混凝土的配合比

第三章　混凝土的配置、搅拌、运输

一、混凝土的配合比

混凝土的配合比是在实验室根据初步计算的配合比经过试配和调整而确定的，称为实验室配合比。确定实验室配合比所用的骨料——砂、石都是干燥的。施工现场使用的砂、石都具有一定的含水率，含水率大小随季节、气候不断变化。如果不考虑现场砂、石含水率，还按实验室配合比投料，其结果是改变了实际砂石用量和用水量，而造成各种原材料用量的实际比例不符合原来的配合比的要求。为保证混凝土工程质量，保证按配合比投料在施工时要按砂、石实际含水率对原配合比进行修正。

根据施工现场砂、石含水率，调整以后的配合比称为施工配合比。

假定实验室配合比为:水泥∶砂∶石= 1∶x∶y

水灰比为:W/C

现场测得砂含水率为WSa、石子含水率为Wg

则施工配合比为:水泥∶砂∶石=1∶x(1+WSa)∶y(1+Wg)

水灰比W/C不变(但用水量要减去砂石中的含水量)。

［例题1］某工程混凝土实验室配合比为1∶2.28∶4.47;水灰比W/C= 0.63，每1m3混凝土水泥用量C= 285kg，现场实测砂含水率3%，石于含水率1%，求施工配合比及每1m3混凝土各种材料用量。

解:施工配合比l∶x(1+WSa)∶y(1+Wg)= 1∶2.28(1+ 3%)∶4.47(1+ 1%)= 1∶2.35∶4.51

按施工配合比得到1m3混凝土各组成材料用量为:

水泥C/= 285(kg)

砂S/= 285×2.35= 669.75(kg)

石G/= 285×4.51= 1285.35(kg)

水W=(W/C－WSa－Wg)C=(0.63－2.28×3%－4.47× 1%)×285≈147.32(kg)

二、混凝土的搅拌

混凝土的搅拌分为人工搅拌和机械搅拌两种。

人工搅拌一般是在钢板上用铁铣把混凝土组成材料砂、石、水泥拌制均匀，然后再加入水，用铁铣翻至均匀。在操作上应保证“三干三湿”，如图3-1所示。人工搅拌由于劳动强度大，均匀性差，水泥用量偏大，因此，只有在混凝土用量较少或没有搅拌机的情况下采用。

图3-1　人工拌和三干三湿工艺图
(a)水泥、砂从左拌至右　(b)水泥、砂从右拌至左(一干)
(c)加石子，从左拌至右(二干)(d)拌和物从右拌至左(三干)
(e)拌和物从左拌至右(一湿)(f)拌和物从右拌至左(二湿)
(g)拌和物从大拌板拌至小拌板(三湿)备用
1－水泥;2－砂;3－石子;4－水

(一)混凝土搅拌机

混凝土搅拌机按其工作原理分为自落式搅拌机和强制式搅拌机两大类。

1.自落式搅拌机

自落式搅拌机搅拌筒内壁装有叶片，搅拌筒旋转，叶片将物料提升一定的高度后自由下落，各物料颗粒分散拌和，拌和成均匀的混合物。这种搅拌机体现的是重力和原理。自落式混凝土搅拌机按其搅拌筒的形状不同分为鼓筒式、锥形反转出料式和双锥形倾翻出料式三种类型。鼓筒式搅拌机是一种最早使用的传统形式的自落式搅拌机。这种搅拌机具有结构紧凑、运转平稳、机动性好、使用方便、耐用可靠等优点，在相当长一段时间内广泛使用于施工现场，它适于搅拌塑性混凝土，但由于该机种存在着拌和出料困难、卸料时间长、搅拌筒利用率低、水泥耗量大等缺点，现属淘汰机型。常见型号有JG150、JG250等。锥形反转式出料搅拌机的搅拌筒呈双锥形(图3-2)，筒内装有搅拌叶片和出料叶片，正转搅拌，反转出料。因此，它具有搅拌质量好、生产效率高、运转平稳、操作简单、出料干净迅速和不易发生黏筒等优点，正逐步取代鼓筒形搅拌机。

