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楊文科

（中國民航機(jī)場建設(shè)集團(tuán)公司，北京 100101）

［摘 要］配合比是混凝土的靈魂。混凝土的性能、質(zhì)量和耐久性的好壞都與配合比有直接或間接的關(guān)系。作者根據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)，作此文來講解現(xiàn)代混凝土的配合比理論問題和在做配合比時應(yīng)注意的原則及事項(xiàng)。

［關(guān)鍵詞］混凝土；配合比；理論

配合比是混凝土的靈魂。混凝土的性能、質(zhì)量和耐久性的好壞都與配合比有直接或間接的關(guān)系。工程的設(shè)計(jì)強(qiáng)度明確以后，現(xiàn)場工程師首先要考慮的是如何做好配合比。怎樣才能做好配合比？做配合比時我們的理論依據(jù)是什么？應(yīng)堅(jiān)持什么樣的原則？對現(xiàn)代混凝土來說，無論是理論基礎(chǔ)，還是在理論基礎(chǔ)之上建立起來的規(guī)范，都出現(xiàn)了許多新問題。 這些問題是怎么產(chǎn)生的？如何解決？這些是當(dāng)前困擾混凝土科技界最嚴(yán)重的技術(shù)難題。

二十年前，配合比的理論基礎(chǔ)就是比表面積法，以及在此基礎(chǔ)上制定的規(guī)范，可以說混凝土科學(xué)技術(shù)理論就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。那時，依據(jù)理論和規(guī)范做具體的配合比工作，基本上滿足工程需要，也基本符合工程實(shí)際。但現(xiàn)在，用二十年前的比表面積理論和規(guī)范來指導(dǎo)現(xiàn)代混凝土，特別是高性能混凝土的配合比工作，已經(jīng)是錯誤很大，相差千里了。比如說，二十年前，以比表面積法為理論基礎(chǔ)制定的配合比規(guī)范認(rèn)為，提高砂率，強(qiáng)度就必然會相應(yīng)降低，可是對現(xiàn)代高性能混凝土來說，卻不是這樣；加大水灰比，強(qiáng)度也必然會相應(yīng)降低。對現(xiàn)代低水膠比混凝土來說，這個說法也不一定對。以上種種原因，使現(xiàn)代混凝土的配合比工作，從理論到規(guī)范，都出現(xiàn)了混亂和問題，以致現(xiàn)在工地上的配合比工作，主要靠工程師們的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，靠老一代傳幫帶。所以我們必須重新建立配合比問題的理論基礎(chǔ)，使它能和現(xiàn)代混凝土的技術(shù)進(jìn)步相匹配、相適應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上建立新的符合工程實(shí)際的規(guī)范來。但現(xiàn)代混凝土的配合比工作，受太多因素影響。建立新理論，制定新規(guī)范，絕不是一件容易之事，也絕非個人之力所能為。本文是作者根據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)，來講解現(xiàn)代混凝土的配合比理論問題和在做配合比時應(yīng)注意的原則及事項(xiàng)。以拋磚引玉，向各位專家學(xué)者請教。

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過去配合比所依據(jù)的理論基礎(chǔ)

從世界上第一次發(fā)現(xiàn)天然水泥以后，1824 年，英國利茲的一個施工人員約瑟夫?阿斯普?。?/span>Joseph Aspdin）提出“波特蘭”水泥的一個專利，大家認(rèn)為這是混凝土技術(shù)的開始。有了水泥，還要將石頭、砂子和水與其混合在一起才能形成混凝土，才能進(jìn)行工作。這四個組分如何搭配，它們各自合理的比例是多少？這就是混凝土配合比問題的實(shí)質(zhì)。

