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摘要：现实公路工程混凝土施工中，普通水泥混凝土配合比设计是根据施工结构、相应技术要求、施工条件要求，综合考虑选取混凝土的各组成材料，确定各材料用量，使设计的混凝土满足经济要求的条件下，获得预期的技术性能。
关键词：普通混凝土；原材料、指标、配合比设计
引言
随着现代经济的飞速发展和建设领域的不断扩展，人们对结构的安全性能高度重视，以往的混凝土已经渐渐不能满足各个领域的安全要求。但不论需要何种类型和性能的混凝土，其最主要和最基本的内容都是以普通混凝土的技术为基础。在掌握了普通混凝土技术的基础上，其他类型混凝土均可在这一技术的基础上，有针对性的加以调整，以达到满足各自性能的要求。
1混凝土配比设计过程的选材要点
1.1材料的选取
普通水泥混凝土在原材料选择时，不仅既考虑经济性，又要对选取的各种原材料技术指标和原材料质量进行检验，满足现行国家或行业标准的规定。
1.1.1水泥
水泥在混凝土中起胶结作用，对混凝土的性能起着关键性作用，应从水泥品种和强度等级两个方面进行选择。据大量试验及经验表明，普通混凝土强度等级和水泥强度等级之间大致有1.0-1.5倍的匹配关系。
我们在混凝土配合比设计时，对于强度等级低的混凝土不能用强度等级高的水泥，因为水泥用量的减小会降低混凝土的耐久性，影响混凝土的工作性和易密性。也不允许强度等级高的混凝土采用强度等级低的水泥，因为水泥用量过高，不但容易浪费水泥，而且会增大混凝土的收缩，降低耐磨性；
1.1.2粗集料
粗集料对混凝土的强度有很重要的影响，主要是由碎石和卵石构成（公路工程一般不允许使用卵石）。对碎石的技术要求我们可以从以下三个方面分析：
（1）力学性质
为了检测粗集料是否具有足够的承载力，即检验粗集料的强度和坚固性，通常可以检测岩石的立方体抗压强度或集料的压碎值指标。根据相关施工技术规范的标准要求，将粗集料按技术要求分为I、II、III类，不同强度等级的混凝土应选择不同等级的粗集料。如混凝土强度等级为C30~C60时，碎石、卵石应选择II类等级。一般情况下，卵石是不允许用于高速公路关键或安全性较高的混凝土工程中。
（2）物理形态（颗粒形状、粒径及级配）
混凝土的强度会受到集料粒径的影响，因此对混凝土中粗集料的粒径加以限制，一般是小于结构横截面最小尺寸的1/4，且小于钢筋最小净距的3/4。如果是用于制作实心板，那最大粒径应该不大于板厚的1/3而且不允许超过31.5mm。因为混凝土的抗压强度会受到针片状颗粒的影响，所以根据混凝土强度等级的不同对其含量的限制也有所不同。间断级配混凝土水泥用量偏低但强度高，连续级配混凝土的和易性比较高，且比较密实，但是消耗的水泥就比较多。
（3）材料中的有害物质
粗集料中的有害物质会对集料和水泥的黏结性产生消极影响，这些不利于混凝土的物质主要是含硫的盐、黏土、有机物以及泥土等。同时由于活性碳酸盐以及活性氧化硅在粗集料中的存在，在水的作用下会使混凝土产生开裂和膨胀现象造成破坏。所以在配合比设计时，应该考虑并加以限制有害杂质的含量。
1.1.3细集料
普通混凝土配合比设计中应采用质地坚硬、颗粒洁净的河沙或海砂，其技术指标合格方可使用。根据细度模数细集料可分为细、中、粗砂三类，然后按照级配分为Ⅰ区、Ⅱ区及Ⅲ区。Ⅱ区砂主要由一部分偏粗的细砂和中砂组成，其生产出的混凝土具有较高的强度和耐磨性。其主要原因是II区砂的空隙率和总表面积都比较小，是优先选用的级配类型。如高速公路混凝土强度等级一般为C30~C60，细集料技术等级相应采用II级砂；Ⅲ区砂主要由少量偏细的中砂和细砂组成，该砂配制的混凝土粘聚性较高、砂率低且振捣较容易，由于该砂比表面积相对较大，配制混凝土时需要的水泥量也会相应加大。Ⅰ区的砂为粗砂，配制混凝土如果用粗砂，则应相应提高砂率，否则会产生摩擦力大、振捣成型不易且保水性不良等现象；