图3-2　自落式锥形搅拌机
1－上料斗;2－电动机;3－上料轨道;4－搅拌筒;5－开关箱;6－水管

锥形反转出料搅拌机适于施工现场搅拌塑性，半干硬性混凝土。常用型号有:JZ150、JZ250、JZ350等。

2.强制式搅拌机

强制式搅拌机的轴上装有叶片，通过叶片强制搅拌装在搅拌筒中的物料，使物料沿环向、径向和竖向运动，拌和成均匀的混合物。这种搅拌机体现的是剪切拌和原理。强制式搅拌机和自落式搅拌机相比，搅拌作用强烈、均匀，搅拌时间短，生产效率高，质量好而且出料干净。它适于搅拌低流动性混凝土、干硬性混凝土和轻骨料混凝土。

强制式搅拌机按其构造特征分为立轴式和卧轴式两类。常用机型有JD250、JW250、JW500、JD500，见图3-3、图3-4。

图3-3　立轴强制式搅拌机
1－上料斗;2－上料轨道;3－开关箱;
4－电动机;5－出浆口;
6－进水管;7－搅拌筒

图3-4　卧轴强制式搅拌机
1－变速装置;2－搅拌筒;
3－上料斗;4－水泵

3.搅拌机的工艺参数

搅拌机每次(盘)可搅拌出的混凝土体积称为搅拌机的出料容量。每次可装入干料的体积称为进料容量。搅拌筒内部体积称为搅拌机的几何容量。为使搅拌筒内装料后仍有足够的搅拌空间，一般进料容量与几何容量的比值为0.22～0.50，称为搅拌筒的利用系数。出料容量与进料容量的比值称为出料系数，一般为0.60～0.7。在计算出料量时，可取出料系数0.65。

4.搅拌机的维护与保养

(1)四支撑脚应同时支撑在地面上，机架应调至水平，底盘与地面之间应用枕木垫牢，使其稳固可靠，进料斗落位处应铺垫草袋，避免进料斗下落撞击地面而损坏。

(2)使用前应检查各部分润滑情况及油嘴是否畅通，并加注润滑油脂。

(3)水泵内应加足引水，供电系统线头应牢固安全，并应接地。

(4)开机前应检查传动系统运转是否正常，制动器、离合器性能应良好，钢丝绳如有松散或严重断丝应及时收紧或更换。

(5)停机前，应倒入一定量的石子和清水，利用搅拌筒的旋转，将筒内清洗干净，并放出石子和水。停机后，机具各部分应清扫干净，进料斗平放地面，操作手柄置于脱开位置。

(6)如遇冰冻气候(日平均气温在5℃以下)时，应将配水系统的水放尽。

(7)下班离开搅拌机时应切断电源，并将开关箱锁上。

(二)搅拌机的搅拌制度

1.施工配料

施工配料就是根据施工配合比和选择的搅拌机容量来计算原材料的一次投料量。

［例题2］按上例，已知条件不变，采用400L混凝土搅拌机，求搅拌时的一次投料量。

解:400L搅拌机每次可搅拌出混凝土400L×0.65= 260L= 0.26m3

则搅拌时的一次投料量:

水泥285×0.26= 74.1(kg)(取75kg，一袋半)

砂75×2.35= 176.25(kg)

石子75×4.5l= 338.25(kg)

水75×(0.63－2.28×3%－4.47×1%)≈38.77(kg)

搅拌混凝土时，根据计算出的各组成材料的一次投料量，按重量投料。投料时允许偏差不得超过下列规定:

