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利用水胶比与强度的回归关系
解决混凝土配合比设计问题
1112122吴佳健 林国雄 苏妙芬 温伟强 何志中 荣 凯 张 曹
(1. 深圳市宝金华混凝土有限公司，广东，深圳 518103;2. 深圳市宝安区建设局，广东，深圳 518103)
摘 要:本文根据混凝土强度与水胶比呈线性关系的特点，通过多组不同水胶比与强度
的回归试验建立相关函数关系，探求用此方法快速解决常用的中低级混凝土配合比设计
问题。
关键词:水胶比;试配;强度;线性关系;配合比
前言1 做好试配工作非常重要
近年来,随 着国民经济的快 速 发 展,我国建 筑 业也以1.1 对于预拌混凝土企业而言,原材料的抽检和试验是一项 前所未有的速 度向前 推 进。为实现国家 提出的节能减排目 繁琐而重要的工作,也是混凝土质量控制和确保混凝土工程 标,减 少工业污 染,改善 和 提 高人 民 生活 环 境,多 种 新材 质量安全的重要一环。
料、新技术、新工艺不断推陈出新,为满足城乡建设要求, ,1,根据《预拌混凝土》,GB/T 14902-2003,5.1.2条和 预拌 混凝 土 生产企业也快 速向第二 三线城市发展。由于受 《混凝土结构工程施工质量验收规范》,GB 50204-20 02, 自然资源及货源供应的限制,预拌 混凝 土企 业 所需原材料 第7.2.1条规定,散装水泥应以500吨为一验收批,若以每月品种、规格、品质也因供应商或货源的限制,材料的品质参 生 产3万立方米,7万立方米混凝土计算,日消耗水泥用量差不齐,给混凝 土的质量控制及 工程 质量保证带来极大隐 约250 吨,40 0吨,如果对每批次进库水泥做各强度等级混忧。为提高工作效率,规范及健全混凝土设计方法,满足设 凝土配 合比设计或验证,其工作量是很大的。 计和施 工合 理 要求,确保混凝 土工程 质量安 全,并 使 混凝 ,2,根据《规程》第6.2.6条,2,规定,当遇水泥、外土 成 本达 到经济合 理,在 满足最 新版的《普通混 凝 土配合 加 剂或矿物 掺 合 料等材料因品种或 质量有显著变化时,还比设计规程》,JGJ 55-2011,以下简称《规程》,前提下,笔 应 对常用的混凝 土配合比作重 新设 计或验 证,如果水泥或者根 据多年从事混凝 土 生产及相关试 验,通 过多组不同水 外 加剂因品牌、品种、强度更换时,还应对所有配合比作重胶比的混凝土试验,建立水胶比与强度的回归关系公式,可 新 设计或验证,其工作量一样很大,包括不同种类及坍落度很好地 解 决混 凝土配合比设 计问题,此方 法 效率高、实用 的 混凝土,。
性强。本文归纳总结了一些做 法和经验,和行业内人士共同 ,3,按《规程》第6.1.5条,1,规定,每一配合比设计探讨。 应 采用三个不同水胶比的配合比,其中一个应为《规程》第
6.1.4 条确定的试拌配合比,另外两个配合比的水胶比宜较
试拌配 合比分别增加和减少0.05,试验时还要求混凝土拌收稿日期:2012-06-19
合物性能
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应符 合设 计和施 工要求。因混凝土试验还会受其他因素影所用材料进行技术鉴定。为了确保用于生产的配合比具有良 响,实际试验次数一般较设想的要多。在满足《规程》前提下 好的重复性及实用性,试配所用的材料应与生产用的原材料 快速掌握不同材料组合的混凝土特性及技术性能就显得格 一致,确保胶凝材料,尤其是水泥,与外加剂不变。根据《规 外重要了。 程》要求并结合历史经验设计初步配合比,并按上述要求组
织试配。 1.2 当混凝土强度不大于C60时,笔者建议采用快速试验法
推 算水泥28天强度,根据《规程》第4.0.2条规定并结合公2.1 为提高试配的准确性并使今后所用的配合比成本达到经 司实 际质量管理水平及施工工艺水平选择合理强度标准差0.1克的电子秤称量 试配用的水和外济合理,建议用精度
σ,按 加 剂,用精度5克的电子秤称量胶凝材料及砂石材料。将称
好的 水和外加剂混合稀释并一次性,全部,倒入搅拌机内与《规程》第5.1.1条要求分别计算出C20和C55,建议,两级
其他 材料一起搅拌约1分钟。为确保混凝土水胶比的准确,水 胶比值,将C20的水胶比值+0.05,C55的水胶比值0.05-
试配应 将外加剂的含水量扣除。由于拌合物的测试项目较作为 试配两端点水胶比值,建议取小数点后三位数,,水胶比
值每 间隔约0.05,或大或小一点均可,做一次试配,用水多,会丧 失部分浆体,,建议每次试配量不少于25升,其中
3量、各矿 物掺合料掺量、外加剂掺量及砂率结合历史经验并最少成型一 组标准试块,15cm,并标准养护至28天龄期。 经试验确 定。其基本规则是水胶比越小,单位用水量越小,2.2 按《规程》要求,混凝土试配时应保持水胶比不变,即在 砂率也越 小,反之亦然,外加剂掺量随水胶比变小而增加,即调整用水量时也应同时调整各胶凝材料用量,,但在试配过 混凝土强 度越高,外加剂掺量越高。 程中,由于混凝土和易性及工作性的需要,仍需微调混凝土
