水泥混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式和施工条件及原材料的技术性能来确定混凝土的各组分的适当的配合比例,从而尽可能经济地配制出工作性、强度和耐久性均满足要求的混凝土。
摘要：水泥混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式和施工条件及原材料的技术性能来确定混凝土的各组分的适当的配合比例,从而尽可能经济地配制出工作性、强度和耐久性均满足要求的混凝土。
关键词：水泥混凝土，配合比设计，要点
水泥混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式和施工条件及原材料的技术性能来确定混凝土的各组分的适当的配合比例,从而尽可能经济地配制出工作性、强度和耐久性均满足要求的混凝土。水泥混凝土是由水泥、粗集料、细集料和水按适当比例配合,经一定时间硬化而成的一种人造石材。水泥混凝土各组成材料的配合比例决定着混凝土的技术性能和工程成本。但是现有水泥混凝土配合比设计存在一些应用中不宜量化控制的问题，这就限制了此类结构的推广及应用。本文根据现代土木工程对水泥混凝土提出的新的要求和多年实验室工作经验简要阐述了设计的要点，供广大同行切磋。
1、传统水泥混凝土配合比的缺陷
传统配合比设计方法是一种基于经验的方法，混凝土结构对材料性能提出的要求比较简单，配制混凝土的原材料种类也比较少，因此传统的配合比设计方法还存在许多不足之处。混凝土配合比设计理应是一个完善的体系，包括原材料选择、配合比计算、性能设计和性能检测。事实上，人们在进行配合比设计时已经有意或无意地采用了这一体系，但所采用的体系的完善程度各不相同，而且大都不完善。
从原材料选择来看，多数是依据个人经验知识进行的，带有很大的主观性。各人的经验知识不同，知识量也不等。这就为混凝土配合比设计带来了一定的随机性。从配合比设计计算来看，各种没计方法的计算方法互不相同。配合比计算的实质就是四元（单位混凝土中水、水泥和粗细集料用量）一次方程组求解。从数学角度来讲，四元一次方程组求解需要四个独立方程式的联立才能解出。而配合比设计中一般都采用需水性定则、水灰比定则和绝对体积法或假定容重法，这就提供了三个方程式；各配合比设计方法的不同在于第四个方程式的确定。为了完成配合比设计，各种方法都引进了不同的关系式。我国引入了砂率；前苏联引入了砂浆拨开系数；英国引入了骨灰比；美国引入了粗集料最佳用量。另外因对高性能混凝土的认识不足，对它的配合比设计主要依赖于经验和大量的试配，计算过程在各种设计方法中似乎都不甚重要。
从性能设计来看，理想的配合比设计应能实现对混凝土的主要性能（即：工作性能、强度和耐久性）的设计，虽然目前的各种设计方法基本都考虑到了这三方面的性能，但是似乎还没有一种方法真正做到了对这三方面性能的设计。虽然最终都可能配出满足三方面性能要求的混凝土，但这似乎不能归功于该配合比设计体系的先进性，而应归功于设计人员的大量试配工作。从性能检测来看，每一种配合比设计体系也都是不甚完善的。对混凝土力学性能和耐久性的检测相对来说还比较完善，而对新拌混凝土性能（主要是工作性）的检测应该说是不合理、不完善的。各个设计体系大都采用Abrams的坍落度试验（塑性混凝土）和维勃稠度试验（干硬性混凝土）来检测新拌混凝土的工作性。但这两种试验都不能全面有效地反映新拌混凝土的工作性。当然，研究者在试验室内可能会使用其他方法来检测新拌混凝土的工作性，但它们毕竟没有很好地应用到混凝土施工中去。
2、现代水泥混凝土配合比设计思想
随着现代建筑工程技术要求的提高，水泥混凝土配合比设计的指导思想应从强度设计向多种性能设计转化，从可行性设计向优化设计转化。F∞指出：合理的材料配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求的前提下，确定各种成分的用量，获得最经济和适用的混凝土。配合比设计中主要考虑的因素有：1）水灰比。有关水灰比、水泥品种、外加剂、粗集料级配等因素对路面混凝土性能影响的试验表明，无论28d抗折强度还是抗压强度，上述因素的主次为：水灰比一水泥品种一外加剂一粗集料级配。由此可见，水灰比对路面强度的影响是很大的。水灰比过大，多余水在硬化后的混凝土中形成气孔，减小了混凝土抵抗荷载作用的有效断面，在孔隙周围产生应力集中。水灰比愈小，水泥混凝土的强度也愈高，因此在满足和易性要求的前提下，应尽可能采用小的水灰比。此外，路面混凝土水灰比大小还应考虑道路等级、气候因素等。2）砂率。其大小主要影响混凝土的稠度，在水灰比低时这种影响表现得比较迟钝，但砂率的改变会使混凝土的空隙率和集料的总表面积有显著改变，直接影响硬化混凝土的品质。砂率过大，在水泥浆用量不变的情况下，会使混凝土的水泥浆显得过少，成型的路面表现砂浆层过厚，对耐磨耗、减少收缩不利。另外，从混凝土抗断裂的角度考虑，砂浆也不宜过大。试验表明，混凝土的抗裂能力随粗集料的增加而增加，因此在正常砂率的基础上，适当减少砂率，增加粗集料用量，对提高路面混凝土的抗折性能是必要的。3）集灰比。对混凝土强度的影响在混凝土强度较高时表现得较明显，当水灰比相同时，混凝土随集灰比的增长呈增长趋势，这与集料数量增大、集料吸收的水分量增大、实际水灰比变小有关，与混凝土内部孔隙总体积减少有关，还与较高标号混凝土水泥用量较大有关。在适当增大集灰比后，水泥胶结作用和集料的连锁作用得到了充分的发挥。
3、结语
合理的材料配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求的前提下，确定各种成分的用量，获得最经济和适用的混凝土。要对水泥混凝土路面配合比设计深入系统的研究，使混凝土配合比设计体系更加科学合理、方便快捷，从而推动水泥混凝土科学的发展。
参考文献：
[1王德怀，陈肇元．高性能混凝土的配合比设计[J]．混凝土，1996（3）：4-10]
[2]陈建奎，王栋民．高性能混凝土配合比设计新法——全计算法[J]．硅酸盐学报，2000，28（4）：194—198．