水泥、外掺混合材料:±2%

粗、细骨料:±3%

水、外加剂:±2%

各种衡器应定期检验，保持准确，骨料含水率应经常测定，雨天施工时应增加测定次数。

2.装料顺序

(1)一次投料法:搅拌时加料顺序普遍采用一次投料法，将砂、石、水泥和水一起加入搅拌筒内进行搅拌。搅拌混凝土前，先在料斗中装入石子，再装水泥及砂，这样可使水泥夹在石子和砂中间，有效地避免上料时所发生的水泥飞扬现象，同时也可使水泥及砂子不致黏住斗底。料斗将砂、石、水泥倾入搅拌机的同时加水搅拌。

(2)二次投料法:又分为预拌水泥砂浆法、预拌水泥净浆法和水泥裹砂石法(又称SEC法)三种。国内外试验资料表明，二次投料法搅拌的混凝土与一次投料法相比较，混凝土强度可提高约15%，在强度相同的情况下，可节约水泥约15%～20%。预拌水泥砂浆法是先将水泥、砂和水加入搅拌筒内进行充分搅拌，成为均匀的水泥砂浆后，再投入石子搅拌成均匀的混凝土。预拌水泥净浆法是先将水泥和水充分搅拌成均匀的水泥净浆后，再加入砂和石搅拌成混凝土。水泥裹砂石法是先将全部砂、石和70%的水倒入搅拌机，搅拌10～20min，将砂和石表面湿润，再倒入水泥进行造壳搅拌20min，最后加剩余水，进行糊化搅拌80min。水泥裹砂石法能提高强度是因为改变投料和搅拌次序后，使水泥和砂石的接触面增大，水泥的潜力得到充分发挥。为保证搅拌质量，目前有专用的裹砂石混凝土搅拌机。多次投料搅拌混凝土的投料顺序(表3-1)

表3-1　多次投料搅拌混凝土的投料顺序

3.搅拌时间

从砂、石、水泥和水等全部材料装入搅拌筒至开始卸料止所经历的时间称为混凝土的搅拌时间。混凝土搅拌时间是影响混凝土的质量和搅拌机生产率的一个主要因素。如果搅拌时间短，混凝土搅拌得不均匀，将直接影响混凝土的强度，如适当延长搅拌时间，可增加混凝土强度。而搅拌时间过长，混凝土的匀质性并不能显著增加，相反会使混凝土和易性降低且影响混凝土搅拌机的生产率，不坚硬的骨料会发生掉角甚至破碎，反而降低了混凝土的强度。混凝土搅拌的最短时间与搅拌机的类型和容量、骨料的品种、对混凝土流动性的要求等因素有关，应符合表3-2规定。

表3-2　混凝土搅拌的最短时间

续表

注:(1)掺有外剂时，搅拌时间应适当延长。
(2)全轻混凝土宜采用强制式搅拌机搅拌。砂轻混凝土可用自落式搅拌机搅拌，搅拌时间均应延长60～90min。
(3)轻骨料宜在搅拌前预湿。采用强制式搅拌机搅拌的加料顺序是:先加粗细骨料和水泥搅拌60min，再加水继续搅拌。采用自落式搅拌机的加料顺序是:先加1/2的用水量，然后加粗细骨料和水泥，均匀搅拌60min，再加剩余用水量继续搅拌。
(4)当采用其他形式搅拌设备时，搅拌的最短时间应按设备说明书的规定经试
验确定。

三、混凝土的运输

混凝土由拌制地点运至浇筑地点的运输分为水平运输(地面水平运输和楼面水平运输)和垂直运输。常用的水平运输设备有:手推车、机动翻斗车、混凝土搅拌运输车、自卸汽车等。

常用的垂直运输设备有:龙门架、井架、塔式起重机、混凝土泵等。混凝土运输设备的选择应根据建筑物的结构特点、运输的距离、运输量、地形及道路条件、现有设备情况等因素综合考虑确定。

(一)混凝土的运输要求

1.混凝土在运输过程中不产生分层、离析现象。如有离析现象，必须在浇筑前进行二次搅拌。

2.混凝土运至浇筑地点开始浇筑时，应满足设计配合比所规定的坍落度，见表3-3。

表3-3　混凝土浇筑时的坍落度

注:(1)本表系指采用机械振捣的混凝土坍落度，采用人工振捣时可适当增大混凝土坍落度。
(2)需要配置大坍落度混凝土时应加入混凝土外加剂。
(3)曲面、斜面结构的混凝土，其坍落度应根据需要另行选用。