1.1.4拌和用水
在普通混凝土配合比设计时，应该加强对水的检测。如PH值、不溶物、可溶物、氧化物、硫酸盐以及硫化物等成分进行检测。一般情况下拌和用水主要是地下水或者是饮用水。海水不能拌合金属类混凝土，只能进行素混凝土的拌合。
1.2外加剂
外加剂的使用，要和水泥、各掺合料之间应具有良好的兼容性；进场前需提供相应的厂家检验报告及质量保证书及其他的证明合格材料，且符合相应标准的规定。在混凝土正式施工前还应取样进行复检，其检测合格后才能用于施工中。外加剂的品种和掺量应根据施工情况、材料变化等通过试验确定。
2普通混凝土配合比设计中各性能指标分析
普通混凝土配合比设计指标有拌合物的工作性、硬化后的结构强度和耐久性。
2.1普通混凝土拌合物工作性
混凝土的工作性由施工方法、构件自身特点（构件截面尺寸大小、钢筋疏密及施工方式）等决定。普遍情况下，当构件截面尺寸较大，或钢筋比较疏，坍落度要适当选择的偏小一些；反之，偏大些。
2.2普通混凝土配制强度
混凝土设计强度等级的高低主要有结构物的特点、所处环境、功能要求等诸多因素综合而定。在配合比设计时混凝土的设计强度普遍低于试配强度。在现行道路交通行业，计算试配强度主要以标准差σ为主。现行标准混凝土的强度保证率为95%，相应的保证率系数为1.645，普通混凝土（强度等级小于C60）时，配制强度的计算公式（1-1）为：
fcu，o＝fcu，k＋1.645σ
式中：fcu，o—混凝土配制强度MPa；fcu，k—混凝土设计强度MPa；
混凝土进入正常施工阶段，标准差（σ）可根据施工单位在1~3个月期间，同类混凝土统计资料确定，计算时的试件组数不应少于30组。标准差计算公式（1-2）：
2.3普通混凝土的耐久性问题分析
混凝土的密实性直接影响着混凝土的耐久性，而水灰（胶）比的大小和水泥用量的大小又决定了密实性的高低。如果水胶比偏大或者水泥用量偏小，都会在混凝土内部产生孔隙，为将来混凝土构件的耐久性埋下隐患。因此，对混凝土的最大水胶比和最小水泥用量应加以限制，这样才能在一定程度上保证混凝土的耐久性。对素混凝土和钢筋（预应力）混凝土，当耐久性满足设计要求时：在水胶比小于等于0.45时，混凝土中最小胶凝材料（水泥）用量一般取330kg/m3；在水胶比为0.50时，混凝土中最小胶凝材料（水泥）用量一般取320kg/m3。同时，在满足耐久性要求的前提下，还应对最大水胶比加以控制，而环境特点、混凝土强度等级、引气剂等因素直接影响到最大水胶比的取值。
3普通混凝土配合比设计步骤分析
混凝土配合比设计主要有计算初步配合比、提出基准配合比、确定试验室配合比、换算工地配合比等。在计算普通混凝土配制强度后确定水胶比（W/B）时，应根据公式（1-3）：
W/B=αa×fb/（fcu，o+αa×αb×fb）
其中αa、αb为回归系数，应根据工程所使用的水泥和集料，通过实际试验确定。当集料品种为碎石时αa、αb分别取0.53、0.2，当为卵石时其取值分别为0.49、0.13。
fb为胶凝材料（水泥）28天抗压强度实测值fcuo为配制强度；在求得W/B以后，还要进行耐久性要求的水胶比校核，必须满足规定的最大水胶比限定。
