水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)就是根據(jù)工程要求、結(jié)構(gòu)形式和施工條件及原材料的技術(shù)性能來(lái)確定混凝土的各組分的適當(dāng)?shù)呐浜媳壤?從而盡可能經(jīng)濟(jì)地配制出工作性、強(qiáng)度和耐久性均滿足要求的混凝土。
摘要：水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)就是根據(jù)工程要求、結(jié)構(gòu)形式和施工條件及原材料的技術(shù)性能來(lái)確定混凝土的各組分的適當(dāng)?shù)呐浜媳壤?從而盡可能經(jīng)濟(jì)地配制出工作性、強(qiáng)度和耐久性均滿足要求的混凝土。
關(guān)鍵詞：水泥混凝土，配合比設(shè)計(jì)，要點(diǎn)
水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)就是根據(jù)工程要求、結(jié)構(gòu)形式和施工條件及原材料的技術(shù)性能來(lái)確定混凝土的各組分的適當(dāng)?shù)呐浜媳壤?從而盡可能經(jīng)濟(jì)地配制出工作性、強(qiáng)度和耐久性均滿足要求的混凝土。水泥混凝土是由水泥、粗集料、細(xì)集料和水按適當(dāng)比例配合,經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的一種人造石材。水泥混凝土各組成材料的配合比例決定著混凝土的技術(shù)性能和工程成本。但是現(xiàn)有水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)存在一些應(yīng)用中不宜量化控制的問(wèn)題，這就限制了此類結(jié)構(gòu)的推廣及應(yīng)用。本文根據(jù)現(xiàn)代土木工程對(duì)水泥混凝土提出的新的要求和多年實(shí)驗(yàn)室工作經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)要闡述了設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，供廣大同行切磋。
1、傳統(tǒng)水泥混凝土配合比的缺陷
傳統(tǒng)配合比設(shè)計(jì)方法是一種基于經(jīng)驗(yàn)的方法，混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能提出的要求比較簡(jiǎn)單，配制混凝土的原材料種類也比較少，因此傳統(tǒng)的配合比設(shè)計(jì)方法還存在許多不足之處。混凝土配合比設(shè)計(jì)理應(yīng)是一個(gè)完善的體系，包括原材料選擇、配合比計(jì)算、性能設(shè)計(jì)和性能檢測(cè)。事實(shí)上，人們?cè)谶M(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)有意或無(wú)意地采用了這一體系，但所采用的體系的完善程度各不相同，而且大都不完善。
從原材料選擇來(lái)看，多數(shù)是依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行的，帶有很大的主觀性。各人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)不同，知識(shí)量也不等。這就為混凝土配合比設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的隨機(jī)性。從配合比設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)看，各種沒計(jì)方法的計(jì)算方法互不相同。配合比計(jì)算的實(shí)質(zhì)就是四元（單位混凝土中水、水泥和粗細(xì)集料用量）一次方程組求解。從數(shù)學(xué)角度來(lái)講，四元一次方程組求解需要四個(gè)獨(dú)立方程式的聯(lián)立才能解出。而配合比設(shè)計(jì)中一般都采用需水性定則、水灰比定則和絕對(duì)體積法或假定容重法，這就提供了三個(gè)方程式；各配合比設(shè)計(jì)方法的不同在于第四個(gè)方程式的確定。為了完成配合比設(shè)計(jì)，各種方法都引進(jìn)了不同的關(guān)系式。我國(guó)引入了砂率；前蘇聯(lián)引入了砂漿撥開系數(shù)；英國(guó)引入了骨灰比；美國(guó)引入了粗集料最佳用量。另外因?qū)Ω咝阅芑炷恋恼J(rèn)識(shí)不足，對(duì)它的配合比設(shè)計(jì)主要依賴于經(jīng)驗(yàn)和大量的試配，計(jì)算過(guò)程在各種設(shè)計(jì)方法中似乎都不甚重要。
從性能設(shè)計(jì)來(lái)看，理想的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的主要性能（即：工作性能、強(qiáng)度和耐久性）的設(shè)計(jì)，雖然目前的各種設(shè)計(jì)方法基本都考慮到了這三方面的性能，但是似乎還沒有一種方法真正做到了對(duì)這三方面性能的設(shè)計(jì)。雖然最終都可能配出滿足三方面性能要求的混凝土，但這似乎不能歸功于該配合比設(shè)計(jì)體系的先進(jìn)性，而應(yīng)歸功于設(shè)計(jì)人員的大量試配工作。從性能檢測(cè)來(lái)看，每一種配合比設(shè)計(jì)體系也都是不甚完善的。對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性的檢測(cè)相對(duì)來(lái)說(shuō)還比較完善，而對(duì)新拌混凝土性能（主要是工作性）的檢測(cè)應(yīng)該說(shuō)是不合理、不完善的。各個(gè)設(shè)計(jì)體系大都采用Abrams的坍落度試驗(yàn)（塑性混凝土）和維勃稠度試驗(yàn)（干硬性混凝土）來(lái)檢測(cè)新拌混凝土的工作性。但這兩種試驗(yàn)都不能全面有效地反映新拌混凝土的工作性。當(dāng)然，研究者在試驗(yàn)室內(nèi)可能會(huì)使用其他方法來(lái)檢測(cè)新拌混凝土的工作性，但它們畢竟沒有很好地應(yīng)用到混凝土施工中去。
