水工普通混凝土配料单分析与计算

李红军，隆文非，邹小平

(1.四川省武都引水工程蓬船灌区建设管理局，四川 遂宁 629100；2.四川省水利工程建设质量与安全技术中心，四川 成都 610000；3.四川精衡信建设工程检测有限公司，四川 泸州 646000)

1 概述

水工普通混凝土配料单是在经批准的基准施工配合比基础上，根据原材料物理性能检测结果而计算出的每方混凝土材料用量配置表，是混凝土拌和生产最基本的技术依据。混凝土配料单计算可分为6个步骤：①填写配料单基本资料；②计算用砂量与砂料含水量；③计算粗骨料用量；④计算外加剂用量；⑤计算混凝土总体实际用水量；⑥配料单复核验证。

在计算混凝土配料单之前，要读懂混凝土配合比设计术语含义及原则，理解粗细骨料的状态含水物理含义及计算，要对生产使用的骨料表面含水率及饱和面干吸水率等指标进行检测和准确计算，以便调整实际用水量，是避免混凝土配料单错算错用的有效途经。在计算混凝土配料单时，要考虑骨料超逊径含量，根据计算结果对其用量进行相应调整。

因对掺和料及外加剂的掺量、骨料的状态含水、配料的计算基准和方法等方面的标准存在行业有别，用词不统一，配料的计算没有算式等，再加上从业人员认识上的偏差，混凝土配料单错算错用情况不少，给混凝土结构带来质量与安全隐患，应当引起从业者高度重视。

2 掺和料及外加剂

胶凝材料是指混凝土中水泥和矿物掺合料的总称。胶凝材料用量是指混凝土中水泥用量和矿物掺合料用量之和。

矿物掺合料是指以硅、铝、钙等一种或多种氧化物为主要成分，具有规定的细度，能改善普通混凝土性能的粉体材料。主要包括粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉和复合等。矿物掺合料掺量(βb)是指矿物掺合料用量占胶凝材料用量的质量百分比。在矿物掺合料用量计算时，时常用mp=βb×mc式计算，出现错用错算。正确计算式：

(1)

外加剂是指在混凝土拌制之前或拌制过程中加入的，用于改善新拌制混凝土和(或)硬化混凝土性能，对人、生物和环境安全无有害影响的材料。外加剂掺量是指外加剂用量相对于胶凝材料用量的质量百分比(β)，外加剂用量按下式计算[1-2]：

mβ=β×(mc+mp)

(2)

施工配合比一般是以每m3普通混凝土中各种材料的用量表示，配料单中掺和料及外加剂用量直接给出，只需按每盘混凝土方量进行调整，错用错算情况较少。

3 骨料的状态含水计算

(1)规范GB/T 14684—2011《建设用砂》规定，砂的状态含水项目或指标用含水率和饱和面干吸水率表示[3]；规范GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》规定，石的状态含水项目或指标用含水率和吸水率表示[4]。吸水率的叫法出现了差异，虽然石的吸水率指标名称少了“饱和面干”几个字，但其实质仍为饱和面干吸水率。含水率和饱和面干吸水率计算公式如下：

含水率计算公式：

(3)

式中，ω(s、g)0—砂或石含水率，%；m(s、g)0—砂或石样质量，g；m(s、g)s—烘干砂或石样质量，g。

饱和面干吸水率计算公式：

(4)

式中，ω(s、g)sat—砂或石样饱和面干吸水率，%；m(s、g)sat—砂或石样饱和面干质量，g；m(s、g)s—砂或石样烘干质量，g。

(2)规范JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定，砂、石的状态含水项目或指标用吸水率和含水率表示[5]。同规范GB/T 14685—2011一样，吸水率的叫法出现了差异，虽然砂、石的吸水率指标名称少了“饱和面干”几个字，但其实质仍为饱和面干吸水率。吸水率和含水率计算公式与GB/T 14684—2011中的砂、GB/T 14685—2011中的石相同。

