高雪峰
（平阳县北港混凝土有限公司，浙江，温州，531024）
【摘要】现行的普通混凝土配合比设计规程是基于经验的半定量计算，以强度为基础，只有水胶比公式可以计算，而其它参数只能查表或根据个人经验选取，各种参数取值合理与否和混凝土试配量多少紧密相关。本文从工作实际出发推导出用水量修正公式和砂率计算公式，并与绝对体积法相结合，使普通混凝土的定量计算更加合理、方便、实用。
【关键词】拔开系数；集浆比；固定用水量；砂率公式；混合密度
一、引言
传统混凝土配合比设计方法是一种基于经验的半定量计算方法，现行的JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》考虑掺合料的普遍使用将水灰比修改成水胶比，但也只给出两个可以求解的关系式，一是水胶比公式；二是绝对体积法或假定容重法公式，对于用水量和砂率仍然采用查表选取法。这就给配合比设计带来了很大的主观随意性，相同材料、相同种类的混凝土不同的人由于理论知识和实践经验的差异，设计的配合比各不相同。混凝土配合比设计的基本要求是：强度、耐久性、工作性、经济性，设计参数主要为水胶比、单位用水量、砂率。如果能将单位用水量和砂率组成独立方程式，则混凝土配合比各材料用量就能定量求解。本文所提的定量计算法适合普通混凝土配合比设计，而高强高性能混凝土配合比适合综合计算。
二、当前已有的混凝土配合比设计的定量参数公式
2.1单位用水量公式
2.1.1工作度方程[1]
2.3.2紧密密度体积法
1）美国混凝土协会ACI211.Ⅰ标准关于石子用量的规定[6]：根据砂子细度模数、石子的最大粒径及石子的紧密密度查表选取不同的体积系数，该体积系数与石子紧密密度的乘积即为石子单方用量。
2）日本建筑学会?建筑工程标准解说：JASS5钢筋混凝土工程推荐的石子用量数据与美国ACI211.Ⅰ标准规定相似。
3）泵送混凝土配合比材料用量确定法[7]
以石子的振实密度为基础，按不同的流动性能要求确定石子的体积系数，得出单方石子用量，然后按不同的强度等级确定水胶比和用水量，取不同的掺合料掺量，计算胶凝材料用量，最后减去含气量后的体积即为砂子体积，进而求得砂子用量。
2.3.3表观密度体积法
1）意大利科学家Mariocollepardi确定的方法[8]
Vs、Ks、Ps、ms、Rs分别为细骨料体积、拔开系数、空隙率、单方用量、表观密度。
以上混凝土配合比设计中涉及到的用水量、砂率及粗细集料用量的求解公式为现代混凝土配合比的定量计算奠定了基础。笔者根据实际工作经验结合现行普通混凝土配合比设计规程，提出普通混凝土的定量计算公式，用水量和砂率公式以臂架式混凝土泵车输送方式为基准，拖式或车载式泵以输送管布置情况作相应调整，自卸混凝土根据结构浇筑部位确定。
三、普通混凝土配合比设计的相关参数定量公式
普通混凝土配合比设计的基本参数与高性能混凝土基本一致即:掺合料掺量、单位用水量、水胶比、浆集比、砂率。掺合料掺量首先确定，水胶比根据普通混凝土配合比设计规程中的计算公式求出，浆集比根据单位用水量和水胶比得出胶凝材料用量，加上空气含量算出净浆体积，再计算集料体积后两者比值确定，只有单位用水量和砂率需要建立公式求解。
3.1单位用水量
如果能先确定浆集比则依据全计算法用水量公式可轻易计算，但普通混凝土浆体量不易取值，主要由于常规材料配制的中低强度混凝土遵循水胶比和固定用水量定则。所谓固定用水量定则即在混凝土原材料品质一定条件下，单位用水量选定某一固定值，单位水泥用量增减50～100(kg/m3)，混凝土流动性保持不变。
影响单位用水量的原因有很多，如粗集料品种、最大粒径，细集料品种、细度，砂率大小，集料的吸水率与含泥量，外加剂减水率，混凝土的工作性等因素密切相关。根据这些因素建立与基准混凝土用水量