近二百年來，關(guān)于配合比在理論上有三種方法，分述如下：

1.1 比表面積法

此法是最早、也是使用時間最長的一種方法。這種方法的實(shí)質(zhì)是，粗細(xì)骨料都是一種零散體，只有用水泥，如同粘接劑一樣把它們粘接起來，才能形成人造石頭——混凝土。那么粘接劑（水泥）的需要量，就與粗細(xì)骨料提供表面積總量有關(guān)。粗細(xì)骨料提供的總的表面積越多，在達(dá)到一定的強(qiáng)度要求的前提下，水泥的需要量就越大。相反，就會越少。在這種思路指導(dǎo)下，粗骨料相對細(xì)骨料，在同等體積下，粗骨料提供的比表面積比細(xì)骨料要少得多，所以，在做一個具體的配合比時，在滿足施工要求的前提下，盡可能地提高粗骨料用量，降低砂率，是比表面積法最重要的原則。最通俗的理解是，比表面積法把水泥看成是能粘結(jié)砂石的一種“漿糊”。那么砂石提供的表面積越小，達(dá)到同樣強(qiáng)度所需的水泥“漿糊”就越少。

圖 1 表示粗骨料和細(xì)骨料，粗骨料越多，在達(dá)到一定強(qiáng)度時水泥需要量就越少。

圖 1 混凝土內(nèi)部粗細(xì)骨料示意圖

圖 2 混凝土中由細(xì)骨料代替
粗骨料引起的表面積變化示意圖

如果我們把圖 2 中的粗骨料放大，取掉一個粗骨料而用細(xì)骨料代替，表面積就會成倍增加。在達(dá)到同等強(qiáng)度的前提下，水泥的需要量就會加大。

比表面積法認(rèn)為，在一定的條件下，為盡可能地降低水泥用量，以達(dá)到降低工程成本的目的，辦法是盡可能多地使用粗骨料，減少細(xì)骨料用量。

總之，比表面積法是使用時間最長的一種方法。在理論上有簡單易懂的特點(diǎn)，但到目前為止，有些問題還沒有搞清楚，還需要經(jīng)驗(yàn)來補(bǔ)充。比如說，我們在配合比中，根據(jù)工程需要，減少了 1kg 粗骨料，那么需要增加多少細(xì)骨料，由此而引起增加多少水泥呢？這個問題上百年來一直靠經(jīng)驗(yàn)解決。

2005 年，北京市建筑工程研究院退休的工程師傅沛興，提出了骨料的表面積和直徑的關(guān)系：認(rèn)為當(dāng)骨料的直徑減少一半時，其表面積就會增加一倍。即當(dāng)我們用直徑為 2cm 的骨料代替直徑為 4cm 的骨料時，水泥用量就會增加一倍。以下是傅沛興工程師對正方體的計(jì)算：

以邊長為 2m 的正方體為例：

體積 V1 = 2×2×2 = 8 (m3 )

表面積 S1 = 6×2×2 = 24 (m2 )

將其切為8個小正方體時：

總體積 V2 = 8×1×1×1 = 8 (m3 )

總表面積 S2 = 8×6×1×1 = 48 (m2 )

計(jì)算結(jié)果： V2 = V1

S2 = 2S1

所以，正方體邊長小一半，而體積相同，總表面積增加一倍。

同時他對其他多邊形和球形也進(jìn)行了同樣的計(jì)算，結(jié)果是一樣的。這是對比表面積理論很好的補(bǔ)充，如果用于工程實(shí)際，還需要有人做進(jìn)一步的研究。

1.2 最大密度法

此法的核心是，組成混凝土的石、砂以及水泥首先應(yīng)有合理的級配，以求得混凝土有最大的密度和最低的空隙率。如果組成粗細(xì)骨料和水泥顆粒的級配不合理，就會在混凝土內(nèi)部造成很多空隙，這時候套用比表面積理論必然誤差很大。所以，組成混凝土的各種顆粒，必須求得最佳級配和最大密度，才能保證混凝土內(nèi)部有最小的空隙率。如何保證有最大的密度和最小的空隙率呢？主要根據(jù)富勒的連續(xù)級配理論，其方程式如公式 (1)。

