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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(gè)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(shí)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(shí)我們的理論依據(jù)是什么？應(yīng)堅(jiān)持什么樣的原則？對(duì)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(shí)，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(cuò)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(huì)相應(yīng)降低，可是對(duì)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(huì)相應(yīng)降低。對(duì)現(xiàn)代低水膠比混凝土來說，這個(gè)說法也不一定對(duì)。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(gè)人之力所能為。本文是作者根據(jù)個(gè)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(shí)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(qǐng)教。

1

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(gè)施工人員約瑟夫?阿斯普?。?/span>Joseph Aspdin）提出“波特蘭”水泥的一個(gè)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(gè)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(shí)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(huì)越少。在這種思路指導(dǎo)下，粗骨料相對(duì)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(gè)具體的配合比時(shí)，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(shí)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(gè)粗骨料而用細(xì)骨料代替，表面積就會(huì)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(huì)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(shí)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?cè)谂浜媳戎?，根?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(gè)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(shí)，其表面積就會(huì)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(shí)，水泥用量就會(huì)增加一倍。以下是傅沛興工程師對(duì)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(gè)小正方體時(shí)：

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(shí)他對(duì)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(duì)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(jí)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(jí)配不合理，就會(huì)在混凝土內(nèi)部造成很多空隙，這時(shí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)配。

只有符合富勒曲線，由大小顆粒組成的材料才會(huì)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(duì)混凝土砂石料級(jí)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(jí)配法

魏矛斯認(rèn)為，在連續(xù)級(jí)配中，直徑相鄰的小顆粒會(huì)對(duì)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(shí)，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(huì)對(duì)骨料的空隙率起到負(fù)面的增加作用。為了不會(huì)對(duì)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(duì)混凝土中的大小顆粒進(jìn)行斷檔級(jí)配。

在這個(gè)思路的支配下，混凝土中的粗骨料一般都是單級(jí)配而不是二級(jí)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(jí)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(jí)配法都是對(duì)比表面積法的補(bǔ)充。

比表面積法是使用時(shí)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(gè)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(gè)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(duì)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(duì)比表

注：強(qiáng)度值為 28 天 3 組平均抗折強(qiáng)度。

從上面幾個(gè)不同的配比可以看出，每個(gè)機(jī)場的第一個(gè)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(gè)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(duì)這兩種方法進(jìn)行對(duì)比點(diǎn)評(píng)，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，比表面積法在低強(qiáng)度等級(jí)（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(jí)（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(gè)方面：

2.1 舊的配合比理論認(rèn)為，砂率對(duì)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(duì)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(duì)比試驗(yàn)，砂率從26%、28% 到 32%，對(duì)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(shí)，砂率在 34%～46% 之間變化對(duì)強(qiáng)度無明顯影響；何錦云教授認(rèn)為砂率對(duì)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(shí)[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(duì) 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(gè)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(gè)區(qū)間時(shí)，強(qiáng)度的大小和水灰比的大小沒有相關(guān)性。

                                                  表 2 三個(gè)機(jī)場不同水灰比抗折強(qiáng)度對(duì)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(duì)比關(guān)系

過去，我們做配合比時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不理想，一般第一個(gè)要采取的措施就是增加水泥用量。近幾年在每一個(gè)工地我們都要做強(qiáng)度和水泥用量的對(duì)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(gè)機(jī)場不同水泥用量抗折強(qiáng)度對(duì)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(jí)配法為輔助；半經(jīng)驗(yàn)是指僅僅靠理論還是做不了一個(gè)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(gè)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。現(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(cuò)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(cuò)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(gè)理論根據(jù)作者在施工現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)代混凝土已經(jīng)是錯(cuò)誤的了。

3

原因和困惑

為什么會(huì)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(duì)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(duì)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(gè)薄弱環(huán)節(jié)對(duì)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(duì)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?cè)诠こ讨袑?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(shí)候 C30 被人們認(rèn)為就是高強(qiáng)度等級(jí)混凝土。現(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(duì)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(duì)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(gè)怪現(xiàn)象：一個(gè)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。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(shí)，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(gè)人之力所能為。本文是作者在這個(gè)問題上所做的一些探索性的工作。

4

對(duì)建立現(xiàn)代混凝土配合比理論的思考

作者對(duì)做現(xiàn)代混凝土配合比時(shí)要堅(jiān)持的幾個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)問題很復(fù)雜，決不能說所有情況下混凝土都絕對(duì)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(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(duì)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。混凝土的單方用水量也基本上被控制在 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(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度降低了。

但同時(shí)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(gè)大的變化，就是單方混凝土的容重降低了。粗骨料用量同時(shí)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(gè)比較嚴(yán)重的問題，也是目前科技界爭議較大的一個(gè)問題，就是使用高效減水劑對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)強(qiáng)度的提高，對(duì)水灰比的大幅度降低等正面影響迷惑了，而對(duì)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(huì)提高砂漿漿體的體積，而漿體體積的增加就會(huì)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(duì)嚴(yán)重，耐久性變差。同時(shí)也使水泥用量增加，工程成本也隨之會(huì)增加。

由于作者在工程實(shí)踐中沒有使用過斷檔級(jí)配法，所以，一直提倡使用連續(xù)級(jí)配。目前，當(dāng)碎石采用錘破或反擊破，而非顎破時(shí)，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(shí)，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(duì)環(huán)境保護(hù)不利。特別是細(xì)度大于 380m2/kg、終凝時(shí)間低于 3 小時(shí)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(gè)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(duì)現(xiàn)代 C40～C60 混凝土，砂率和水灰比對(duì)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(gè)具體工程的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，意義很大。比如，在試驗(yàn)室做配比時(shí)，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(shí)，對(duì)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(duì)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(gè)問題可能同時(shí)成立：

（1）粗骨料用量越來越大；

（2）水泥用量就越來越??；

（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(shí)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(gè)步驟，其他如砂率和用水量就會(huì)隨之確定下來。對(duì)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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