的用水量或矿物掺合料,工作量较大,且还有一定的难度,这 1.3 在试配过程中,随着水胶比的改变,技术人员应根据原材
需要试配技术人员具有一定的工作经验。 料的特性 并结合已完成的试配结果,灵活调整混凝 土用水
量、外加剂掺量、矿物掺合料及砂率,务求混凝土拌合物和易 2.3 为提高设计所得配合比的实用性,试配应按同类型混凝
土、相同工作性,如坍落度值接近,组织试配,所得数 据仍 性、坍落度、流动度及保塑性等指标满足设计和施工要求。为
按上述方法分类统计。因两个相邻水胶比的混凝土存在一定 提高试配效率,技术人员还可以将历史上使用较为成熟的配
的关联,试验时可先做水胶比值大,低强度,的混凝土,后做 合比引入试配,只要拌合物和易性、工作性满足设计要求,过
水胶比值小,高强度,的混凝土,并根据上一次或几次试验 程无误即可列入统计数据。
结果诱导出下一次的试验?务求试配效果与实用的配合比一 1.4 为了确保回归方程具有更高实用性,试配时必须确保两个
致,这样得出的配合比更具实用性。 相邻的水胶比差值,0.100。根据统计学理论,随着试配次数
2.4 在试配过程中,两个相邻的水胶比值之差在0.030,0.090 ,n值,的增加,回归方程的误差则越小。为了提高回归方程
之间。待混凝土7天或28天强度结果出来,将每一胶水比的实用性,建议有条件的试验室可适当增加试配次数,为优
,水 胶比之倒数,取小数点后三位数,值x和对应的强度值化配合比、稳定混凝土质量创造必要条件。 2 试配的方法及要点 Y分别 输入电脑,或用最小二乘法,即得回归方程,
混凝土的试配过程就是对原材料品质的鉴定过程。为了 Y=a+bx
提高混凝土试配效率,快速掌握混凝土基本特性,在混凝土 根据《规程》第4.0.1条和4.0.2条要求,并结合质量管试配前应按《预拌混凝土》,GB/T1 4902-2003,第5项要求理 水平,在充分考虑施工实际情况后初定试配强度值,Y,并对 代
表 1 试配所用材料
水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 水 天山P.O42.5 广西柳矿S95 深圳妈湾? 深圳五山12%聚羧酸 西江中砂 中山明耀5mm~25mm 饮用自来水
表 2 不同水胶比对应的矿物掺和料取代率(%)及用水量
水胶比 0.650 0.623 0.598 0.575 0.550 0.525 0.490 0.455 0.415 0.380 粉煤灰(%) 30 30 30 30 30 30 28 25 23 21 矿粉(%) 15 15 15 15 15 15 17 17 17 17
用水量 180 178 177 176 175 175 175 173 170 168
总372012.07 混凝土世界 77 期
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表 3 混凝土试配记录(假定容重法)
序号 内容 计算公式及引用标准 说明 计算结果
确定每立 方 m—每立方米混凝土拌合物假 定质量，容重， 33cp 1 按JGJ 55-2011第5.5.1条 m ,取2325kg/m～2380kg/m 米混 凝 土假 3 3 cp 可取2350kg/m ～2450kg/m 定容重 试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg 编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 176.709 153 41 83 3.740 839 1025 2522 0.650 45% - 6.386 8.109 2.173 4.399 0.198 47.446 54.325 抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28 2322 2330 195/450 良 7?35 8?50 17.8 28.3 试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg 编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 174.476 157 43 86 4.004 831 1030 253-1 0.623 44.7% 6.296 8.321 2.279 4.558 0.213 46.994 54.590 抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28 2326 2330 190/475 良 7?30 8?30 19.3 29.5 试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg 试 验 配 合 比,53L 试编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 验日期: 173.353 162 45 89 4.144 823 1035 2012 年4月 253-2 0.598 44.3% 11日 6.266 8.586 2.385 4.717 0.220 46.542 54.855 2 温度:27? 湿度:80% 抗压强度，MPa， 砂含水率: ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t 6.7% R7 R28 ，已扣 除 外 加剂含水， 2333 2340 200/400 良 7?15 8?20 20.1 31.2