P = 100 (1)

式中：P——通過某篩孔的百分?jǐn)?shù)，％；

D——粗骨料最大直徑，mm；

d——篩孔的孔徑，mm。

富勒級配曲線可用公式 (1) 表示，雖然瑞士學(xué)者鮑羅米和法國學(xué)者費(fèi)瑞特根據(jù)混凝土實(shí)際配制情況有所調(diào)整，但級配曲線沒有根本性變化。

為滿足混凝土的需要，意大利學(xué)者泰勃勒將富勒連續(xù)級配公式修改為如公式 (2) 形式。

P = 100 (2)

公式 (2) 較適用于高性能混凝土與自密實(shí)混凝土的砂石最優(yōu)級配。

只有符合富勒曲線，由大小顆粒組成的材料才會有最大的單位容重和最小的空隙率。我國許多行業(yè)的施工規(guī)范中，對混凝土砂石料級配的要求都是以富勒曲線為基礎(chǔ)，并根據(jù)我國的具體情況做適當(dāng)修改后形成的。目前我國《公路路面混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中，就以最大密度法為理論依據(jù)。

1.3 魏矛斯斷檔級配法

魏矛斯認(rèn)為，在連續(xù)級配中，直徑相鄰的小顆粒會對大顆粒形成的骨架帶來不利影響。同樣，我國清華大學(xué)廉惠珍教授等人的研究也認(rèn)為：只有當(dāng)小顆粒的直徑約為大顆粒的六分之一時，小顆粒才能完全只起到填充大顆粒骨架形成的空隙作用，而不會對骨料的空隙率起到負(fù)面的增加作用。為了不會對孔隙率和混凝土的強(qiáng)度帶來不利影響，所以必須人為地對混凝土中的大小顆粒進(jìn)行斷檔級配。

在這個思路的支配下，混凝土中的粗骨料一般都是單級配而不是二級配。也就是說，粗骨料只用 2～4cm 石子，人為去掉 0.5～2cm 的小石子，提高砂率，在不增加水泥用量的前提下也能達(dá)到理想的空隙率最低而強(qiáng)度較高的質(zhì)量效果。

以上三種有關(guān)配合比的理論是到目前為止我們做任何配合比的依據(jù)。

比表面積法以如何減少骨料的總表面積為核心，最大密度法和斷檔級配法以如何增大骨料的單位容重和最小空隙率為核心。二者表面上看起來似乎有矛盾之處，但仔細(xì)分析后就不難發(fā)現(xiàn)，最大密度法和斷檔級配法都是對比表面積法的補(bǔ)充。

比表面積法是使用時間最長、影響最大的一種方法。我國《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》到目前為止都是以它為理論依據(jù)的。國外的情況也基本一樣。最大密度法近二十多年來在我國公路、民航使用較普遍一些。在同一個單位，老一代工程師用比表面積法多一些，而中青年一代使用最大密度法多一些。在同一個工地，使用同樣的原材料做同一強(qiáng)度的配比，兩種方法在粗細(xì)骨料的用量上大不相同。表 1 是 2003 年在廣州白云新機(jī)場、2005 年在內(nèi)蒙呼和浩特機(jī)場、2008 年在天津機(jī)場對機(jī)場跑道設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度為 5MPa 的干硬性混凝土，老一代工程師和中年工程師所做的配比。

                                        表 1 廣州、天津、呼和浩特機(jī)場干硬性混凝土不同配合比對比表

注：強(qiáng)度值為 28 天 3 組平均抗折強(qiáng)度。

從上面幾個不同的配比可以看出，每個機(jī)場的第一個配比是按最大密度法做出來的，大小石比例是 5∶5 或 6∶4，砂率是 32%；第二個是按比表面積法原理做出來的，大小石的比例是 7∶3，砂率是 28% 甚至 26%。二者的 28 天強(qiáng)度基本一致，沒有高低之分，要讓作者對這兩種方法進(jìn)行對比點(diǎn)評，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，比表面積法在低強(qiáng)度等級（C30 以下）和大水灰比混凝土中適應(yīng)性較好，而最大密度法在高強(qiáng)度等級（C40 以上）和較低水灰比（水灰比為 0.45 以下）適應(yīng)性較好。

