1 配合比設(shè)計(jì)方法

在我國現(xiàn)行配合比設(shè)計(jì)規(guī)范中，JG J55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》是經(jīng)常使用的配合比設(shè)計(jì)方法之一。在JG J55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中，對(duì)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本思路和參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，該規(guī)程依據(jù)大量試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按照水灰比法則進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)，因此，該規(guī)程適用于普通混凝土配合比設(shè)計(jì)。而對(duì)與特種混凝土、高強(qiáng)混凝土，則強(qiáng)調(diào)在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，必須用工程所使用的材料通過多次重復(fù)試驗(yàn)，最終選擇合適的材料和配合比。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)中的一些問題

2.1 基本要求

⑴ 強(qiáng)度等級(jí)?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)和混凝土配制強(qiáng)度。

⑵ 和易性。施工方面要求的混凝土拌合物具有足夠的坍落度、良好的和易性、可塑性、不易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

⑶ 耐久性。保證在自然環(huán)境和使用條件下的耐久性（如：抗凍等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)和抗化學(xué)侵蝕性）。

⑷ 在保證以上3項(xiàng)材料性質(zhì)的前提下，盡量做到節(jié)約水泥和降低成本，符合經(jīng)濟(jì)原則。

2.2 主要控制參數(shù)

⑴ 水灰比。水與水泥之間的比例關(guān)系。

⑵ 單位用水量。1m³混凝土的用水量。

⑶ 砂率。砂與石的比例關(guān)系。

這3個(gè)參數(shù)與混凝土配合比設(shè)計(jì)基本要求密切相關(guān)，水灰比的大小直接影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性；用水量的多少是控制混凝土拌合物流動(dòng)性大小、粘性的重要參數(shù)；砂率反映砂石的配合關(guān)系，砂率對(duì)混凝土的影響主要體現(xiàn)在和易性。

2.3 外加劑摻量的確定

外加劑的摻量是獲得技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的重要因素。不同類型的外加劑各具特性，都有各自的適宜摻量范圍和限值，規(guī)范中建議確定外加劑摻量的原則是：在滿足混凝土性能要求的前提下，采用最低摻量。最重要的是首先滿足混凝土性能要求這一前提，而不是外加劑推薦摻量的低限。

2.4 摻合料的選擇與摻量

不同的摻合料具有不同的性質(zhì)，活性摻合料的使用不僅可改善混凝土的性能，對(duì)混凝土成本的控制亦有不可忽視的影響。以常用的II級(jí)粉煤灰、礦粉為例，II級(jí)粉煤灰的需水量比一般為105%，礦粉的需水量比一般為95%，因此，使用不同的摻合料和不同的摻加比例對(duì)混凝土的用水量將產(chǎn)生不同的影響。另外，不同的摻合料品種、摻加量對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度等產(chǎn)生不同的影響，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)對(duì)混凝土的質(zhì)量要求和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)加以選擇。

2.5 用水量的選用

用水量是混凝土配合比設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，決定混凝土用水量大小的往往是混凝土的工作性而不是水泥水化的需要。理論上，達(dá)到水泥完全水化時(shí)的最小水灰比為0.23左右，而對(duì)絕大部分混凝土來講，其用水量遠(yuǎn)比理論值要高。多余的水分一部分作為毛細(xì)水存在于毛細(xì)孔內(nèi)，而其他的水蒸發(fā)后在混凝土內(nèi)留下孔隙，對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生不利影響。

在相同的工作性前提下，混凝土用水量的大小取決于外加劑的性能與摻量、膠凝材料的需水量、砂子的細(xì)度模數(shù)、石子的最大粒徑、摻合料的品種及摻量等。

2.6 水灰比法則的局限性

隨著水泥技術(shù)的發(fā)展、外加劑水平的提高以及活性摻合料的普及使用，水灰比法則的適用性越來越表現(xiàn)出其局限性。有人用32.5級(jí)與42.5級(jí)水泥，也有人用42.5與52.5級(jí)水泥分別配制高強(qiáng)混凝土，得到的結(jié)果均顯示不出差異；因此，必須了解混凝土組成材料的基本性質(zhì)和各種材料之間的相互影響，以及合理使用材料，綜合、全面地對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 材料的合理使用

混凝土組成的每種材料都有其特性，而且不同的產(chǎn)品規(guī)格和不同生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品特點(diǎn)也不相同。在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)和使用材料時(shí)，就必須充分考慮所使用材料的特性，做到經(jīng)濟(jì)、合理使用每種材料，配制出技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)俱佳的混凝土。

3.1 水泥

我國的水泥分類有很多種，如，P.O、P.S、P.P、P.F、P.C、P.I、P.II等，常用的水泥有P.O水泥（普通硅酸鹽水泥）、P.S水泥（ 礦渣硅酸鹽水泥）、P.C水泥（ 復(fù)合硅酸鹽水泥）等。在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)混凝土性能的要求選用適當(dāng)?shù)?/span>、當(dāng)?shù)?/span>水泥品種，同時(shí)，根據(jù)外加劑、摻合料的性質(zhì)確定合理的摻量，盡量降低水泥用量。

水泥是決定混凝土成本的主要材料，又起到粘結(jié)、填充等重要作用，所以水泥的選用格外重要。水泥的選用應(yīng)以穩(wěn)定、適應(yīng)性良好為原則，尤其是對(duì)外加劑的適應(yīng)性應(yīng)給予足夠的重視。穩(wěn)定、適應(yīng)性良好的水泥是確?；炷临|(zhì)量和成本控制的前提。

