河池混凝土配合比計(jì)算的原則鑒于當(dāng)前混凝土組分和原材料的變化，傳統(tǒng)的“混凝土配合比設(shè)計(jì)方法”已不適用，但是本人的觀點(diǎn)是混凝土的配合比是不必制定規(guī)范的，重要的是掌握混凝土拌合物配合比的原則，至于具體步驟，應(yīng)當(dāng)相信技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能滿足具體的工程各項(xiàng)要求的配合比，不同人所作結(jié)果有所不同是很正常的，西方國(guó)家提出“performance based specification”的概念是符合混凝土材料特點(diǎn)，符合客觀規(guī)律的。

1 混凝土組成材料、配合比要素與混凝土性質(zhì)的關(guān)系
當(dāng)前混凝土的特點(diǎn)是普遍摻入礦物摻合料和高效減水劑。混凝土中水、水泥、砂、石四種原材料中增加了礦物摻合料，因此傳統(tǒng)的配合比三要素──水灰比、漿骨比、砂石比，就成為水膠比、漿骨比、砂石比和礦物摻合料用量等四要素。配合比中需要求出的未知數(shù)由傳統(tǒng)的4個(gè)變成5個(gè)。最后由各材料在滿足施工要求的前提下緊密堆積的原理，用絕對(duì)體積法計(jì)算出各材料用量。不考慮外加劑占據(jù)混凝土的體積，則各組成材料的關(guān)系和性質(zhì)及其作用和影響可用圖1來(lái)描述。

由圖1可看出，混凝土配合比四要素都影響拌合物與硬化混凝土性能，當(dāng)決定混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性的水膠比確定之后，所有要素都影響拌合物施工性能。施工是保證混凝土質(zhì)量的最后的和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，則考慮漿體濃度的因素、按拌合物的施工性能選擇拌合物的砂石比與漿骨比，就是混凝土配合比選擇的主要因素。其中漿骨比是保證硬化前后混凝土性能的核心因素。無(wú)論是改變水膠比，還是礦物摻合料用量，調(diào)整配合比時(shí)應(yīng)使用等漿體體積法，以保持漿骨比不變。
我國(guó)混凝土年產(chǎn)量可占到全世界的一半，質(zhì)量卻相對(duì)落后。例如，全世界只有我國(guó)使用“假定容重法”計(jì)算混凝土配合比，也只有我國(guó)使用絕干基的砂石生產(chǎn)混凝土，造成我國(guó)混凝土質(zhì)量控制的困難。
2 當(dāng)前我國(guó)混凝土配合比計(jì)算存在的問(wèn)題及建議
2.1 存在問(wèn)題
2.1.1 假定容重法
“假定密度法”本來(lái)是在絕對(duì)體積法的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。混凝土配合比的原理是按照1m3混凝土拌合物由各原材料緊密堆積而成，即1m3混凝土體積等于各原材料絕對(duì)密實(shí)體積之和（即不計(jì)各原材料內(nèi)部孔隙）。過(guò)去水泥、砂石的表觀密度變化不大，所配制混凝土的表觀密度變化也不大，因此為了簡(jiǎn)化試配，對(duì)水灰比為0.5左右的混凝土假定表觀密度為2400kg/m3，對(duì)高強(qiáng)混凝土假定表觀密度為2450kg/m3，試拌后實(shí)測(cè)差別不大。
但是如今普遍使用較大摻量的礦物摻合料，例如粉煤灰表觀密度為1.90～2.40g/cm3，磨細(xì)礦渣表觀密度約為2.60g/cm3，與水泥表觀密度的3.0g/cm3左右相比相差就大了，按上述假定的表觀密度計(jì)算，則體積都會(huì)大于1m3，摻合料越多，大得越多。因此從根本上，還是應(yīng)當(dāng)使用絕對(duì)體積法。當(dāng)然，正如任何方法都有一定的假設(shè)，絕對(duì)體積法的假設(shè)是忽略水泥水化所減少的那部分水的體積，但是，混凝土在新拌狀態(tài)時(shí)，這部分水相對(duì)于混凝土的總體積來(lái)說(shuō)是很少的。為了彌補(bǔ)這部分忽略水的體積，建議用絕對(duì)體積法計(jì)算時(shí)，不必計(jì)入攪拌式挾入的孔隙體積。
