影响混凝土配合比设计的合理性因素

随着社会分工的进一步细化，混凝土生产的专业化和集约化已经成为一种主流的生产和供应模式。预拌商品混凝土正是这一模式的产物，其质量稳定性和环境友好性都体现出混凝土生产的专业化和集约化的特点和优势。然而，混凝土配合比设计作为混凝土质量形成的最关键环节，不可避免地受到了来自传统观念、市场运作现状、企业决策，以及配合比设计者技术认知等一系列因素的影响，造成混凝土配合比设计的合理性存在不同程度的缺失。一、传统观念因素一直以来，混凝土配合比设计总是以保证其安全性能（立方体抗压强度）为目标，忽视了混凝土组分多元化、水泥品质、混凝土工艺性能、混凝土强度发育历程等客观变化带来的负面作用，在混凝土配合比设计思路与现代混凝土内在的规律性上产生了偏离，从而导致混凝土性能呈快速劣化的总体态势。有调查发现，很多情况下，混凝土结构破坏不是由于强度原因造成，而是由于混凝土耐久性原因导致的性能劣化。2008年，《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476）的发布为保证混凝土结构的耐久性提供了标准依据，但鉴于混凝土耐久性问题的复杂性原因，混凝土耐久性问题在标准体系中的配套和完善尚需要一个过程，直到2011年，规范混凝土材料设计方法的行业标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）才完成修订。二、市场行为因素混凝土配合比设计的终极目的就是寻求符合混凝土性能技术要求且最为经济的混凝土原材料之间的合理配合比例。混凝土的性能是指混凝土在不同工程中所表现的不同行为和效果，这是现行《混凝土性能技术规范》给出的解释，该《规范》同时要求：混凝土的技术性能应满足使用环境条件下的耐久性要求、荷载作用下的强度要求、施工条件下的工作性要求以及用户提出的其他合理要求。就目前情况而言，虽然工程建设从业各方均以不同的角度或在不同的层面考虑并应对混凝土的耐久性问题，但远未达到协调统一的程度。通过若干混凝土生产企业的调查信息，一定程度上可看出当前“混凝土性能技术要求”这一至关重要的信息在混凝土使用者和生产者之间沟通与传递的现状。三、企业决策因素混凝土配合比设计应该遵循的原则是：满足混凝土结构环境作用的耐久性要求、满足混凝土结构荷载作用的安全性要求、满足工程施工的工作性要求以及最大限度地满足经济性要求。“经济性”要求作为配合比设计的基本要求之一，不仅涉及到自然资源合理利用的国家发展战略，也涉及到社会资本的有效运作，还直接或间接地涉及到混凝土使用和生产企业的经济利益，其意义之深刻、关注度之高，非混凝土配合比设计人员所能独立左右。无论是以往强调的“安全、好用、经济”，还是目前强调的“耐久、安全、好用、经济”，这些混凝土配合比设计的原则性秩序，不排除被利益杠杆撬动的可能性。当然，“安全性”还是第一位的，然后可能就是“经济性”，再后才是其他。基于这种思路所做的混凝土配合比设计，缺乏合理性，而按照缺乏合理性的配合比所生产的混凝土，其性能本身就存在着“先天不足”。四、技术认知因素“混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系”，这是业界共识性的一种说法，虽然没有用心地考证这一说法的出处，但生产实践和科研活动的结果均表明混凝土的确展示出复杂体系的诸多特性。混凝土配合比设计的理论和方法伴随着认知水平的不断提高和混凝土材料组分的不断变化而在探索中前行。这里所说的“技术认知”，不是指科研范畴的对混凝土较为前沿的认知，而是指基于现行标准的混凝土相关从业人员（技术的或管理的）的应用性认知。（一）正确认识减水剂对新拌混凝土流变性能的改善作用现代混凝土在引入粉煤灰和矿粉等混凝土掺合料的同时，强调低水胶比对于掺合料作用发挥、拌合物工作性改善以及硬化混凝土耐久性能的提升等几方面的积极作用，掺加减水剂无疑是降低混凝土单位体积用水量的重要技术手段。