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饰面清水混凝土配合比设计及正交试验研究
王海涛
奥来国信（北京）工程材料检测公司，北京（102209）
摘 要：清水混凝土具有高工作性，耐久性、高外观饰面要求等诸多优越性能的混凝土。为
配制这种混凝土提出优选原材料和利用正交设计原理优化混凝土配合比设计等措施，提高了
混凝土的施工性能和饰面效果等，并有显著的经济效益。
关键词：清水混凝土；正交设计；样板构件；泌水
1．清水混凝土配合比设计目标
清水混凝土有很高的表面色泽和光洁度的质量要求，要求浇筑饰面清水混凝土要保持自
然色，表面色泽均匀，颜色一致，在配合比设计时优选出满足强度等级要求，施工性能良好
的混凝土是确保混凝土的施工质量控制的关键措施。
试验以砂率、水泥用量、粉煤灰用量、外加剂掺量等 4 个因素进行 C30 混凝土合理正
交设计，以新拌混凝土工作性、硬化混凝土强度为考核指标，同时辅以观察样板构件的外观、
色泽质量以达到优化清水混凝土配合比设计的目的。
2．原材料的选用
对水泥的要求
水泥的选用为整个混凝土工程生产施工的基础，选用的水泥应具有活性好，标准稠度用
水量小，水泥与外加剂间的适应性良好，并且原材料色泽均匀一致的特性，水泥含碱量小以
防止混凝土硬化收缩而引起的开裂，拟选用河北唐山冀东水泥厂生产的 普通硅酸
盐低碱水泥，要求采用同一批熟料，其主要技术参数见表 1。
表 1 水泥主要技术指标
Cement major technical indicators
项目 标准稠度(%) 比表面积(m2/kg) 安定性
结果 27 合格
项目 凝结时间(min) 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa)
3d 28d 3d 28d
结果 初凝：2:50 终凝：3:35
对骨料的要求
粗骨料选用的原则是强度高,连续级配好,低碱活性,并且同一颜色的碎石、产地、规格必
须一致，而且含泥量小于 %，骨料不得带杂物。细骨料选用中粗砂，细度模数在 以
上，颜色一致，其含泥量要控制在 %以内，泥块含量要小于 1%。[2]
石子选用河北三河机碎石，最大粒径为 25mm，砂选用北京密云中砂，细度模数为 。
砂主要性能和筛分结果见表 2。
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表 2 砂的主要技术指标
Sand the main technical indicators
项目 细度模数 泥块含量(%) 含泥量(%) 级配区
结果 Ⅱ区
石的主要性能和筛分结果见表 3。
表 3 石的主要技术指标
The main technical indicators stone
项目 压碎指标(%) 针片状含量(%) 泥块含量(%) 含泥量(%) 级配
结果 0-25mm连续
对外加剂的要求
选用的外加剂必须减水效果明显，有非引气、低碱、有效控制混凝土泌水及增强性能，
同时具有减少混凝土收缩等特点，经过比较选用北京慕湖外加剂有限公司生产的 SM型三聚
氰胺系减水剂。经净浆流动度试验确定其最佳掺量为 %。外加剂性能见表 4。
表 4 外加剂的主要技术指标
Admixture of the major technical indicators
项目 减水率(%) 含气量(%) 抗压强度比 3d(%)
结果 24 195
超细掺合料
掺和料应能增强混凝土的和易性，节约水泥用量，改善混凝土的流动性，减少水泥石中
的毛细孔数量和分布状态，提高混凝土的密实度，且有助于对碱-集料活性的抑制，有利于
提高混凝土的耐久性。
粉煤灰选用天津军电合利Ⅰ级粉煤灰,其主要性能符合国家标准《粉煤灰混凝土应用技
术规程》，其主要技术指标见表 5。
表 5 粉煤灰的主要指标
The main technical indicators of fly ash
项目 筛余(%) 需水量比 烧失量(%)
结果 9 90
水
自来水
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3．配合比优化设计
混凝土配合比设计应在满足对混凝土强度和抗渗等级控制碱-集料反应的前提下必须具
有良好的施工性能和满足清水混凝土的特殊要求。考虑到清水混凝土中掺加粉煤灰掺量过多
会在振实混凝土过程中粉煤灰与水泥分离、使分布不均匀，影响混凝土的镜面效果，故需经
过试验确定其最佳掺量；由于掺加外加剂容易产生气泡，在不大量增加混凝土气泡的情况下
改善混凝土的和易性，满足混凝土产生镜面效果的条件来确定外加剂的最佳掺量。
正交试验
本试验以砂率、水泥用量、粉煤灰用量、外加剂用量 4 个因素进行试验研究，以新拌
和易性、坍落度、硬化混凝土强度为考核指标，辅以观察样板构件的外观、色泽质量优化清
水混凝土配合比。
正交设计的因素与水平表见表 6；正交试验方案 L9(43)见表 7；正交试验结果见表 7；
部分试验极差计算结果见表 8。
表 6 因素与水平表
The table of elements and level
因素 A B C D
水平 砂率 水泥用量 粉煤灰用量 外加剂用量
1 41 306 58
2 42 322 77
3 43 338 96
表 7 正交试验方案 L9(32)
The schemes of orthogonal test design
序
号
水
胶
比
砂率
（%）
水泥
（kg/m3）
砂
（kg/m3）
石
（kg/m3）
粉煤灰
（kg/m3）
外加剂
（kg/m3）
水
（kg/m3）