2.1.2 等水膠比法
摻礦物摻合料后的水膠比與未摻礦物摻合料時(shí)的水灰比值相同，即簡(jiǎn)單等量取代。因礦物摻合料密度小，使?jié){體體積變大，即漿骨比增大，例如，假定普通水泥密度為3.0g/cm3，粉煤灰密度為2.2g/cm3，當(dāng)以粉煤灰簡(jiǎn)單取代30%的水泥時(shí)，漿體體積就會(huì)增加37L。水泥加水硬化后的體積收縮是混凝土的特性之一，加入骨料制成混凝土后，由于骨料的溫度變形系數(shù)比硬化水泥漿體的溫度變形系數(shù)小一半多，則對(duì)混凝土起穩(wěn)定體積的作用。漿骨比越小，硬化混凝土收縮值越小；漿骨比增大勢(shì)必會(huì)對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性有影響。此外，因粉煤灰反應(yīng)速率和反應(yīng)率低，混凝土早期漿體水灰比增大。例如假定有一原水灰比為0.57的混凝土，如果用粉煤灰簡(jiǎn)單取代30%的水泥，水膠比仍為0.57，忽略粉煤灰表面吸附水，則早期水灰比就會(huì)增大到0.81，同時(shí)混凝土強(qiáng)度肯定下降；為了保持混凝土強(qiáng)度不變，將水膠比降至0.5，則早期水灰比仍有0.71。這樣大的水灰比就會(huì)造成早期較大的孔隙率。
因此，摻粉煤灰時(shí)，不能采用不變的等水膠比，必須降低水膠比才能發(fā)揮粉煤灰的作用。
2.1.3 摻用粉煤灰的超量取代法
由于對(duì)礦物摻合料的不了解，混凝土的設(shè)計(jì)與工程質(zhì)量管理人員限制礦物摻合料的摻量，于是有關(guān)配合比的規(guī)范中提出粉煤灰的“超量取代法”，即，在能被接受的摻量范圍取代水泥，另多摻一部分取代砂子。這只是一種計(jì)算而已，在數(shù)量上“代砂”，實(shí)際上因?yàn)榧?xì)度量級(jí)的差別在功能上粉煤灰并不是砂，不可能“代砂”，仍然是膠凝材料，卻因?yàn)椤俺俊倍兿嘣黾訚{體含量、減小水膠比，但是，在形式上，并未公開(kāi)實(shí)際的粉煤灰摻量和實(shí)際的水膠比，在客觀上起了遮人耳目的作用。水膠比是混凝土配合比的三要素之一，在原材料相同的情況下，影響混凝土強(qiáng)度的主要因素是有效拌合水與包括水泥在內(nèi)的全部粉細(xì)料的比值，即水膠比。即使摻入傳統(tǒng)意義上的惰性材料如磨細(xì)石英砂等石粉，超量取代法不能用的原因，還在于對(duì)水膠比界定的混亂。例如有的攪拌站在膠凝材料中不計(jì)入超量取代的部分，聲稱摻粉煤灰前后的水灰比不變。已有實(shí)例表明，這種做法使得工程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，無(wú)法從所報(bào)的配合比上分析原因。有人認(rèn)為摻粉煤灰后的混凝土抗裂性改善不明顯，漿骨比增大是其原因之一。建議今后不要再采用這種實(shí)際上增加漿骨比的計(jì)算方法。
2.1.4 等水灰比法
基于某些人對(duì)水泥認(rèn)識(shí)的局限性，把水泥廠生產(chǎn)的混合材水泥叫做水泥，而在攪拌站生產(chǎn)混凝土?xí)r摻的礦物摻合料不算在水泥中，簡(jiǎn)單地保持水灰比不變，減小用水量，降低水膠比，希望以此保證混凝土強(qiáng)度不變，但是這種做法的結(jié)果是水膠比將過(guò)大，實(shí)際強(qiáng)度會(huì)超過(guò)期望值。以粉煤灰為例，如果摻入粉煤灰后仍保持水灰比不變，則需降低水膠比。粉煤灰摻量越大，水膠比需降低越多。
例如，假定所用水泥密度為3.1g/cm3，原始（FA摻量為0）水灰比為0.50，當(dāng)密度為2.4g/cm3的粉煤灰摻量為30%時(shí)，使水灰比不變的水膠比應(yīng)為0.40，依此類推，粉煤灰摻量為40%時(shí)，水膠比應(yīng)為0.30。這是忽略了粉煤灰表面吸附水而計(jì)算出來(lái)的。實(shí)際上由于粉煤灰表面對(duì)水的吸附，自由水并不像計(jì)算的那樣大，則所需水膠比可以更大些。同時(shí)，這種方法的粉煤灰摻量是按等質(zhì)量取代水泥摻入的，總膠凝材料質(zhì)量不變，但因粉煤灰密度比水泥的小，粉煤灰摻量越大，總膠凝材料體積越大，水膠比降得太低時(shí)，會(huì)影響拌合物的施工性，就需要增加用水量（同時(shí)按水膠比增加膠凝材料用量），不僅會(huì)增加試配工作量，還會(huì)因漿骨比增大而影響混凝土的體積穩(wěn)定性。