3.混凝土从搅拌机中卸出运至浇筑地点必须在混凝土初凝之前浇捣完毕，其允许延续时间不超过表3-4的规定。

4.运输工作应保证混凝土的浇筑工作连续进行。

表3-4　混凝土从搅拌机中卸出后到浇筑完毕的延续时间

注:对掺加外加剂或快硬水泥拌制的混凝土，其延续时间应按试验确定。

(二)运输工具

1.手推车

手推车(图3-5)有单轮、双轮两种。单轮手推车容量为0.05～0.06m3，双轮手推车容量为0.1～0.12m3。手推车操作灵活、装卸方便，适用于楼地面水平运输。

图3-5　手推车

2.机动翻斗车

机动翻斗车(图3-6)是一种轻便灵活的水平运输机械。

机动翻斗车一般配有功率为8～12马力的柴油机，最大行驶速度可达30km/h，车前装有容积为0.467m3的料斗，载重量为1 000kg。它具有轻便灵活，结构简单，转弯半径小，速度快，能自动卸料等特点，适用于与400L混凝土搅拌机配合，作短距离运输混凝土使用。

图3-6　机动翻斗车

图3-7　自卸汽车

3.自卸汽车

自卸汽车(图3-7)是以载重汽车作驱动力，在其底盘上装置一套液压举升机构，使车厢举升和降落，以自卸物料。

自卸汽车适用于远距离和混凝土需用量大的水平运输。

4.混凝土搅拌运输车

图3-8　混凝土搅拌运输车

混凝土搅拌运输车(图3-8)是在载重汽车或专用汽车的底盘上装置一个梨形反转出料的搅拌机，它兼有运载混凝土和搅拌混凝土的双重功能。它可在运送混凝土的同时，对其缓慢地搅拌，以防止混凝土产生离析或初凝，从而保证混凝土的质量。亦可在开车前装入一定配合比的干混合料，在到达浇筑地点前15～20min加水搅拌，到达后即可使用。该车适用于混凝土远距运输使用，是商品混凝土必备的运输机械。

5.混凝土泵运输

混凝土泵运输又称泵送混凝土，是利用混凝土泵的压力将混凝土通过管道输送到浇筑地点，一次完成水平运输和垂直运输。混凝土泵运输具有输送能力大(最大水平输送距离可达800m，最大垂直输送高度可达300m)、效率高、连续作业、节省人力等优点，是施工现场运输混凝土的较先进的方法，今后必将得到广泛的应用。

1)泵送混凝土设备。泵送混凝土设备有混凝土泵、输送管和布料装置。

(1)混凝土泵:混凝土泵按作用原理分为液压活塞式、挤压式和气压式三种。

液压活塞式混凝土泵(图3-9)是利用活塞的往复运动，将混凝土吸入和压出。将搅拌好的混凝土装入泵的料斗内，此时排出端片阀关闭，吸入端片阀开启，在液压作用下，活塞向液压缸体方向移动，混凝土在自重及真空吸力作用下，进入混凝土管内。然后活塞向混凝土缸体方向移动，吸入端片阀关闭，压出端片阀开启，混凝土被压入管道中，输送至浇筑地点。单缸混凝土泵出料是脉冲式的，所以一般混凝土泵都有并列两套缸体，交替出料，使出料稳定。

将混凝土泵装在汽车底盘上，组成混凝土泵车。混凝土泵车转移方便、灵活，适用于中小型工地施工。

挤压式混凝土泵是利用泵室内的滚轮挤压装有混凝土的软管，软管受局部挤压使混凝土向前推移。泵室内保持高度真空，软管受挤压后扩张，管内形成负压，将料斗中混凝土不断吸入，滚轮不断挤压软管，使混凝土不断排出，如此连续运转。

