进行混凝土配合比设计和优化，发挥混凝土最大成本效益。

参考文献

[1]孙海超.关于混凝土原材料的检测和控制研究[J].建筑工程技术与设计,2018,(29):3954.

[2]宋兰平,郭磊.关于混凝土原材料的检测和控制研究[J].四川水泥,2018,(9):333.doi:10.3969/j.issn.1007-6344.2018.09.319.

[3]陈梦雄.混凝土原材料质量控制与标准应用[J].建材标准与检测,2008,(5):10-14.

[4]李大明,万里.材料对混凝土质量的影响及控制措施[J].中国新技术新产品,2010,(10).166.doi:10.3969/j.issn.1673-9957.2010.10.161.

[5]章斌.主要分析混凝土原材料对混凝土质量的影响[J].建筑工程技术与设计,2018,(15):4932.doi:10.3969/j.issn.2095-6630.2018.15.779.