(3)规范SL 352—2006《水工混凝土试验规程》规定，砂、石的状态含水项目或指标用吸水率、饱和面干吸水率、表面含水率表示[6]。与GB/T 14684—2011中的砂、GB/T 14685—2011中的石相比，多了一项表面含水率。

砂、石表面含水率计算公式如下：

(5)

(6)

式中，ω(s)sur、ω(g)sur—砂、石表面含水率，%；G(s)0、G(g)0—湿砂、石质量，g；G(s)sat、G(g)sat—饱和面干砂、石质量，g；G1—湿砂+容量瓶+排水后水质量，g；G2—容量瓶+装满水质量，g；ρsat——饱和面干砂表观密度，g/cm3。

综上所述， SL 352—2006、GB/T 14684—2011、GB/T 14685—2011和JGJ 52—2006四本规范表征粗细骨料的状态含水项目或指标用词不统一，容易混淆，易错用混用，致使混凝土配料单错用错算。其实，表征粗细骨料的状态含水项目或指标只有含水率、饱和面干吸水率和表面含水率3个，其他的只是名称或叫法不同而已。

为了避免状态含水项目或指标的错用混用，须完整正确理解状态含水项目或指标的物理意义及计算方法：骨料含水率是指骨料中水的质量与骨料干质量之比的百分数；饱和面干吸水率是指骨料饱和面干时骨料中水的质量与骨料干质量之比的百分数；表面含水率是指骨料表面含水量占饱和面干质量百分数；骨料表面含水量是指骨料总含水量减去饱和面干含水量。规范明确，砂表面含水率是砂料稳定或温控所需的表面含水率试验项目，砂的表面含水率大于6%，水胶比控制及普通混凝土拌和物出机口坍落度稳定性得不到保障，对普通混凝土温度控制也非常不利[7-8，15-16]。

4 配料计算原则分析

4.1 普通混凝土配合比表示方法

普通混凝土配合比表示方法包括单位用量表示法和相对用量表示法两种。单位用量为每m3普通混凝土中各种材料的用量。更多用于实际工程现场调整后配合比表示法。相对用量表示法：以水泥的质量为1，并按“水泥∶掺和料∶细集料∶粗集8料∶外加剂∶水”的顺序排列表示。更多用于试验室试配工作。两种表示法可以互换。普通混凝土配合比表示法示例见表1。

表1 普通混凝土C30配合比表示法示例表

4.2 混凝土配合比材料计算原则

规范JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》第3.0.2条款规定：普通混凝土配合比设计应采用工程实际使用的原材料，并应满足国家现行标准的有关要求。配合比设计应以干燥状态骨料为基准，细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%[9]。

规范SL 352—2006附录A.3.1条款规定：普通混凝土配合比计算应以饱和面干状态骨料为基准[6]。

规范DL/T 5330—2015《水工混凝土配合比设计规程》第4.1.0条款规定：普通混凝土配合比计算应以饱和面干状态骨料为基准[10]。该条款条文说明进一步解释：普通混凝土配合比计算，以饱和面干状态骨料为基准，是水工普通混凝土配合比设计特点之一，也是水工普通混凝土配合比设计与建工配合比设计不同之处，比较符合水工普通混凝土施工实际情况。在水工普通混凝土配料单计算时，既没有认真读懂配合比，也未区分是水工混凝土还是建工混凝土，拿到单子就计算，配料单错用错算情况不少。

按建工要求设计的配合比，用于建工行业。配料单计算结果只会“砂石增用水减”。按水工要求设计的配合比，用于水工行业。当骨料含水率大于饱和面干吸水率时，配料单计算结果是“砂石增用水减”，当骨料含水率小于饱和面干吸水率时，配料单计算结果是“砂石减用水增”，当骨料含水率等于饱和面干吸水率时，配料单计算结果是“不增也不减”，用表面含水率进行计算，配料单计算结果是“砂石增用水减”，因为表面含水率试验条件是砂石含水量大于饱和面干含水量。工程实例中个别配料单上用负的表面含水率参与计算，是对表面含水率误读误用，应该视为配料单错用错算。