3.2 外加劑

外加劑的使用越來越普及，其作用也日益重要。在選擇合適的外加劑品種后，外加劑的摻量如何選擇是決定混凝土各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)鍵因素。如前所述，減水劑對(duì)混凝土的性能發(fā)揮著巨大作用，也是進(jìn)行混凝土配制時(shí)需重點(diǎn)考慮的因素。對(duì)于外加劑摻量，尤其是其中減水劑的摻量，首先應(yīng)了解減水劑摻量與減水率的關(guān)系。減水劑必須達(dá)到一定的摻量其效果才比較明顯，過低或過高的摻量都是不理想或不經(jīng)濟(jì)的。合適的外加劑摻量，可以控制用水量，在水灰比一定時(shí)降低水泥和摻合料的用量，從而達(dá)到使用較低的用水量和膠凝材料用量，滿足混凝土性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的雙重要求。

3.3 摻合料（粉煤灰）

粉煤灰是煤粉燃燒后的熔融成分受急冷后得到的。用于混凝土的優(yōu)質(zhì)粉煤灰應(yīng)是經(jīng)風(fēng)選設(shè)備分選出來的，其顆粒以光滑玻璃微珠為主。部分置換水泥后，達(dá)到同樣的工作性時(shí)，混凝土的用水量可以降低，同時(shí)混凝土的流動(dòng)性大大改善。粉煤灰在結(jié)構(gòu)混凝土中，可置換水泥量高達(dá)60%，且不管是新拌混凝土還是硬化混凝土，都具有優(yōu)越的性能。摻用粉煤灰對(duì)新拌混凝土的明顯好處是增大漿體的體積，用粉煤灰等量代替水泥，粉煤灰的體積要比水泥約大30%; 再根據(jù)強(qiáng)度要求，用粉煤灰超量代替水泥時(shí)，多加的粉煤灰增大了細(xì)粉含量；但是，為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求而采取磨細(xì)的方法得到的粉煤灰，雖細(xì)度等指標(biāo)滿足了標(biāo)準(zhǔn)的要求，但其中的玻璃微珠被破壞，這不僅不會(huì)降低混凝土的用水量，而且會(huì)增加混凝土的粘度，尤其是配制高強(qiáng)混凝土?xí)r更為明顯。當(dāng)使用粉煤灰時(shí)，不能只用粉煤灰取代水泥而不改變配合比，而是要根據(jù)混凝土達(dá)到一定的目標(biāo)強(qiáng)度和工作性時(shí)，根據(jù)粉煤灰摻量和水膠比的關(guān)系來確定混凝土的配合比。

對(duì)于高鈣、高硫粉煤灰，用其配制的混凝土強(qiáng)度較高，混凝土的早期強(qiáng)度提高尤為明顯。但對(duì)該種粉煤灰的摻量應(yīng)注意，過高時(shí)可能會(huì)影響混凝土的體積穩(wěn)定性。

3.4 骨料

配合比設(shè)計(jì)應(yīng)以干燥狀態(tài)骨料為基準(zhǔn)，細(xì)骨料含水率應(yīng)小于0.5%，粗骨料含水率應(yīng)小于0.2%。優(yōu)質(zhì)的骨料對(duì)混凝土的性能具有明顯的改善作用，不同混凝土對(duì)骨料的要求不同。規(guī)范中對(duì)砂子的級(jí)配、細(xì)度模數(shù)、含泥量、泥塊含量等有明確的要求，一般在配制強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土?xí)r，使用偏細(xì)的砂子有助于改善混凝土的和易性，而配制強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土?xí)r，適宜使用較粗的砂子。砂子的級(jí)配影響混凝土的和易性，尤其是對(duì)混凝土流動(dòng)性能的影響更為顯著。在使用質(zhì)量較差的砂子配制混凝土?xí)r，應(yīng)對(duì)混凝土的配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如，調(diào)整砂率、外加劑摻量、膠凝材料用量和用水量等。過細(xì)的砂子對(duì)混凝土的收縮不利，容易引起混凝土的開裂，而且增加混凝土的成本。同樣，石子對(duì)混凝土的影響也不容忽視。用級(jí)配合理的石子配制的混凝土具有良好的流動(dòng)性，混凝土的工作性容易保證。另外，配制高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土?xí)r，石子的種類和最大粒徑應(yīng)適當(dāng)控制。碎石優(yōu)于卵石，一方面碎石中風(fēng)化石很少，另一方面碎石的表面粗糙，與水泥漿的結(jié)合力更大。用粒徑較小的石子配制的混凝土比用大粒徑石子配制的混凝土強(qiáng)度略高。與普通混凝土相比，高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度對(duì)界面更敏感。用小粒徑石子時(shí)，由于比表面相對(duì)大，水泥漿體和單個(gè)石子界面的過渡層周長(zhǎng)和厚度都小，難以形成大的缺陷，有利于界面強(qiáng)度的提高。同時(shí)，石子粒徑越小，石子本身缺陷的幾率越小。

4 結(jié)論

⑴ 配制性能優(yōu)良的混凝土是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)根據(jù)原材料情況和混凝土的技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證。

⑵ 原材料的選擇和合理使用，對(duì)配合比的設(shè)計(jì)和混凝土的性能至關(guān)重要，只有正確地選材和合理使用材料才有可能配制出技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都滿意的混凝土。

⑶ 在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，用水量和外加劑的摻量以及活性摻合料的合理匹配是確保混凝土技術(shù)指標(biāo)和降低成本的有效途徑。適當(dāng)降低用水量對(duì)混凝土的長(zhǎng)期性能和成本控制都是有利的。

⑷ 每種材料的性質(zhì)及其對(duì)新拌混凝土和硬化混凝土性能的影響，必須經(jīng)過試驗(yàn)確認(rèn)，并根據(jù)使用環(huán)境、工藝要求等靈活掌握。