混凝土配合比計(jì)算的原則

1、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“ performancebasedspecificatio的n 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?；炷林兴?、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

2、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來描述。圖 1 混凝土各組成材料的關(guān)系和性質(zhì)及其作用和影響由圖 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

3、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。當(dāng)前我國(guó)混凝土配合比計(jì)算存在的問題及建議存在問題假定容重法“假定密度法 ”本來是在絕對(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

4、原材料內(nèi)部孔隙）。過去水泥、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 1.902.40g/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

5、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 土的總體積來說是很少的。 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。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

6、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。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

7、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)?“超量”而變相增加漿體含量、減小水膠比，但是，在形式上，并未公開實(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

8、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)問題時(shí)， 無法從所報(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。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)果是水膠比將過大，實(shí)際強(qiáng)度會(huì)超過期望值。以粉煤灰為例，如果摻入粉煤灰后仍保持水灰比

9、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

10、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。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)過嚴(yán)格的級(jí)配， 銷售時(shí)經(jīng)過裝料、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)者的無知， 無視砂石標(biāo)準(zhǔn)。 號(hào)稱連續(xù)級(jí)配， 實(shí)際上小于 10mm 的顆粒極少， 幾乎沒有。而且由于我國(guó)砂石標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)

11、針、 片狀尺寸顆粒限定要求過寬 （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 年代初就說過：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%?，F(xiàn)在，我國(guó)市售石子空隙率已達(dá)45%以上， 甚至超過 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

12、落后的現(xiàn)狀，造成混凝土無法保證應(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得出去?，F(xiàn)在沒有合格砂石的供應(yīng)， 其根源就是買的人對(duì)砂石質(zhì)量的重要性認(rèn)識(shí)不足。典型的是過去在制定砂石應(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？只要無限制地增加水泥漿體含量就能做到?。?)建議）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。）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。）當(dāng)

13、礦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。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：）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%；）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；）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；）分別按絕對(duì)體積

14、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；）由于水泥接觸水時(shí)就開始水化， 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)?；炷僚浜媳冗x擇步驟的方案之一確認(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

15、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） 。根據(jù)上述條件選擇原材料確認(rèn)原材料條件）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；）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；）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、來源；）礦物摻合料： 品種、密度、需水量比、 燒失量、細(xì)度；）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）。計(jì)算膠凝材料密度實(shí)測(cè)摻

16、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：B=C+SL（1）按加權(quán)法由式（ 1）得：為了消除難以測(cè)定的b，將：代入式 (2)得：式中 B， C， F， SL分別為膠凝材料總量和水泥、粉煤灰、礦渣粉的質(zhì)量用量；B，C，F(xiàn)， SL分別為膠凝材料、水泥、粉煤灰、礦渣粉的密度；VB ， VC， VF， VSL分別為膠凝材料、水泥、粉煤灰、礦渣粉的體積；c、F、 SL分別為水泥、粉煤灰、礦渣粉占膠凝材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；C、F、 SL分別為水泥、粉煤灰、礦渣粉占膠凝材料體積的百分?jǐn)?shù)。混凝土配合比四要素的選擇水膠比對(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)

17、計(jì)給出混凝土技術(shù)要求中的最低強(qiáng)度等級(jí)，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0.050.1 個(gè)百分點(diǎn)取 35 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?；虬礋o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30%時(shí)（包括水泥中已含的混合材料） ，水膠比宜不超過 0.44。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/T50746-2

18、008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、開裂風(fēng)險(xiǎn)低，反之則相反。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0.160.2 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，開裂敏感性較大，拌合和物粘聚性稍差，反之則相反）。礦物摻合料摻量礦物摻合料的摻量應(yīng)視