5 普通混凝土配料单计算公式推导

5.1 建工普通混凝土配料单计算公式

(1)配料单砂质量计算公式：

m(s)1=(1+ω(s)0)×m(s)0

(7)

式中，m(s)1—配料单砂质量，kg；ω(s)1—砂含水率，%；m(s)0—配合比砂质量，kg。

(2)配料单石质量计算公式：

m(g)1=(1+ω(g)0)×m(g)0

(8)

式中，m(g)1—配料单石质量，kg;ω(g)1—石含水率,%;m(g)0—配合比石质量,kg。

(3)配料单加水量计算公式：

mω1=mω0-ω(s)1×m(s)0-ω(g)1×m(g)0

(9)

式中，mω0、mω1—配料单加水量,kg；m(s)0、m(g)0—配合比砂、石质量,kg；ω(s)1、ω(g)1—砂、石含水率,%。

5.2 水工普通混凝土配料单计算公式

(1)配料单砂质量计算公式:

(10)

式中，m(s)1—配料单砂质量，kg;ω(s)1—砂含水率,%;ω(s)sat—砂饱和面干吸水率,%;m(s)0—配合比砂质量，kg;ω(s)sur—砂表面含水率,%。

(2)配料单石质量计算公式：

(11)

式中，m(g)1—配料单石质量，kg;ω(g)1—石含水率,%;ω(g)sat—石饱和面干吸水率,%;m(g)0—配合比砂质量，kg;ω(g)sur—石表面含水率,%。

(3)配料单加水量计算公式：

mω1=mω0-ω(s)sur×m(s)0-ω(g)sur×m(g)0

(12)

式中，mω0、mω1—配料单加水量,kg；ω(s)sat、ω(g)sat—砂、石饱和面干吸水率,%;m(s)0、m(g)0—配合比砂、石质量，kg;ω(s)1、ω(g)1—砂、石含水率,%;ω(s)sur、ω(g)sur—砂、石表面含水率,%。

上面推导了配料单计算公式，可供有关人员参考使用。使用时要分清楚是水工混凝土配料单计算，还是建工混凝土配料单计算，要分清楚是用含水率、饱和面干吸水率进行计算，还是用表面含水率进行计算，不要错用错算[11-14]。

6 配料单错算错用实例剖析

配料单错算错用实例是根据水利部专家组稽察某输水工程普通混凝土衬砌C30配合比配料单时，开出严重不合实例的基础上进行扩延，详见表2。

配料单Ⅰ：计算普通混凝土配料单时，水工普通混凝土以饱和面干状态骨料为基准错用了建筑工以干燥状态骨料为基准，配料单严重出错。

配料单Ⅱ：计算普通混凝土配料单时，含水率错用吸水率值，饱和面干吸水率错用含水率值，配料单也严重出错。

配料单Ⅲ：配料单计算时，用了含水率-吸水率得到含水率差值，进行配料单计算，虽然在本例含水率吸水率条件下，计算误差不大，但是计算方法不对，也是错算的一种。

表2 普通混凝土衬砌C30配合比配料单错算错用案例表

7 结语

水工普通混凝土配料单分析计算是混凝土拌和物生产质量控制的重要环节，错算错用会改变拌和物水胶比、砂率、坍落度、和易性等质量性能，既影响浇筑施工，又会导致混凝土实体质量达不到设计要求，给混凝土结构或构件带来安全隐患，工程实际中常常有类似情况发生。希望本文能够为从事水工混凝土施工的工程技术人员提供参考，为提高水利工程中的混凝土质量作出贡献。

本文主要针对水工普通混凝土配料单错算错用问题进行了分析，在水利工程施工中具有实践意义。有兴趣的读者可对泵送、碾压混凝土配料单相关方面问题进行探讨。