2

舊的配合比理論和現(xiàn)代混凝土的不適應(yīng)性

為什么說舊的配合比理論指導(dǎo)不了現(xiàn)代混凝土的配合比設(shè)計(jì)？主要原因就是舊的配合比理論是以比表面積法為依據(jù)的。而隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，在具體的配合比工作中，用舊的比表面積法指導(dǎo)配合比工作，已經(jīng)出現(xiàn)了很大的誤差，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 舊的配合比理論認(rèn)為，砂率對強(qiáng)度有直接影響，砂率越高，強(qiáng)度越低

在現(xiàn)代混凝土中，砂率的大小對強(qiáng)度已經(jīng)沒有明顯影響。如表 1 中，作者在不同機(jī)場做的對比試驗(yàn)，砂率從26%、28% 到 32%，對飛機(jī)跑道的干硬性混凝土強(qiáng)度都沒有明顯影響。在這一問題上，許多專家學(xué)者也得出過和作者相同的結(jié)論，吳中偉院士和廉慧珍教授合著的《高性能混凝土》一書就認(rèn)為水灰比為 0.53～0.55 時，砂率在 34%～46% 之間變化對強(qiáng)度無明顯影響；何錦云教授認(rèn)為砂率對普通混凝土的抗壓強(qiáng)度影響并不大，尤其是在較大水灰比時[1]。

2.2 舊的混凝土理論中，水灰比和強(qiáng)度是最重要的關(guān)系式

舊的混凝土理論中，水灰比和強(qiáng)度是最重要的關(guān)系式，即水灰比越大，強(qiáng)度就越低。1930 年，瑞士學(xué)者鮑羅米就根據(jù)以上的觀點(diǎn)總結(jié)出了經(jīng)典的混凝土強(qiáng)度公式：

f28 = Af28 ( C/W－B )

式中，f28 為混凝土的 28 天強(qiáng)度，C/W 為水灰比，A 和 B 為與骨料強(qiáng)度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

在現(xiàn)代混凝土中，特別是對 C40 以上混凝土，這些理論和實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)找不到相關(guān)性。表 2 是作者近些年在幾個機(jī)場做的部分干硬性混凝土配合比。水灰比從 0.38 到 0.45，試驗(yàn)的結(jié)果使作者認(rèn)為：當(dāng)水灰比在這個區(qū)間時，強(qiáng)度的大小和水灰比的大小沒有相關(guān)性。

                                                  表 2 三個機(jī)場不同水灰比抗折強(qiáng)度對比表

注：強(qiáng)度值為 28 天 3 組平均抗折強(qiáng)度。

2.3 強(qiáng)度和水泥用量的對比關(guān)系

過去，我們做配合比時，如果發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不理想，一般第一個要采取的措施就是增加水泥用量。近幾年在每一個工地我們都要做強(qiáng)度和水泥用量的對比關(guān)系，發(fā)現(xiàn)相關(guān)性也很差，幾乎找不到規(guī)律，如表 3 所示。