2.1.5 對(duì)骨料顆粒級(jí)配與粒形要求的忽略
骨料在混凝土中起骨架作用，主要穩(wěn)定體積。即使采石場(chǎng)生產(chǎn)的石子經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的級(jí)配，銷售時(shí)經(jīng)過(guò)裝料、運(yùn)輸中的顛簸和卸料，再加上生產(chǎn)混凝土?xí)r的投料，就會(huì)大小顆粒分離而重新分布，失去級(jí)配。因此絕大多數(shù)國(guó)家配制混凝土所用的石子都采用兩級(jí)配或三級(jí)配。例如德國(guó)，還在混凝土試配時(shí)就將砂石一起連續(xù)地級(jí)配。我國(guó)目前市場(chǎng)供應(yīng)的石子由于生產(chǎn)工藝落后，也由于大多數(shù)生產(chǎn)者的無(wú)知，無(wú)視砂石標(biāo)準(zhǔn)。號(hào)稱連續(xù)級(jí)配，實(shí)際上小于10mm的顆粒極少，幾乎沒(méi)有。而且由于我國(guó)砂石標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)針、片狀尺寸顆粒限定要求過(guò)寬（實(shí)際上是遷就落后），使石子的粒形很差。
已故我國(guó)老專家蔡正詠在20 世紀(jì)80 年代初就說(shuō)過(guò)：我國(guó)混凝土質(zhì)量不如西方國(guó)家的，原因就是石子質(zhì)量太差。但是那時(shí)我國(guó)石子隨機(jī)取樣的松堆空隙率一般都在40%～42%，而理想粒形和級(jí)配的石子空隙是約38%。現(xiàn)在，我國(guó)市售石子空隙率已達(dá)45%以上，甚至超過(guò)50%！這就使我國(guó)混凝土的水泥用量和用水量比西方國(guó)家混凝土水泥用量和用水量約多用20%。已經(jīng)有一些攪拌站或工程采用了兩級(jí)配的石子，混凝土的水泥用量可減少約20%。
然而，因?qū)ι笆|(zhì)量的無(wú)奈，目前絕大多數(shù)混凝土的生產(chǎn)不對(duì)骨料提要求，混凝土配合比規(guī)范和砂石標(biāo)準(zhǔn)也基本上是遷就落后的現(xiàn)狀，造成混凝土無(wú)法保證應(yīng)有的質(zhì)量。按市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)律，產(chǎn)品的品質(zhì)都是根據(jù)市場(chǎng)需求生產(chǎn)的，符合顧客的要求才能賣(mài)得出去。現(xiàn)在沒(méi)有合格砂石的供應(yīng)，其根源就是買(mǎi)的人對(duì)砂石質(zhì)量的重要性認(rèn)識(shí)不足。典型的是過(guò)去在制定砂石應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在所規(guī)定的級(jí)配要求表格之下居然會(huì)說(shuō)明：如級(jí)配不合格，實(shí)驗(yàn)證明不影響施工，也可使用。( 那么還有必要定標(biāo)準(zhǔn)嗎？只要無(wú)限制地增加水泥漿體含量就能做到啊！)
2.2 建議
（1）鑒于當(dāng)前混凝土組分的變化，進(jìn)行混凝土配合比的計(jì)算的假定密度法不再適用，建議改用絕對(duì)體積法。
（2）以單粒級(jí)石子進(jìn)行兩級(jí)配或三級(jí)配，生產(chǎn)時(shí)分級(jí)投料，可得到滿足施工要求的最小漿體總量，有利于工程的經(jīng)濟(jì)性和耐久性。
（3）當(dāng)?shù)V物摻合料摻量改變時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用等漿體體積法調(diào)整混凝土配合比，以保持混凝土的穩(wěn)定性。
3 確定混凝土配合比的原則
