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国内常用混凝土配合比设计方法

导言

虽然混凝土科学技术已有漫长的发展历史，但仍然是一门基于实验的科学，传统的配合比设计方法在很大程度上依赖于设计者的经验。我们总希望可以搞出一个图表或者一个万能公式，能表达出或准确计算出混凝土的配合比，这样就方便实践和质量控制了。但由于混凝土原材料品种、质量、形态甚至产地的差异，对混凝土各项性能产生的影响各异。混凝土工程环境的差异以及气温高低、空气湿度，风速大小及养护的好坏都会对混凝土产生不容忽视的影响。再加上混凝土是非匀质、不连续结构……，种种这些条件使得采用一张图表或一个万能公式的设想变得不可能实现或很难实现。二十世纪后半叶混凝土业界最伟大的成就之一，就是我们终于可以用科学的方法来描述、研究、预测、评估混凝土这个非常复杂的材料，让混凝土技术成为材料科学新的研究对象。

目前，国外混凝土配合比设计方法包括意大利的Collepardi提出的混凝土配合比设计方法，美国的P.K.Mehta和加拿大P.C.Aitcin共同提出的以浆骨比为基础的高性能混凝土配合比设计方法。此外，日本、法国对混凝土配合比技术同样有成熟的研究。不同的混凝土配合比设计方法均有其优缺点，其设计方法与适用范围各有不同。目前，国内外存在的混凝土配合比设计方法均是半经验半计算的方法，对工程经验要求较高，不利于初学者灵活掌握。

简易配合比设计方法

该方法最早由吴中伟院士提出。该混凝土配合比设计方法具体步骤如下：

1.确定混凝土配合比设计参数

以混凝土常用性能指标为主，主要包括工作性指标、耐久性指标、水胶比。

2.求骨料最小混合空隙率

将砂石按不同的比例混合，测其砂石混合空隙率，空隙率值最小的一组对应的砂石堆积比例所计算的砂率为混凝土的砂率。

3.确定浆量

测得砂石混合空隙率确定胶凝材料浆量数值与水泥浆富余量相加，如坍落度为180～200mm时，浆量的富余量可取1m3的8%～12%，坍落度每变化10mm，富余浆体量变化1%，但最终结果通过试拌确定。

4.计算各组分用量

根据水胶比、砂率、胶凝材料用量及矿物掺合料掺量和密度，按绝对体积法计算各组分用量。

简易配合比设计方法使用简便，充分考虑混凝土的工作性与骨料之间的关系，即在利用最小砂石空隙率的同时，根据工作性调整浆体体积；但是对于大体积及对耐久性有特殊要求的混凝土工程，在确定浆体时具有局限性。

以饱和面干骨料的配合比设计方法

随着减水剂与矿物掺合料的广泛使用，混凝土的配合比设计工作比以往更加复杂。在充分考虑混凝土现状的情况下，清华大学廉慧珍教授在传统混凝土配合比设计的基础上，提出了现代六组分混凝土配合比设计的四要素：水胶比、浆骨比、砂石比和矿物掺合料用量。并给出了四要素之间的关系以及对混凝土性能指标的影响，如图1所示。

图1混凝土各组成材料的关系和性质及其作用和影响

1.水胶比

在标准规定范围内选择最大水胶比作为初始水胶比，再依次减小0.01～0.02百分点，取3～5个水胶比为一组进行混凝土试配，根据强度结果选取28d抗压强度最合适的一个水胶比为最终水胶比。

2.浆骨比

廉慧珍教授认为，混凝土新拌合物在满足工作性的基础上，选择最小的浆骨比。浆骨比的选择参考《混凝土结构耐久性规范》（GB/T50746-2018）。

3.砂石比

此处砂石比为在确定骨料体积之后的砂率。一般情况下，对于机制砂与含石量超标的天然砂来说，砂率应比同等级配合比增加3%左右。因此，砂的粒形、粒径、颗粒级配应首先考虑。此外，石子的级配应充分重视。砂石比可随着石子松堆空隙率降低而降低。

4.矿物掺合料掺量

矿物掺合料的掺量以实际工程使用环境为基准，具体掺量应以混凝土结构要求最大强度与养护条件为原则。在没有立即冻融的环境下，矿物掺合料可以用规定的最大掺量，并且可以酌情增加掺量。

具体混凝土配合比设计步骤如下：

（1）确定混凝土设计目标、条件、各项指标、参数，根据以上要求选择原材料；

（2）确定混凝土配制强度，fcu，o≥fcu.k+1.645σ；

（3）选择混凝土配合比4要素具体参数值；

（4）初步混凝土配合比计算；

（5）试配、调整。

据以饱和面干骨料的配合比设计方法整体充分考虑现代混凝土六组分特点，重新定义混凝土配合比中四要素，整体思路清晰全面；但是饱和面干骨料概念现在还不能够被接受，且饱和面干骨料的含水状态难以控制。

全计算配合比设计方法

中国矿业大学王栋民教授与武汉理工大学陈建奎教授提出高性能混凝土全计算配合比设计方法，其主要内容为：在混凝土材料的基础上，计算混凝土单方用水量公式和砂率公式，选择浆骨比为35：65。该方法的基本特点有以下两点：

（1）混凝土各组成具有体积相加性。

（2）各组分之间，粒径大的材料空隙由小于其粒径的材料填充，以此类推。

全计算配合比设计方法计算步骤如下：

（1）根据规范计算混凝土配制强度：