水胶比的大小决定水泥浆的稀稠程度，并直接影响混凝土的强度。而单位用水量的高低直接影响混凝土中水泥浆数量的多少。一般情况下，用水量要取决于混凝土拌合物施工工作性的要求，采用查表的方式进行。公路工程中涉及结构安全、耐久性和主要使用功能混凝土用水量的取值主要是针对中砂而言。当分别采用细砂或粗砂时，用水量应在原来的基础上分别增加或减少5~10kg。对于掺加外加剂的混凝土，用水量可根据外加剂的减水率相应减少，并根据公式计算确定。混凝土拌合物的坍落度几乎完全由单位用水量决定，坍落度越大，用水量就越大。同样的坍落度，用水量与集料类型也有关系，卵石用水量比碎石要小。因为卵石光滑，流动性好。同样的坍落度，同样的集料类型，粒径越大用水量会稍微减小，因为与水接触的比表面积变小了。
在普通混凝土配合比确定各材料用量时，我们还应注意砂率的确定。砂率直接影响混凝土的保水性和黏聚性，在塌落度处于10-90mm时，砂率应根据粗集料的品种、最大粒径及水胶比，通过查表确定（主要对中砂而言），对细砂或粗砂可相应减少或增加砂率，即中砂改换为细砂时，砂率应减少，中砂改为粗砂时砂率应增大。
在试拌调整提出混凝土基准配合比的过程中，我们应着重对混凝土的工作性加以调整。混凝土的工作性通过坍落度（或维勃稠度）试验检测。在坍落度值满足设计要求，且混凝土的保水性和黏聚性良好的情况下，则初步配合比不需要调整，得到的基准配合比与初步配合比一致。当混凝土的流动性、坍落度不满足设计要求，但保水性和黏聚性较好时，此时应在W/B保持不变的条件下，调整水泥浆数量，即调整水和水泥用量，直至通过试验工作性满足要求。当工作性、坍落度均符合要求，但保水性和黏聚性不良时，主要调整砂率。如果试拌实测后，坍落度和保水性、黏聚性均不好时，则应在W/B和砂石总量不变的前提下，改变砂率和用水量。
在基准配合比调整后，进行试验室配合比的过程中，为了验证混凝土强度，按基准配合比成型立方体试件检测抗压强度。试验时至少采用三种不同的水灰（胶）比，一个水灰（胶）比为基准配合比所确定的，其他两个水灰（胶）比分别比基准配合比减少或增加0.05（或0.03），即保持原有单位用水量，提高或降低水泥用量。测定不同水灰（胶）比的立方体抗压强度，建立水灰（胶）比和强度关系，通过绘制强度对灰（胶）水比的关系图，选定能够达到配制强度的灰（胶）水比，再转换成所需的水胶比。
从混凝土强度与水灰（胶）比和灰水比关系图上可以看出，混凝土的强度与水灰比成反比，与灰水比成正比。水灰比与灰水比互为倒数关系。在强度测定后，确定试验室配合比过程中，还需要对混凝土配合比进行密度调整，当混凝土表观密度=（计算值-实测值）/计算值小于等于计算值的2%时，试验室配合比就是混凝土的最终设计配合比，则密度不需要修正；当二者之差大于2%时，需将试验室配合比每种材料用量均乘以密度修正系数δ（δ=实测值/计算值）。
在换算施工配合比过程中，工程现场所用的砂、碎石集料都含有不同程度的水分且随时间和环境温度的变化而不断波动，而试验室配合比是在室内讲粗细集料在烘干的条件下进行的试验结果。所以，在施工现场进行混凝土拌合时，要根据实际粗细集料的含水率对配合比材料的用量进行修正。在实际计算时，粗、细集料应加上其本身所含的水的质量，而理论用水量则应减去粗、细集料中所含的水的质量。
结束语
针对普通水泥混凝土配合比设计分析，不论从原材料选择到计算初步配合比，再到换算施工配合比，每个步骤中该注意的问题及影响的因素很多且很重要，我们在进行设计时务必要认真仔细。经验表明，使用相同的原材料，没有合理的配合比，混凝土在工作中便会出现不同程度的病害，如蜂窝麻面、离析、孔洞、开裂等。基于此，本文对普通水泥混凝土配合比设计从选材、各性能指标、设计步骤等方面进行深入研究，对设计配制钢筋、预应力、高效（高性能）混凝土及特种混凝土具有一定的参考意义。
参考文献
[1]公路工程集料试验规程（JTGE42-2005）.北京：人民交通出版社，2005
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