按具體工程提供的《混凝土技術(shù)要求》選擇原材料和配合比：
（1）注重骨料級(jí)配和粒形，按最大松堆密度法優(yōu)化級(jí)配骨料，但級(jí)配后空隙率應(yīng)不大于42% ；
（2）按最小漿骨比（即最小用水量或膠凝材料總量）原則，盡量減小漿骨比，根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)和最小膠凝材料總量的
原則確定漿骨（體積）比，按選定的漿骨比得到1m3混凝土拌合物漿體體積和骨料體積；計(jì)算骨料體積所使用的密度應(yīng)當(dāng)是飽和面干狀態(tài)下所測(cè)定的；
（3）按施工性要求選擇砂石比，按《混凝土性能技術(shù)要求》中的混凝土目標(biāo)性能確定礦物摻合料摻量和水膠比；
（4）分別按絕對(duì)體積法用漿體體積計(jì)算膠凝材料總量和用水量；用骨料體積計(jì)算砂、石用量。調(diào)整水膠比時(shí)，保持漿體體積不變。根據(jù)工程特點(diǎn)和技術(shù)要求選擇合適的外加劑，用高效減水劑摻量調(diào)整拌合物的施工性；
（5）由于水泥接觸水時(shí)就開(kāi)始水化，拌合物的實(shí)際密實(shí)體積略小于各材料密度之和，則當(dāng)未摻入引氣劑時(shí)，攪拌時(shí)挾入空氣可按約1%計(jì)。
4 混凝土配合比選擇步驟的方案之一
4.1 確認(rèn)目標(biāo)
確認(rèn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中《混凝土技術(shù)要求》提出的設(shè)計(jì)目標(biāo)、條件及各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)：混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型、保護(hù)層最小厚度、所處環(huán)境、設(shè)計(jì)使用年限、耐久性指標(biāo)（根據(jù)所處環(huán)境選擇）、最低強(qiáng)度等級(jí)、最大水膠比、膠凝材料最小和最大用量、施工季節(jié)、混凝土內(nèi)部最高溫度（如果有要求）、骨料最大粒徑、拌合物坍落度、一小時(shí)坍落度最大損失（如果有）。
4.2 根據(jù)上述條件選擇原材料
4.3 確認(rèn)原材料條件
（1）水泥：品種、密度、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、已含礦物摻合料品種及含量、水化熱、氯離子含量、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間；
（2）石子：品種、飽和面狀態(tài)的表觀密度、松堆密度、石子最大粒徑、級(jí)配的比例和級(jí)配后的空隙率；
（3）砂子：篩除5mm以上顆粒后的細(xì)度模數(shù)、5mm以上顆粒含量、飽和面狀態(tài)的表觀密度、自然堆積密度、空隙率、來(lái)源；
（4）礦物摻合料：品種、密度、需水量比、燒失量、細(xì)度；
（5）外加劑：品種、濃度（對(duì)液體）、其它相關(guān)指標(biāo)（如減水劑的減水率、引氣劑的引氣量、堿含量、氯離子含量、鉀鈉含量等）。
4.4 計(jì)算膠凝材料密度
實(shí)測(cè)摻合料一定的膠凝材料密度，或由一定水泥和礦物摻合料的密度計(jì)算膠凝材料密度，如下：

5 混凝土配合比四要素的選擇
5.1 水膠比
對(duì)有耐久性要求的混凝土，按照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，由設(shè)計(jì)給出《混凝土技術(shù)要求》中的最低強(qiáng)度等級(jí)[2]，按保證率95%確定配制強(qiáng)度；以最大水膠比作為初步選水膠比，再依次減小0.05～0.1個(gè)百分點(diǎn)取3～5個(gè)水膠比試配，得出水膠比和強(qiáng)度的直線關(guān)系，找出上述配制強(qiáng)度所需要的水膠比，進(jìn)行再次試配。或按無(wú)摻合料的普通混凝土強(qiáng)度——水灰比關(guān)系選擇一個(gè)基準(zhǔn)水灰比，摻入粉煤灰后再按等漿骨比調(diào)整水膠比。一般，有耐久性要求的中等強(qiáng)度等級(jí)混凝土，摻用粉煤灰超過(guò)30%時(shí)（包括水泥中已含的混合材料），水膠比宜不超過(guò)0.44。