                                                     表 3 三個機(jī)場不同水泥用量抗折強(qiáng)度對比表

注：強(qiáng)度值為 28 天 3 組平均抗折強(qiáng)度。

過去，工地上的配合比工作是在半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)下進(jìn)行的。半理論主要是以比表面積法為基礎(chǔ)，最大密度法和斷檔級配法為輔助；半經(jīng)驗(yàn)是指僅僅靠理論還是做不了一個實(shí)際工程的配合比。比如，我國《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（2000 年版）中，要做配合比有兩個重要的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)——回歸系數(shù)αa 和αb，就主要靠工程師的經(jīng)驗(yàn)選取，否則，配合比是做不出來的?，F(xiàn)在，根據(jù)比表面積理論作出的水灰比原則、砂率選取原則、水泥用量選取原則，根據(jù)作者在上面表 1、表 2、表 3 中的分析，都出現(xiàn)了錯誤，這就說明過去的配合比理論已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代混凝土了，也就是說，用老的配合比理論來指導(dǎo)現(xiàn)代混凝土，已經(jīng)是錯誤的了。這一點(diǎn)，從我國目前正在使用的《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（2000 年版）中，也能得出同樣的結(jié)論。在這本規(guī)程中，做配合比的第一步就是水灰比的確定，第二步是水泥用量的確定，第三步是砂率的確定。而這三步如何確定，主要是以比表面積的理論為基礎(chǔ)的。而這個理論根據(jù)作者在施工現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對指導(dǎo)現(xiàn)代混凝土已經(jīng)是錯誤的了。

3

原因和困惑

為什么會出現(xiàn)以上情況？這主要是由于近二十年來，混凝土科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)了以下的重要變化。

3.1 粗骨料

在 20 世紀(jì)以前，加工粗骨料的機(jī)械采用擠壓式的工作原理（即顎破式）。這種方式生產(chǎn)出來的碎石，針片狀含量遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，對混凝土的強(qiáng)度影響較大。而現(xiàn)在我們采用的破碎機(jī)械，其工作原理是錘擊式（即錘破或反擊破）。采用這種方式破碎的粗骨料，針片狀含量完全滿足規(guī)范要求；過去粗骨料粒徑一般用 2～4cm，大于當(dāng)前高性能混凝土中大多數(shù)采用的 1～2cm 粒徑。粒徑的減小使原來粗骨料顆粒內(nèi)部的軟弱面和解理面對混凝土強(qiáng)度的負(fù)面影響降低，也使水泥石與骨料粘結(jié)面，這個薄弱環(huán)節(jié)對強(qiáng)度的負(fù)面影響降低；過去的混凝土粗骨料用量較大，一般在 1200kg/m3 左右，而現(xiàn)在的高性能混凝土其粗骨料用量一般在 1000kg/m3 左右。粗骨料用量的降低也使其對混凝土強(qiáng)度的影響程度大大降低。

3.2 水灰比

在 20 世紀(jì)以前，由于施工工藝落后，高效減水劑未投入使用等原因，我們在工程中實(shí)際使用的混凝土，其水灰比極少有小于 0.4 的。而現(xiàn)在，隨著高效減水劑投入使用，各種新的礦物摻合料被大量使用，水灰（膠）比小于 0.4 的混凝土被廣泛用于工程中。

3.3 強(qiáng)度

在 20 世紀(jì)以前，工程中使用的基本上是 C30 以下混凝土。那時候 C30 被人們認(rèn)為就是高強(qiáng)度等級混凝土?，F(xiàn)在，C40 以上混凝土在工程中的用量已遠(yuǎn)大于 C30 以下混凝土。建筑物中的重要結(jié)構(gòu)，如板、梁、柱等，已基本上不使用 C30 以下混凝土了。

3.4 水泥細(xì)度

在 20 世紀(jì)以前，由于受水泥生產(chǎn)技術(shù)落后的局限，水泥的細(xì)度很難達(dá)到 300m2/kg 以上。而現(xiàn)在，隨著機(jī)械工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國現(xiàn)在 42.5水泥的細(xì)度一般在 330～350m2/kg之間，52.5 水泥的細(xì)度一般在 380m2/kg 以上，有的甚至超過了 400m2/kg。水泥細(xì)度的增加使比表面積的大小對強(qiáng)度的影響力大大減弱了。