图3-9　液压活塞式混凝土泵
1－混凝土泵;2－混凝土活塞;3－液压缸;4－液压活塞;5－活塞杆;
6－料斗;7－水平阀;8－竖直阀;9－输送管;10－水箱;11－换向阀;
12－高压软管;13－水洗用法兰;14－海绵球;15－清洗活塞

气压式混凝土泵是以压缩空气为动力使混凝土沿管道输送至浇筑地点。其设备由空气压缩机、贮气罐、混凝土泵(亦称混凝土浇注机或混凝土压送器)、输送管道、出料器等组成。

(2)混凝土输送管:混凝土输送管有直管、弯管、锥形管和浇注软管等。直管、弯管的管径以100、125和150mm三种为主，直管标准长度以4.0m为主，另有3.0、2.0、1.0、0.5m四种管长作为调整布管长度用。弯管的角度有15°、30°、45°、60°、90°五种，以适应管道改变方向的需要。

锥形管长度一般为1.0m，用于两种不同管径输送管的连接。直管、弯管、锥形管用合金钢制成，浇注软管用橡胶与螺旋形弹性金属制成。软管接在管道出口处，在不移动钢干管的情况下，可扩大布料范围。

(3)布料装置:混凝土泵连续输送的混凝土量很大，为使输送的混凝土直接浇注到模板内，应设置具有输送和布料两种功能的布料装置(称为布料杆)。

布料装置应根据工地的实际情况和条件来选择，图3-10为一种移动式布料装置，放在楼面上使用，其臂架可回360°，可将混凝土输送到其工作范围内的浇筑地点。此外，还可将布料杆装在塔式起重机上。也可将混凝土泵和布料杆装在汽车底盘上，组成布料杆泵车(图3-11)，用于基础工程或多层建筑混凝土浇筑。

图3-10　移动式布料装置

图3-11　混凝土泵车

2)泵送混凝土的原材料和施工配合比。混凝土在输送管内输送时应尽量减少与管壁间的摩阻力，使混凝土流通顺利，不产生离析现象。选择泵送混凝土的原料和配合比应满足泵送的要求。

(1)粗骨料:粗骨料宜优先选用卵石，当水灰比相同时卵石混凝土比碎石混凝土流动性好，与管道的摩阻力小。为减小混凝土与输送管道内壁的摩阻力，应限制粗骨料最大粒径d与输送管内径D之比值。

(2)细骨料:骨料颗粒级配对混凝土的流动性有很大影响。为提高混凝土的流动性和防止离析，泵送混凝土中通过0.135mm筛孔的砂应不小于15%，含砂率宜控制在40%～50%。

(3)水泥用量:水泥用量过少，混凝土易产生离析现象。1m3泵送混凝土最小水泥用量为300kg。

(4)混凝土的坍落度:混凝土的流动性大小是影响混凝土与输送管内壁摩阻力大小的主要因素，泵送混凝土的坍落度宜为80～180mm。

(5)为了提高混凝土的流动性，减小混凝土与输送管内壁摩阻力，防止混凝土离析，宜掺入适量的外加剂。

3)泵送混凝土施工的有关规定。泵送混凝土施工时，除事先拟定施工方案，选择泵送设备，做好施工准备工作外，在施工中应遵守如下规定:

(1)混凝土的供应必须保证混凝土泵能连续工作。

(2)输送管线的布置应尽量直，转弯宜少且缓，管与管接头严密。

(3)泵送前应先用适量的与混凝土内成分相同的水泥浆或水泥砂浆润滑输送管内壁。

(4)预计泵送间歇时间超过45min或混凝土出现离析现象时，应立即用压力水或其他方法冲管内残留的混凝土。

(5)泵送混凝土时，泵的受料斗内应经常有足够的混凝土，防止吸入空气形成阻塞。

(6)输送混凝土时，应先输送远处混凝土，使管道随混凝土浇筑工作的逐步完成，逐步拆管。