5.2 漿骨(體積)比
在水膠比一定的情況下的用水量或膠凝材料總量，或骨料總體積用量即反映漿骨比。對(duì)于泵送混凝土，可按表1選擇，或按GB/T 50746-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)最小和最大膠凝材料的限定范圍，由試配拌合物工作性確定，見(jiàn)表1，取盡量小的漿骨比值。水膠比一定時(shí)，漿骨比小的，強(qiáng)度會(huì)稍低、彈性模量會(huì)稍高、體積穩(wěn)定性好、開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)低，反之則相反。

5.3 砂石(體積)比
通常在配合比中的砂石比，以一定漿骨比（或骨料總量）下的砂率表示。對(duì)級(jí)配良好的石子，砂率的選擇以石子松堆空隙率與砂的松堆空隙率乘積為0.16～0.2為宜。一般，泵送混凝土砂率不宜小于36%，并不宜大于45%。為此應(yīng)充分重視石子的級(jí)配，以不同粒徑的兩級(jí)配或三級(jí)配后松堆空隙率不大于42%為宜。石子松堆空隙率越小，砂石比可越小。在水膠比和漿骨比一定的條件下，砂石比的變動(dòng)主要可影響施工性和變形性質(zhì)，對(duì)硬化后的強(qiáng)度也會(huì)有所影響（在一定范圍內(nèi)，砂率小的，強(qiáng)度稍低，彈性模量稍大，開(kāi)裂敏感性較大，拌合和物粘聚性稍差，反之則相反）。
5.4 礦物摻合料摻量
礦物摻合料的摻量應(yīng)視工程性質(zhì)、環(huán)境和施工條件而選擇。對(duì)于完全處于地下和水下的工程，尤其是大體積混凝土如基礎(chǔ)底板、咬合樁或連續(xù)澆注的地下連續(xù)墻、海水中的橋梁樁基、海底隧道底板或有表面處理的側(cè)墻以及常年處于干燥環(huán)境（相對(duì)濕度40%以下）的構(gòu)件等，當(dāng)沒(méi)有立即凍融作用時(shí)，礦物摻合料可以用到最大摻量（礦物摻合料占膠凝材料總量的最大摻量粉煤灰為50%，磨細(xì)礦渣為75%）；一年中環(huán)境相對(duì)濕度變化較大（冷天處在相對(duì)濕度為50%左右、夏季相對(duì)濕度70%以上），無(wú)化學(xué)腐蝕和凍融循環(huán)一般環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，對(duì)斷面小、保護(hù)層厚度小、強(qiáng)度等級(jí)低的構(gòu)件（如厚度只有10～15cm）的樓板），當(dāng)水膠比較大時(shí)（如大于0.5），粉煤灰摻量不宜大于20%，礦渣摻量不宜大于30%（均包括水泥中已含的混合材料）。不同環(huán)境下礦物摻合料的摻量選擇見(jiàn)GB/T50746-2008 附錄B和條文說(shuō)明附錄B。如果采取延長(zhǎng)濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間或其他增強(qiáng)鋼筋的混凝土保護(hù)層密實(shí)度的措施，則可超過(guò)以上限制。
5.5 試配和配合比的選定
在所選用高效減水劑的推薦摻量的基礎(chǔ)上，按混凝土的施工性調(diào)整為合適的摻量。在《混凝土技術(shù)要求》最大水膠比的基礎(chǔ)上，依次減小水膠比，選取3～5個(gè)值，計(jì)算各材料用量后 進(jìn)行試配，檢測(cè)所指定性能指標(biāo)值，從中選取符合目標(biāo)值的水膠比，再次進(jìn)行試配。根據(jù)實(shí)測(cè)試配結(jié)果得出配合比的拌合物密度，對(duì)計(jì)算密度進(jìn)行配合比的調(diào)整。無(wú)論水膠比還是礦物摻合料的變化，都要按等漿體體積法進(jìn)行調(diào)整。

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