基准混凝土用水量m’wo根据当地材料确定，一般常规材料按现行的《普通混凝土配合比设计规程》中塑性混凝土的用水量表选取，(vs-0.0028fc)?ps大致等于相应强度等级fc的混凝土干砂用量，ps为砂子表观密度(kg/m3)，泵送混凝土vs可取0.362，非泵混凝土vs取0.332，砂子细度模数以2.6为基准，吸水率以2%为初始值，当砂子细度模数为粗砂或细砂时vs需作相应增减。
3.2砂率
从混凝土工作性角度而言，流动性混凝土符合宾汉姆体特征，只有混凝土克服屈服应力和粘性时混凝土才有流动性，而流动性混凝土必须分离粗集料的机械咬合力形成集料悬浮密实结构，从而要求混凝土具备一定的砂浆润滑层。砂率大小对于调节混凝土骨料结构，改善混凝土工作性起着关键作用。影响砂率因素有：粗细集料品种、级配、空隙率，混凝土施工所要求的工作性及设计的水胶比以及浆集比等。根据砂浆填充石子空隙率原理，在混凝土原材料及工作性能一定的情况下，不同种类混凝土的砂率值的砂浆富余量与浆集比成反比，即浆集比越小，砂率越大，或者说砂浆富余量与集浆比成正比关系。将集浆比开一次方约等于相应强度种类混凝土的砂浆剩余系数，基于此规律结合砂浆拔开系数中的砂率公式，并根据混凝土坍落度和砂子细度模数对砂率的影响，从而推导出如下的砂率修正公式。
四、普通混凝土配合比定量计算实例
4.1某工程框剪结构设备层混凝土设计强度C35，输送方式为泵送，出厂坍落度180（mm）左右，计算混凝土的理论配合比。
4.2原材料选择
1）水泥为海螺P.O42.5级，28d抗压强度为48.9MPa，视密度3.08g/cm3，比表面积365m2/kg。
2）粉煤灰为温州电厂Ⅱ级低钙灰，细度21%，28d活性75%，需水量比98%，视密度2.13g/cm3。
3）粒化高炉矿渣粉为山东日照S95级，比表面积384m2/kg，流动度比103%，活性指数101%，视密度2.76g/cm3。
4）砂为当地中砂细度模数2.3，表观密度2590kg/m3，堆积密度1460kg/m3，吸水率2.2%。
5）石子为当地采石场5～31.5（mm）连续级配碎石，表观密度2620kg/m3，堆积密度1490kg/m3，空隙率43.1%，吸水率1.3%。
6）外加剂为萘系高效减水剂，掺量βa为胶凝材料的2.2%，与胶凝材料的砂浆减水率为17%。
4.3混凝土配合比定量计算如下：
该配合比计算后各材料用量如下：
混凝土计算理论配合比各材料用量(kg/m3)
五、结论
5.1根据普通混凝土配合比设计原理并结合相关参数的影响因素，推导得出用水量和砂率修正公式，该公式适宜于普通混凝土配合比的定量计算。混凝土配合比的定量计算可以减少大量的试配调整工作，也是配合比设计科学化、合理化的趋势。
5.2由于混凝土原材料的波动性，使用条件的差异性及配合比设计参数取值的合理性，没有任何一种方法是大家普遍认可的，不管用现行的哪种方法设计混凝土配合比最后还要经过试配验证得出符合要求的配合比。本文推导出的用水量和砂率公式可能也有不尽如人意之处，欢迎大家批评指正。
参考文献：
[1]王怀德,陈肇元.高性能混凝土配合比设计[J].混凝土,1996(3):4-10.
[2]韩建国,阎培渝.系统化的高性能混凝土配合比设计方法[J].硅酸盐学报,2006,34(8):1026-1030.
[3]陈建奎,王栋民.高性能混凝土（HPC）配合比设计新法—全计算法[J].硅酸盐学报,2000,28(2):194-198.
[4]王骁敏,陈国军,陆继光.实用混凝土配合比程序设计[J].混凝土,2005,(197):62-65.
作者简介：
高雪峰（1978-），男，本科，技术负责人，工程师，主要从事混凝土技术质量管理工作