论混凝土配合比的合理设计方法

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1、论混凝土配合比的合理设计方法北京市建筑工程研究院傅沛兴摘要：近几十年来混凝土科学技术有了飞跃的发展，但混凝土配制技术却只是在传统方法的基础上不断修改补充，未能达到现代混凝土形成的科学规律性。为此，有必要从现代混凝土的特点出发，通过系统的试验研究，从新探讨现代混凝土配合比科学合理的设计方法。本文通过大量反复的试验研究提出，应由水泥基胶结材浆体体积、空气体积与砂、石体积组成混凝土配合比。并着重论述水泥基胶结材浆体的设计配制方法以及按堆积密实原则设计砂、石量的方法。在对堆积密实型连续级配进一步研究中，将国内外常用的富勒氏连续级配计算式，针对混凝土拌

2、合物流变性类型，分别建立为五个计算式；并明确每种稠度类型的混凝土均有其符合流变性规律的适宜石子量；以及不论哪种类型混凝土，其砂率均必然随胶结材浆体量变化而改变的规律。从而将国内一向以砂率为主要设计参数的混凝土配合比设计方法，改变为以胶结材浆体量与石子量为主要参数的设计方法。混凝土以其原材料来源广泛，能配制从C10至C100以上的强度，能浇注进任何形状尺寸的模型，并能用钢筋、纤维直至预应力筋进行增强的优势，已广泛应用于房屋建筑、道桥、涵洞、海港、空港，直至海上采油平台，原子反应堆等所有土建工程。随着混凝土科学技术的发展，混凝土配制技术相应地不断

3、改进。许多国家的标准也随之补充修改，但至今还缺乏针对现代混凝土的特点，从新进行系统的探索研究，求取现代混凝土配合比内在的科学规律性。本文就此进行论述。一、混凝土配合比的传统理论与现状初期的混凝土只是由水泥、砂、石加水拌和而成的，因而早期混凝土配合比多是采用木板钉成的50L～60L两端带把的料斗，以水泥：砂：石为1：2：4或1：3：6的体积比进行配合。1919年美国人AbramsD提出水灰比定则后，各国开始探索研究按照结构物强度设计混凝土配合比。但当时一般土建工程对混凝土强度等级的要求并不高，例如上世纪五六十年代混凝土强度等级多为50号到170

4、号，即抗压强度为50㎏/cm2至170㎏/cm2，七十年代开始出现200号的相对高的强度等级。施工时除部分预制构件用干硬性混凝土外，大部分施工多用坍落度5㎝－9㎝的塑性混凝土。自上世纪七十年代出现高效减水剂以来，混凝土逐渐向高强化发展，九十年代出现高性能混凝土，上世纪末出现自密实混凝土，混凝土的组成成分与比例关系发生了较大的变化。但在人们的概念中，往往认为混凝土是一种非匀质的水泥基复合材料，工程技术人员设计出的混凝土配合比，必须通过试拌进行调整才能成为生产的配合比。因此各国的标准规范多沿用几十年来形成的配合比理论及相关的若干经验数据，适当补充

5、修改，作为混凝土配合比设计的指导性文件。传统的混凝土配合理论经多国的工程技术人员研究与实践，逐渐形成于上世纪20年代至60年代，当时还是在没有出现高效减水剂以及很少使用掺合料的时期，主要有以下一些混凝土配合比规律性概念。1．需水量定则——选定拌和水量6上世纪20～60年代混凝土的主要成分为水泥、粗、细集料与拌和水，而且水泥用量多在每m3200㎏左右，因此大量混凝土科技工作者认为，与混凝土工作性（稠度）相关的需水量，主要取决于集料的特性而不是水泥的特性，并得出混凝土的需水量定则。每m3混凝土的拌和用水量计算公式为：mW＝10/3（T+K）（1）

6、式中：mW为每m3混凝土的拌和水量（㎏/m3）；T为混凝土拌合物的坍落度（cm）；K为集料常数；需水量定则的集料常数K值，见下表。集料常数K值表1粗集料最大粒径（mm）10203040K碎石57.553.048.544.0卵石54.550.045.541.0关于设计混凝土配合比的拌和水量，中国《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55－2000【1】也基本上按混凝土拌和物需水量定则的规律，只依据碎石和卵石的最大粒径与混凝土拌和稠度给出每m3混凝土的用水量表。该规程的表4.0.1.1为干硬性混凝土的用水量表，表4.0.1.2为塑性混凝土的用水量表。

7、同时规定，当掺用外加剂时，可按外加剂的减水率减少拌和水量。美国的ACI211.1标准【2】也同样只依据集料的最大粒径和坍落度给出每m3混凝土拌和水量的表，与中国不同的是没有区分卵石与碎石，但是区分引气混凝土与非引气混凝土，引气混凝土的单方用水量要少一些。日本的JASS5标准【3】则进了一步，除粗集料最大粒径与坍落度外，增加了水灰比（由0.65～0.40）和细集料细度模数（3.3、2.8、2.2）分别给出每m3混凝土拌和水量。同时还规定如果在拌和物中加引气剂则单方用水量减少8％，如果掺加引气减水剂则单方拌和水量减少20％。可见日本标准已经逐步考

8、虑到现代混凝土技术进步的一些因素，但是仍未摆脱需水性定则的影响。2．水灰比定则－-确定水泥用量自1919年Abrams提出水灰比定则以来，各国纷纷根据本国水泥实际情