1 41(1) 306(1) 747 1074 96(3) (2) 170
2 42(2) 306(1) 780 1078 58(1) (3) 170
3 43(3) 306(1) 791 1048 77(2) (1) 170
4 41(1) 322(2) 747 1075 77(2) (3) 170
5 42(2) 322(2) 758 1047 96(3) (1) 170
6 43(3) 322(2) 792 1050 58(1) (2) 170
7 41(1) 338(3) 733 1056 96(1) (1) 170
8 42(2) 338(3) 767 1059 58(2) (2) 170
9 43(3) 338(3) 777 1030 77(3) (3) 170
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表 8 正交试验结果表
The results of orthogonal test
新拌混凝土性能 硬化混凝土性能
坍落度(mm)
序
号
0min 90min
90min坍落度损失
(mm) 泌水率(%) 28d强度(MPa)
1 180 162 18
2 186 168 18
3 188 165 23 39
4 186 168 18
5 192 170 22
6 187 165 22
7 199 175 24
8 192 170 22
9 198 177 21
表 9 部分试验极差计算结果
The results of some differential analysis
考核
指标 90min坍落度损失(mm) 泌水率(%) 28d抗压强度（Mpa）
因素 A B C D A B C D A B C D
K1 60 59 64 69
K2 62 62 63 62
K3 66 67 61 57
w 6 8 3 12
备注: 表中 K1、K2、K3、K4 为各个因素用量所得结果的总和,w 为 K1、K2、K3三者的极差。
试验结果讨论：
分析表 9可知各因素对新拌混凝土工作性和硬化混凝土强度的影响顺序和最优配合比：
a)影响 90min坍落度损失顺序为外加剂、水泥、砂率、粉煤灰（DBAC），最优配合比
A3B3C1D1；
b)影响泌水率顺序为水泥、粉煤灰、外加剂、砂率（BCDA），最优配合比 A1B1C1D3；
c)影响 28 d 抗压强度顺序为水泥、外加剂、粉煤灰、砂率（BDCA），最优配合比
A1B3C3D1；
由上述 90min内坍落度损失、泌水率、28d抗压强度的最优配合比和试验记录，经综合
分析评价可得到最优配比为：A1B3C1D1，即砂率为 41%，水泥用量为 338，粉煤灰用量为
58，外加剂为 %，见表 10，该配合比经多次复验，试验结果均很好，同时，浇筑成型的
样板构件完全能达到清水混凝土的外观饰面要求：距清水混凝土 4米处看不到明显色差；清
水混凝土表面上一平方米面积上的气泡面积总和不大于 3x10-4m2，最大气泡直径不大于
3mm，深度不大于 3mm [1]。
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表 10 C30清水混凝土配合比
Architectural concrete mix of C30
材料名称 水泥 砂 石 粉煤灰Ⅰ级 外加剂 水
用量（kg/m3） 338 733 1056 58 170
4. 结语
为配制外观饰面良好的清水墙且满足强度及耐久性要求，优选原材料是前提条件，在此
基础上利用正交试验方法优选配合比，调整好各材料的用量，混凝土的施工性能、强度、外
观饰面效果明显改善。
优选配合比浇筑的清水墙面，具有良好的混凝土耐久性、环保性、经济性。
参考文献
[1] 顾勇新.清水混凝土工程施工技术及工艺[M].中国建筑工业出版社.: 23～27.
[2] 吴月华等.建筑施工清水混凝土技术规程[S].北京市建设委员会.2007:19.
[3] 栾军.现代试验设计优化方法[M].上海.上海交通大学出版社.1994.
Design of Architectural Concrete Mix Ratio and Research
for Orthogonal Test
Wang Hai-tao
Aolai Guoxin(Beijing) The Detection of Engineer Materilas Co., Ltd, Beijing (102209)
Abstract
Architectural concrete has much superior performance such as high work、durability、
beautiful outside look etc. Such preparation for the optimization of raw materials such as concrete
made specific measures,enhance the effectiveness of concrete finishes,such as concrete color、the
number of surface bubbles、bright and clean degree、density,and there were significant economic
benefits.
Keywords: architectural concrete; orthogonal test; component model; bleeding
