415 普通混凝土配合比如何設計？

混凝土配合比設計是根據所選擇的原材料決定其合理且經濟的定量比例，以滿足技術經濟要求，保證獲得與工藝條件相適應的混合物流動性，并在硬化以后達到要求的性能。本文不對配合比的具體設計過程加以闡述，而僅就我們從事配合比設計的經驗和體會給出一些幫助意見。

一、砂率的合理確定

在混凝土的各組分中，砂子填充石子的空隙，水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在集料表面起膠結作用，并填充砂子的空隙，使混凝土形成一個密實的整體。

在《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ／T55—2000） 里，對于中砂和連續粒級石子，根據石子的最大粒徑、水灰比給出了相差５％的砂率取值范圍，《規程》規定，對于細砂或粗砂，可相應地減少或增大砂率，對于單粒級石子，砂率應適當增大。

砂率對混凝土強度的影響，在一定范圍內并不明顯。因此，合理砂率值主要應根據混凝土拌合物的坍落度及粘聚性、保水性等特征來確定。

作者曾比較過“搭配”試驗法、計算法以及美國混凝土協會的ACI法等方法，美國混凝土協會的ACI法較為準確，但由于和國內標準的銜接問題，具體運用起來有些困難，在比較了國內的幾種確定方法后，比較準確實用的方法還是拌合物試驗法。具體介紹如下：（１） 按砂率值每組相差２％ ～３％的間隔拌制至少５組不同砂率的混凝土拌合物，并保持各組的用水量及水泥用量相同；（２）分別測定每組混凝土的坍落度值，并同時檢驗其粘聚性及保水性情況（對坍落度值小于10mm的干硬性或半干硬性混凝土，應以維勃稠度值作為確定合理砂率值的基礎）；（３） 用EX-CEL作坍落度值砂率關系圖。一般情況下，如砂率過大，集料的總表面積和空隙率都增大，混凝土拌合物顯得干稠，流動性較小。如砂率過小，則砂漿量不足，也將降低拌合物的流動性。因此，在圖１上將出現一個坍落度的極大值，與此相應的砂率值即為合理砂率值；此外，在水灰比及用水量比較大的情況下，砂率過小會引起混凝土的離析及泌水。此時，坍落度值大而不穩定，以致在關系圖上反映不出極大值點來。此時，合理砂率值應為粘聚性及保水性良好，且混凝土坍落度值為最大時所對應的砂率值。

從圖１可以看出，坍落度隨砂率增大而增大，到最佳砂率時達到最大，然后隨砂率的增大而減小，比較幾條曲線可以看出，水灰比越大，砂率對坍落度的影響越明顯。

在選取５個試配砂率時，對于中砂和連續粒級的石子，可用《普通混凝土配合比設計規程》砂率表的中間值作為５個試配砂率的中間值，再向左右按2％～3％的間隔各確定兩個砂率值，作為５個試配砂率，最佳砂率一般都會在５個試配砂率的最大值和最小值之間。對于細砂，可根據砂子細度模數的大小比中砂的５個試配砂率減少3％～6％確定５個試配砂率；對于粗砂，則相反。對于單粒級的石子，一般應增加2％～4％。根據我們的經驗，使用最大粒徑小于16mm的石子配制混凝土時，最佳砂率變動的范圍較大，做５組不同砂率的試驗有時不能確定最佳砂率，一般應做７組為宜。

二、使用非連續級配的石子配制混凝土

《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》（JCJ53—Ｒ92） 中要求，單粒級石子宜用于組合成具有要求級配的連續粒級，也可與連續粒級混合使用，以改善其級配或配成較大粒度的連續粒級。不宜用單一的單粒級配制混凝土。如必須單獨使用，則應作技術經濟分析，并應通過試驗證明不會發生離析或影響混凝土的質量。圖２描繪的是對兩種石子配制的混凝土的坍落形狀。