试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg
编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石
172.095 168 46 92 4.437 823 1040 254-1 0.575 44.2% 6.199 8.904 2.438 4.876 0.236 46.541 55.120
抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28
2346 2340 200/460 良 7?00 8?20 21.8 34.2
试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg
编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石
170.942 175 48 95 4.611 807 1045 254-2 0.550 43.6% 6.194 9.275 2.544 5.035 0.245 45.637 55.385
抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28
2346 2360 190/465 良 6?50 8?00 23.3 35.0
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试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg
编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 170.605 183 50 100 4.995 796 1050 255-1 0.525 43.1% 6.318 9.699 2.650 5.300 0.265 44.909 55.650 抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28 2355 2360 195/470 良 6?40 7?55 25.0 39.7 试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg 编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 170.288 200 57 100 5.355 772 1055 255-2 0.490 42.3% 6.386 10.600 3.021 5.300 0.284 43.555 55.915 抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28 2360 2380 185/500 良 6?35 7?50 28.9 40.1 试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg 试验配合 比,53L 试编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 验日期: 168.32 220 65 95 5.32 751 1060 2012 年4月 2561 0.455 41.5% -11日 6.353 11.660 3.445 5.035 0.282 42.370 56.180 温度:27? 湿度:80% 抗压强度，MPa， 砂含水率: ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t 6.45% R7 R28 ，已扣 除 外 加剂含水， 2365 2370 210/480 良 6?40 7?40 31.1 42.8
试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg
编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石
164.95 245 70 95 5.74 729 1065 256-2 0.415 40.6% 6.25 12.985 3.710 5.035 0.304 41.129 56.445
抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28
2375 2370 200/480 良 6?20 7?00 35.0 48.1
试验的配合比及试配53升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg
编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石