但生产实践中，混凝土坍落度测试值很大而拌合物流动性不佳、坍落损失过快等情况屡见不鲜，施工方面抱怨混凝土不易施工；监理方面认为坍落度已经够大，不允许超过规定上限；混凝土生产单位按规定进行的坍落度试验检验，其测试值的确达到相应要求。原因何在？其实，混凝土单方用水量与减水剂的掺量之间存在一个平衡的问题，配合比设计时，应合理确定在给定原材料条件下，不同水胶比时混凝土基本的单方用水量和减水剂的掺量，不能一味地把增加减水剂掺量作为提高新拌混凝土流动性的通用手段。（二）合理确定混凝土单方用水量追求尽可能低的水胶比和用水量是符合现代混凝性能要求的合理的混凝土配制技术思路，但是，用水量并非越低越好，在混凝土原材料及水胶比确定的条件下，用水量必须综合考虑胶凝浆体的数量及粘度而确定，因此，不同粗骨料的级配、最大粒径、粒型等特性和不同拌合物稠度等因素，大体上决定了胶凝浆体的不同需求数量。通常，高强混凝土应采用高性能的减水剂并使其充分发挥大减水的作用；中等强度等级的混凝土，不能过分压低用水量；较低强度等级的混凝土，应控制减水剂的掺量，有意识地控制用水量在适当范围，以获得能够满足施工性要求的胶凝浆体数量，保证混凝土拌合物的施工性。不加区别地压低混凝土单方用水量，特别是不考虑原材料自身特性对用水量的影响，单纯依靠减水剂来提高混凝土拌合物坍落度的做法，是配合比设计中常见的方向性错误。（三）骨料作用的再认识不同于传统的四组分塑性混凝土，现代混凝土的多元组分构成构建了各相之间新的作用特性和影响关系。骨料特别是粗骨料的含量以及适当的浆骨比，对混凝土的体积稳定性、胶凝材料消耗量以及混凝土成本均意义重大。我国目前的骨料市场令人无奈，撇开骨料生产、骨料销售和市场监管方面，单从骨料使用的混凝土生产方面来讲，对目前骨料质量状况的接受和宽容，应该和认识不足有直接关系。骨料级配好，空隙率就低，骨料粒型好，比表面积就小，颗粒之间的摩擦力就小，这样的骨料可使混凝土获得较小的浆骨比，带来质量和成本的双重效益；而采用价廉质次的骨料，表面上看，大宗材料的价格降低似乎有利于混凝土的成本效益，但为消除或弥补由此引入的负面效应，其潜在的成本增加却往往被忽视。（四）忽视粉煤灰品质对混凝土强度的影响粉煤灰是最早得到广泛应用的混凝土掺合料之一，但早期对粉煤灰的应用重点主要集中在粉煤灰的填充效应和微珠效应方面，因此，当时在进行混凝土配合比设计时，基本是以调整混凝土早期强度或以改善混凝土拌合物施工性能为主要目的。这种应用方向在标准体系中同样有所反映，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596中，当粉煤灰作为混合材被用于水泥中时，有活性指数的技术要求，而作为掺合料被用于混凝土或砂浆时，没有关于活性指数的相关要求。随着科学研究和工程实践的进一步深入，粉煤灰在碱性环境中所表现出来的二次水化作用被逐渐认识并得到大力的研究和探索。在缺乏系统研究的条件下，通过规定超掺系数实现粉煤灰对水泥的部分取代。新修订的《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011（以下简称《规程》），对包括粉煤灰在内的掺合料在混凝土中的强度贡献做出了相对量化的设计输入。目前一些技术人员对粉煤灰的品质控制还存在模糊认识。一方面，依据现行标准进行混凝土配合比设计时，按照粉煤灰的掺量套用标准规定的影响系数，另一方面，轻视了对粉煤灰质量等级和品质的要求，造成实际使用的粉煤灰的活性未达到影响系数所对应的“影响”水平。特别是在缺乏对粉煤灰活性指标持续检验的情况下，不可避免地造成实际生产的混凝土强度随粉煤灰品质变化而波动，因此，重视粉煤灰活性指标还是非常有必要的。五、结语混凝土配合比设计是一项技术性工作，但影响配合比设计合理性的因素却是多方面的，来自混凝土自身以外的自然环境、市场行为等因素对混凝土安全性能的影响具有一定的相关性但不具有很高的敏感性。然而目前所强调的混凝土结构耐久性问题，