從圖２描繪的形狀可以看出，非連續粒級石子配制的混凝土體積穩定，坍落度小。在坍落度試驗中我們也發現，用非連續粒級石子配制的混凝土容易發生崩塌和一邊剪壞現象，而且常發生離析現象，上述現象表明，用非連續粒級石子配制的混凝土大多工作性不佳。

用非連續級配集料時，由于粒級之間的配合間斷，骨架作用明顯，各組分顆粒間缺少有機的銜接，各組分之間嚴重分離，缺少中間粒級的傳力和阻礙作用，使得粗集料更容易在模內下沉形成分層或是稀水泥漿從拌合物中流失，造成混凝土拌合物不均勻和失去連續性，混凝土發生離析。有人認為非連續粒級石子配制的混凝土，由于其石子粘結面較小，內部缺陷較多，抗壓強度要低，根據我們長期、大量使用非連續粒級石子配制混凝土的經驗，對于強度小于Ｃ35、坍落度不大于50mm的混凝土來講，石子的級配對混凝土的抗壓強度影響不大。

造成非連續粒級石子級配差的原因大多在于５～10mm的小石子缺乏，針對這種情況，對強度不大于Ｃ30、坍落度不大于50mm的混凝土，為改善混凝土的工作性能，可采取增加砂率，增加水泥漿的辦法糾正，一般可獲得良好的工作性。

對配制強度超過Ｃ35，坍落度大于50mm的混凝土，使用粒徑大于25mm的非連續粒級石子，需摻加外加劑和摻合料，混凝土抗壓強度往往比預期的要低。

三、泵送混凝土砂率的確定

為保證泵送混凝土有較好的可泵性， 《普通混凝土配合比設計規程》規定，泵送混凝土的砂率宜為35％～45％，宜用中砂，其通過0.315ｍｍ篩孔的顆粒含量不應少于15％。規定比非泵送混凝土大的砂率的主要目的，是為混凝土拌合物有足夠量的砂漿，以保證泵送混凝土有較高的流動性、可泵性。

在具體確定泵送混凝土的砂率時，由于砂率取值范圍較大，很多配制人員感到比較困難，確定砂率總的原則是：外加劑減水效果越好，所需砂率越小；細粉料越多，所需砂率越小；Ｉ級粉煤灰比II級粉煤灰所需砂率要小。

細粉料除了通過提高混凝土的流動性以改善混凝土的可泵性外，還可以在管道的內壁形成附壁層，以減少中心料流的摩擦阻力，提高混凝土的可泵性，但細粉料含量過大也是有害的，因為細粉料需要較多的水，并形成黏稠的混合物，沿管道運動的黏滯阻力增大，使泵送壓力增加，導致管道堵塞。當粗集料最大粒徑Ｄ_ｍａｘ＝31.5mm時，細粉料350～400kg/ｍ^３黏滯阻力最小；當粗集料最大粒徑Ｄ_ｍａｘ＝16mm時，細粉料400～450kg/ｍ^３黏滯阻力最小。對于大多數的泵送混凝土，細粉料含量都能滿足要求，在具體配制時，可對砂子通過0.315mm的顆粒含量不予控制。

對于坍落度80mm的泵送混凝土，砂率可按下表確定，對坍落度大于80mm的泵送混凝土，可按坍落度每增大20mm，砂率增大1％予以調整。泵送混凝土的合理砂率見表１。

四、使用特細砂配制混凝土

隨著建筑用砂資源的日漸枯竭，特細砂在建筑工程中的應用也日趨廣泛。特細砂指的是細度模數小于1.6的砂子，其特點有含泥量、泥塊含量大，級配分區為III區或III區以外，級配差。使用特細砂配制混凝土常見的問題是流動性差，抗壓強度低，裂縫較多。