3.5 其他

混凝土工業(yè)方面：高性能混凝土的大量應(yīng)用，泵送技術(shù)的大量應(yīng)用，大摻量粉煤灰的應(yīng)用，高效減水劑的應(yīng)用；水泥工業(yè)方面：閉路磨的使用，細(xì)度的大幅度提高，高效選粉機(jī)和助磨劑的使用等，都使混凝土技術(shù)有了徹底的改變。

假如我們把近二百年來混凝土的理論科學(xué)比作一座高樓，那么配合比中的比表面積理論、水灰比理論、骨料和水泥使用等方面的技術(shù)，就是這座高樓的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，我們的基礎(chǔ)出現(xiàn)了問題，對混凝土學(xué)科來說，還有什么問題比這更嚴(yán)重的呢？

近二十年來，我國的混凝土科技界出現(xiàn)了一個怪現(xiàn)象：一個有幾十年經(jīng)驗(yàn)的科技工作者、教授甚至院士，指導(dǎo)不好工程現(xiàn)場遇到的、可能是很普通的技術(shù)問題；任何權(quán)威的著作，或大家公認(rèn)的結(jié)論，都能在施工現(xiàn)場找到反證。

綜上所述，二十年前，配合比的理論基礎(chǔ)就是比表面積法?？梢哉f混凝土科學(xué)技術(shù)理論就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。那時，依據(jù)理論和規(guī)范做具體的配合比工作，基本上滿足工程需要，也基本符合工程實(shí)際。但現(xiàn)在，用二十年前的比表面積理論和規(guī)范來指導(dǎo)現(xiàn)代混凝土，特別是高性能混凝土的配合比工作，誤差很大。配合比工作已經(jīng)由原來的半經(jīng)驗(yàn)、半理論的模式走向完全靠經(jīng)驗(yàn)的模式。以致現(xiàn)在工地上的配合比工作，主要靠工程師們的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。

所以，必須重新建立新的配合比理論，使它能和現(xiàn)代混凝土的技術(shù)進(jìn)步相匹配、相適應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上建立新的符合工程實(shí)際的規(guī)范。

建立新理論，制定新規(guī)范，絕不是一件容易之事，也絕非個人之力所能為。本文是作者在這個問題上所做的一些探索性的工作。

4

對建立現(xiàn)代混凝土配合比理論的思考

作者對做現(xiàn)代混凝土配合比時要堅(jiān)持的幾個重要原則先做必要的說明。

4.1 坍落度

首先要考慮的是坍落度，這是最重要的。坍落度的大小當(dāng)然與混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸，是鋼筋混凝土還是素混凝土及鋼筋的密集程度，地上還是地下及是否是高層建筑，是泵送還是現(xiàn)場攪拌，是冬天還是夏天，水泥情況及強(qiáng)度等許多因素有關(guān)。一個有經(jīng)驗(yàn)的工程師要根據(jù)以上情況確定工程所需的坍落度。我們要確定一個最重要的原則，就是坍落度越小，混凝土的抗凍、抗?jié)B、抗裂縫、抗碳化能力及耐久性越好。具體地說，這個問題很復(fù)雜，決不能說所有情況下混凝土都絕對符合這一原則（比如高溫大風(fēng)等其他特殊情況就不一定符合這一原則），但作者認(rèn)為，在目前混凝土技術(shù)發(fā)展水平的情況下，這個原則基本上是正確的。

我們要明確的是，坍落度是我們施工工藝的需要，而不是混凝土或工程的需要。在鋼筋密集、體積較小、樓層較高、特別是現(xiàn)在大都采用的是混凝土泵來輸送時，我們的施工工藝水平，不能把坍落度小的混凝土注入這些構(gòu)件，并保證它們的密實(shí)性。所以，必須確立的原則是，增加坍落度，是當(dāng)前施工工藝水平的需要。