2、現(xiàn)代水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)思想
隨著現(xiàn)代建筑工程技術(shù)要求的提高，水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想應(yīng)從強(qiáng)度設(shè)計(jì)向多種性能設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化，從可行性設(shè)計(jì)向優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化。F∞指出：合理的材料配合比設(shè)計(jì)應(yīng)該在符合相關(guān)規(guī)范給出的包括強(qiáng)度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經(jīng)濟(jì)性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經(jīng)濟(jì)和適用的混凝土。配合比設(shè)計(jì)中主要考慮的因素有：1）水灰比。有關(guān)水灰比、水泥品種、外加劑、粗集料級(jí)配等因素對(duì)路面混凝土性能影響的試驗(yàn)表明，無(wú)論28d抗折強(qiáng)度還是抗壓強(qiáng)度，上述因素的主次為：水灰比一水泥品種一外加劑一粗集料級(jí)配。由此可見，水灰比對(duì)路面強(qiáng)度的影響是很大的。水灰比過(guò)大，多余水在硬化后的混凝土中形成氣孔，減小了混凝土抵抗荷載作用的有效斷面，在孔隙周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。水灰比愈小，水泥混凝土的強(qiáng)度也愈高，因此在滿足和易性要求的前提下，應(yīng)盡可能采用小的水灰比。此外，路面混凝土水灰比大小還應(yīng)考慮道路等級(jí)、氣候因素等。2）砂率。其大小主要影響混凝土的稠度，在水灰比低時(shí)這種影響表現(xiàn)得比較遲鈍，但砂率的改變會(huì)使混凝土的空隙率和集料的總表面積有顯著改變，直接影響硬化混凝土的品質(zhì)。砂率過(guò)大，在水泥漿用量不變的情況下，會(huì)使混凝土的水泥漿顯得過(guò)少，成型的路面表現(xiàn)砂漿層過(guò)厚，對(duì)耐磨耗、減少收縮不利。另外，從混凝土抗斷裂的角度考慮，砂漿也不宜過(guò)大。試驗(yàn)表明，混凝土的抗裂能力隨粗集料的增加而增加，因此在正常砂率的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少砂率，增加粗集料用量，對(duì)提高路面混凝土的抗折性能是必要的。3）集灰比。對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響在混凝土強(qiáng)度較高時(shí)表現(xiàn)得較明顯，當(dāng)水灰比相同時(shí)，混凝土隨集灰比的增長(zhǎng)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與集料數(shù)量增大、集料吸收的水分量增大、實(shí)際水灰比變小有關(guān)，與混凝土內(nèi)部孔隙總體積減少有關(guān)，還與較高標(biāo)號(hào)混凝土水泥用量較大有關(guān)。在適當(dāng)增大集灰比后，水泥膠結(jié)作用和集料的連鎖作用得到了充分的發(fā)揮。
3、結(jié)語(yǔ)
合理的材料配合比設(shè)計(jì)應(yīng)該在符合相關(guān)規(guī)范給出的包括強(qiáng)度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經(jīng)濟(jì)性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經(jīng)濟(jì)和適用的混凝土。要對(duì)水泥混凝土路面配合比設(shè)計(jì)深入系統(tǒng)的研究，使混凝土配合比設(shè)計(jì)體系更加科學(xué)合理、方便快捷，從而推動(dòng)水泥混凝土科學(xué)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1王德懷，陳肇元．高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)[J]．混凝土，1996（3）：4-10]
[2]陳建奎，王棟民．高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)新法——全計(jì)算法[J]．硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000，28（4）：194—198．