特細砂比表面積大，顆粒多，拌合用水中相當多的水分吸附在砂的表面，使拌合物黏滯度增大，粘聚力增強，很難靠混凝土自重克服結構黏度及限剪應力而產生變形流動。在相同砂重的條件下，較中粗砂混凝土拌合物要消耗較多的水泥漿才能獲得相同的坍落度。砂子顆粒表面粘有泥土，減弱了砂子顆粒與水泥漿的粘結力，再加上特細砂混凝土需水量大等因素，從而影響了混凝土的抗壓強度。

特細砂混凝土所需水泥用量較大，再加上特細砂含泥量較大等因素，造成混凝土硬化收縮較大，從而使混凝土較易出現裂縫。針對造成特細砂混凝土性能不佳的原因，采取以下對策，可得到一定程度的糾正。

（一）低坍落度

在配制混凝土時，對于施工規范要求35～50mm的，使用特細砂混凝土，坍落度達到10～20mm即可振搗密實，如果坍落度達到35～50mm，反倒會在其上表面形成一個較厚的砂漿層。特細砂混凝土所需坍落度較小的原因在于，特細砂混凝土的坍落度并不能很好地反映其工作性，在振搗時，特細砂混凝土易液化，有良好的流動性，易振搗密實。

較小的坍落度，在保持強度不變的條件下，會減少水泥用量，從而也減少了裂縫出現的可能。

（二）低砂率

為保證混凝土有滿足要求的粘聚性，混凝土中的砂漿數量通常大幅超過石子間隙，特細砂混凝土的粘聚性通常較好，在配制細度模數1.0～1.5的特細砂混凝土時，可在中砂砂率的基礎上降低5％～10％。較低的砂率可有效提高混凝土強度和減少混凝土裂縫。

（三）低水泥用量

使用32.5級的水泥配制Ｃ25及以下的特細砂混凝土，從經濟性和技術上是可行的，對于Ｃ30及以上的混凝土，使用32.5級的水泥，水泥用量太大，混凝土易出現裂縫，也不經濟。配制Ｃ30及以上的混凝土，最好使用42.5級的水泥，或者添加減水、引氣的外加劑。

五、應高度重視混凝土的耐久性

耐久性作為混凝土的一個重要指標，在設計混凝土配合比時應與強度、工作性作同等重要的考慮，不是只對有特殊要求的混凝土才考慮耐久性，而應對所有混凝土均加以考慮。

我們在對主體結構剛剛完成的建筑物的混凝土進行回彈檢測中發現，齡期2～3個月的混凝土，其碳化深度已達5～６mm，齡期剛剛28ｄ的混凝土最深的碳化深度就多達４mm，共同的規律是，使用礦渣水泥的混凝土比使用普通水泥的混凝土碳化得快，砂粒粗的比砂粒細的混凝土碳化得快，在使用新標準后的水泥比使用新標準前的水泥澆筑的混凝土碳化要快。這些現象提示我們，在設計配合比時，要高度重視混凝土的耐久性問題，碳化深度一旦超過保護層厚度，鋼筋就失去了保護，很容易銹蝕。

混凝土的耐久性取決于滲透性，滲透性是耐久性的第一道防線，滲透性主要取決于水灰比和膠結材料用量，為減小水灰比，可采用摻加引氣劑或減水劑的方法，減少用水量，以減小水灰比。為提高耐久性，使用較高的水泥用量會造成較高的建設成本，可采用加入硅粉和礦渣超細粉等礦物超細粉，以降低水泥用量，而達到降低成本、提高耐久性的目的。

我們在檢查施工資料的過程中發現，有的施工單位Ｃ15的結構構件所使用的配合比的水灰比為0.75，0.75的水灰比是無法滿足結構構件的耐久性要求的，雖然《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55—2000）中對Ｃ15的混凝土沒有作出最大水灰比和最小水泥用量的限制，Ｃ15的混凝土作為墊層使用可不限制其最大水灰比和最小水泥用量，但作為結構構件，還是必須限制其最大水灰比的。