我國在 20 世紀(jì) 70 年代以前，提倡使用干硬性混凝土，特別是在機(jī)場、碼頭和混凝土預(yù)制構(gòu)件這些領(lǐng)域，通過強(qiáng)震成型等方法，大大減少了這些領(lǐng)域里的混凝土裂縫，提高了工程質(zhì)量。那時候我國的施工工藝原則和配合比原則，也是盡可能地降低坍落度，使用干硬性混凝土。但從 20 世紀(jì) 70年代末，由于高效減水劑的出現(xiàn)，水灰比得到了大幅度的降低。那時候人們認(rèn)為，強(qiáng)度、裂縫等許多問題，都是水灰比過大造成的，而高效減水劑解決了水灰比問題。并且干硬性混凝土施工難度大，勞動強(qiáng)度高，所以，施工中盡可能避免使用干硬性混凝土這一原則，除了在機(jī)場、少數(shù)預(yù)制構(gòu)件等行業(yè)還在使用外，在其他行業(yè)，特別是房屋建筑行業(yè)，逐漸放棄使用干硬性混凝土了。工地上逐漸大量使用塑性混凝土、流動性混凝土和高性能混凝土，其特點(diǎn)就是坍落度越來越大?，F(xiàn)在，我們反思這一原則的變化，對混凝土和工程的質(zhì)量，特別是耐久性，是有利還是無利？

首先要分析研究，高效減水劑都帶來了哪些變化？主要是水灰比的大幅度降低?，F(xiàn)在工地上很少用到水灰比大于 0.5的混凝土，特別是水膠比，就更低了?；炷恋膯畏接盟恳不旧媳豢刂圃?160kg 以下，這些都是高效減水劑帶來的變化。這些變化使混凝土的 28 天強(qiáng)度更高了，施工時工人的勞動強(qiáng)度降低了。

但同時我們要看到，放棄優(yōu)先使用干硬性混凝土這一原則，出現(xiàn)了一個大的變化，就是單方混凝土的容重降低了。粗骨料用量同時也降低了。這使混凝土的體積穩(wěn)定性變差了，產(chǎn)生收縮裂縫的可能性增加了。

還有一個比較嚴(yán)重的問題，也是目前科技界爭議較大的一個問題，就是使用高效減水劑對混凝土的質(zhì)量和耐久性帶來的負(fù)面影響。許多人通過試驗(yàn)認(rèn)為，高效減水劑增加了混凝土的收縮，增加了產(chǎn)生裂縫的可能性。特別是加速了干縮，這些都對耐久性帶來了極不利影響。作者根據(jù)自己的工程實(shí)踐，也贊同這一看法。

綜上所述，作者認(rèn)為，盡可能降低坍落度，重新提倡優(yōu)先使用干硬性、半干硬性或塑性混凝土，盡可能少用大流動性混凝土，仍然是目前情況下做好配合比的第一指導(dǎo)原則。過去之所以放棄這一原則，主要是被高效減水劑對強(qiáng)度的提高，對水灰比的大幅度降低等正面影響迷惑了，而對它的負(fù)面影響很少研究，這一點(diǎn)值得反思。

4.2 粗骨料

在滿足強(qiáng)度和施工工藝要求的前提下，盡可能增加粗骨料用量應(yīng)該是配合比的重要原則。粗骨料的減少就會提高砂漿漿體的體積，而漿體體積的增加就會使裂縫發(fā)生的可能性增大，如果是暴露在空氣中的構(gòu)件，干縮變得相對嚴(yán)重，耐久性變差。同時也使水泥用量增加，工程成本也隨之會增加。

由于作者在工程實(shí)踐中沒有使用過斷檔級配法，所以，一直提倡使用連續(xù)級配。目前，當(dāng)碎石采用錘破或反擊破，而非顎破時，我國 2～4cm 規(guī)格碎石的針片狀含量已基本滿足規(guī)范要求。在此情況下，當(dāng)構(gòu)件的鋼筋間距在 8cm 以上時，作者認(rèn)為，粗骨料的最大粒徑應(yīng)為 4cm，而不是 2cm。