162.55 274 75 93 6.188 700 1070 257-1 0.380 39.5% 6.225 14.522 3.975 4.929 0.328 39.490 56.710
抗压强度，MPa， ρρ坍落度/扩散度 工作性 初凝 终凝 C,C C,t R7 R28
2385 2390 220/410 良 6?20 7?00 42.5 55.0
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水胶比 R28 胶水比 编号 W/B ，X， ，Y， 2522 0.650 1.538 28.3 - 分别将: 2531 0.623 1.605 29.5 -X=1.538 y=28.3; 11 X=1.605 y=29.5;2532 0.598 1.672 31.2 22 - X=1.672 y=31.2;33 2541 0.575 1.739 34.2 -X=1.739 y=34.2;44 建立混 凝土 X=1.818 y=35.0;55 胶水比与 推 按JGJ 552011第6.2.11条,可用最-- 2542 0.550 1.818 35.0 -X=1.905 y=39.7;66 算28天强小 二乘法建立胶水比与推算的28天强3 X =2.041 y =40.1; 7 7 度 或28天度或 实测的28天强度的回归公式: 2551 0.525 1.905 397 -.X=2.198 y=42.8;88 实测 强度回Y=a+bx X=2.410 y=48.1;99 归 公 式 2552 0.490 2.041 40.1 -X=2.632 y=55.0;1010 输入电脑,得回归公式 256-1 0.455 2.198 42.8 Y=a+bx =7403+23414X -..256-2 0.415 2.410 48.1 ，相关系数r=99.15%， 257-1 0.380 2.632 55.0
X—胶水比，水胶比之倒数， Y—推算或实测的混凝土28天强度 Y=33.2 X=1.7341 ?水胶比W/B=0.577 W=175kg 3总胶凝材=175/0.577 C25混凝土,定容重2340kg/m =303kg 定σ=5.0MPa 粉煤灰F=30 % 矿粉 Y= f=33.2MPa cu,o 按JGJ 552011第6.2.1-=91kg 根据Y=,+,X计算出胶水比X Sg=15% 水泥 确定实际用水量W=171.3kg，扣外加剂水3.7kg， 条 回归公式: =45kg =30%β fC=3039145 --Y=-7.403+23.414X β=15%sg =167kg 例:试配制 A=1.4% 外加剂A=1.4% C25坍落度 =445%β. s=4.242kg 4 160mm~ S+G=1861kg 180mm 砂S=1861×44.5% 配合比 =828kg 碎石G=1033kg
得C25级/坍落度160mm~180mm配合比 单位:Kg
水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石
0.577 44.5% 171.3 167 45 91 4.242 828 1033
ρ坍落度/扩散度 工作性 C,C 备注: 已扣除外加剂水。 2340 195/400 要求良好
复核配合比,试验方量25升，L，拌合物各材料用量 单位:Kg 复核 校 正, 编号 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 25L 试验日期: 2742 0.577 44.5% 3.248 4.175 1.125 2.275 0.106 21.735 25.825 -2012.5.11 5 温度:28? ρ ρ 坍落度/扩散度 工作性 C,C C,t 备注: 已扣除外加湿度:82% 剂水。 砂含水: 2340 2330 195/395 良好 5.0% 按JGJ 552011第6.2.3条,计算混凝土配合比校正系数=/=99.6%,98%符合要求。 -δρρ C,t C,C
配合比代码 fρ坍落度 水胶比 砂率 水 水泥 矿粉 粉煤灰 外加剂 砂 碎石 cu,K C,C 配合比输出 6 3，kg/m， T25Y8 C25 160180 0.577 44.5% 171.3 167 45 91 4.3 828 1033 2340 -
? 将各材料相加2340kg,已满足JGJ 55-2011第5.5.1条要求; ? 浆体 水171. 3 /1000 +水泥16 7/ 310 0 + 矿 粉4 5 / 2 8 0 0 +粉 煤 灰 91/ 2100 +外加 剂 4 . 3 /1100 +骨 体砂 828 / 2 6 0 0 + 碎 石 37 验算配合比 1033/2650+ 气体0.01进行体积验算,得1.011m,满足要求; 33? C+Sg+F=303kg/m，?300kg/m，,满足泵送要求; ? 浆体=288L,300L,稍少,需密切留意混凝土和易性。
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