4.3 水泥用量

在滿足強(qiáng)度和施工工藝要求的前提下，盡可能降低水泥用量是配合比的重要原則。水泥用量過大可能帶來的不利影響是水化熱過高，裂縫增多，抗凍抗?jié)B性能下降，發(fā)生假凝的可能性增大，耐久性變差，工程成本隨之增大，也對環(huán)境保護(hù)不利。特別是細(xì)度大于 380m2/kg、終凝時間低于 3 小時的水泥，負(fù)面影響可能就更明顯、更嚴(yán)重。所以，我們應(yīng)考慮盡可能降低水泥用量。

以上是作者認(rèn)為做好現(xiàn)代混凝土配合比的三個指導(dǎo)原則。和過去盡可能降低砂率和水灰比的指導(dǎo)原則相比，變化較大。作者經(jīng)過實(shí)踐認(rèn)為，對現(xiàn)代 C40～C60 混凝土，砂率和水灰比對混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響已經(jīng)變得復(fù)雜，是提高好還是降低好要根據(jù)具體情況而定。所以，盡可能降低砂率和水灰比已不能作為現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則。

以上原則在指導(dǎo)一個具體工程的配合比設(shè)計(jì)時，意義很大。比如，在試驗(yàn)室做配比時，粗骨料用量由 1450kg 到1500kg、水泥用量由 300kg 到 330kg，進(jìn)行小量的調(diào)整時，對混凝土強(qiáng)度和其他性能指標(biāo)影響不是很明顯，試驗(yàn)室就很難對比出優(yōu)劣來。但用以上原則進(jìn)行取舍，就比較方便。

在現(xiàn)代混凝土中，以下幾個問題可能同時成立：

（1）粗骨料用量越來越大；

（2）水泥用量就越來越小；

（3）混凝土體積穩(wěn)定性就越來越好；

（4）坍落度就越來越低；

（5）混凝土的單方重量就越來越大；

（6）裂縫的可能性就越來越小。

綜上所述，混凝土耐久性就越來越好。

下面以 C50 混凝土為例，討論現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)的具體步驟。作者經(jīng)驗(yàn)如下：

第一步：根據(jù)工程實(shí)際，確定使用何種混凝土。干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土還是高性能混凝土。

在滿足施工工藝、施工環(huán)境、構(gòu)件尺寸和鋼筋密集程度要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮使用干硬性混凝土，其次是半干硬性混凝土，其次是塑性混凝土，再其次是高性能混凝土。

第二步：確定單方混凝土容重。

根據(jù)作者經(jīng)驗(yàn)，干硬性混凝土的容重在 2480～2550kg/m3之間，半干硬性混凝土的容重在 2430～2480kg/m3之間，塑性和高性能混凝土的容重在 2380～2450kg/m3之間。做配合比時取大值還是取小值，主要與粗骨料的視比重有關(guān)。

第三步：確定膠凝材料用量。

干硬性混凝土水泥用量在 280～330kg/m3 之間，半干硬性混凝土水泥用量在 320～360kg/m3 之間，塑性混凝土水泥用量在 380～450kg/m3 之間，高性能混凝土水泥用量在450～500kg/m3 之間。

第四步：確定粗骨料用量。

干硬性混凝土粗骨料用量在 1380～1450kg/m3 之間，半干硬性混凝土粗骨料用量在 1330～1380kg/m3 之間，塑性混凝土粗骨料用量在 1250～1350kg/m3 之間，高性能混凝土粗骨料用量在 1000～1300kg/m3 之間。

有了以上四個步驟，其他如砂率和用水量就會隨之確定下來。對以上步驟的總結(jié)如表 4 所示。

                                                      表 4 C50混凝土不同配合比材料用量及其他

綜上所述，研究建立適應(yīng)現(xiàn)代混凝土的配合比理論，應(yīng)該是我們當(dāng)代混凝土理論研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。

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