配合比是混凝土的靈魂
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配合比是混凝土的靈魂。混凝土的性能、質量和耐久性的好壞都與配合比有直接或間接的關系。
對現代混凝土來說，無論是理論基礎，還是在理論基礎之上建立起來的規范，都出現了許多新問題。 這些問題是怎么產生的？如何解決？這些是當前困擾混凝土科技界最嚴重的技術難題。
舊的配合比和現代混凝土的不適應性
為什么說舊的配合比理論指導不了現代混凝土的配合比設計？主要原因就是舊的配合比理論是以比表面積法為依據的。而隨著現代混凝土技術的不斷發展，在具體的配合比工作中，用舊的比表面積法指導配合比工作，已經出現了很大的誤差，主要表現在以下幾個方面：
舊的配合比理論認為，砂率對強度有直接影響。砂率越高，強度越低。在現代混凝土中，砂率的大小對強度已經沒有明顯影響。尤其是在較大水灰比時。
舊的混凝土理論中，水灰比和強度是最重要的關系式，即水灰比越大，強度就越低。在現代混凝土中，特別是對 C40 以上混凝土，理論和實際的實驗數據找不到相關性。作者近些年在幾個機場做的部分干硬性混凝土配合比。水灰比從 0.38 到 0.45，試驗的結果使作者認為：當水灰比在這個區間時，強度的大小和水灰比的大小沒有相關性。
現在，根據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，根據作者的分析，都出現了錯誤，這就說明過去的配合比理論已經不適應現代混凝土了，也就是說，用老的配合比理論來指導現代混凝土，已經是錯誤的了。
這一點，從我國目前正在使用的《普通混凝土配合比設計規程》（2000 年版）中，也能得出同樣的結論。在這本規程中，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的。而這個理論根據作者在施工現場的經驗發現，對指導現代混凝土已經是錯誤的了。
原因和困惑
為什么會出現以上情況？這主要是由于近二十年來，混凝土科學技術出現了以下的重要變化。
2.1 粗骨料
在 20 世紀以前，加工粗骨料的機械采用擠壓式的工作原理（即顎破式）。這種方式生產出來的碎石，針片狀含量遠大于規范要求，對混凝土的強度影響較大。而現在我們采用的破碎機械，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范要求；過去粗骨料粒徑一般用 2～4cm，大于當前高性能混凝土中大多數采用的 1～2cm 粒徑。粒徑的減小使原來粗骨料顆粒內部的軟弱面和解理面對混凝土強度的負面影響降低，也使水泥石與骨料粘結面，這個薄弱環節對強度的負面影響降低；過去的混凝土粗骨料用量較大，一般在 1200kg/m 左右，而現在的高性能混凝土其粗骨料用量一般在 1000kg/m 左右。粗骨料用量的降低也使其對混凝土強度的影響程度大大降低。
2.2 水灰比
在 20 世紀以前，由于施工工藝落后，高效減水劑未投入使用等原因，我們在工程中實際使用的混凝土，其水灰比極少有小于 0.4 的。而現在，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。
2.3 強度
在 20 世紀以前，工程中使用的基本上是 C30 以下混凝土。那時候 C30 被人們認為就是高強度等級混凝土。現在，C40 以上混凝土在工程中的用量已遠大于 C30 以下混凝土。建筑物中的重要結構，如板、梁、柱等，已基本上不使用 C30 以下混凝土了。
2.4 水泥細度
在 20 世紀以前，由于受水泥生產技術落后的局限，水泥的細度很難達到 300m/kg 以上。而現在，隨著機械工業技術的不斷發展，我國現在 42.5水泥的細度一般在 330～350m/kg之間，52.5 水泥的細度一般在 380m/kg 以上，有的甚至超過了 400m/kg。水泥細度的增加使比表面積的大小對強度的影響力大大減弱了。
對建立現代混凝土配合比理論的思考
作者對做現代混凝土配合比時要堅持的幾個重要原則先做必要的說明。
3.1 坍落度
首先要考慮的是坍落度，這是最重要的。坍落度的大小當然與混凝土結構的尺寸，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，是泵送還是現場攪拌，是冬天還是夏天，水泥情況及強度等許多因素有關。
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。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件，并保證它們的密實性。所以，必須確立的原則是，增加坍落度，是當前施工工藝水平的需要。
現在，我們反思這一原則的變化，對混凝土和工程的質量，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。現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 天強度更高了，施工時工人的勞動強度降低了。但同時我們要看到，放棄優先使用干硬性混凝土這一原則，出現了一個大的變化，就是單方混凝土的容重降低了。粗骨料用量同時也降低了。這使混凝土的體積穩定性變差了，產生收縮裂縫的可能性增加了。
還有一個比較嚴重的問題，也是目前科技界爭議較大的一個問題，就是使用高效減水劑對混凝土的質量和耐久性帶來的負面影響。許多人通過試驗認為，高效減水劑增加了混凝土的收縮，增加了產生裂縫的可能性。特別是加速了干縮，這些都對耐久性帶來了極不利影響。作者根據自己的工程實踐，也贊同這一看法。
綜上所述，作者認為，盡可能降低坍落度，重新提倡優先使用干硬性、半干硬性或塑性混凝土，盡可能少用大流動性混凝土，仍然是目前情況下做好配合比的第一指導原則。
3.2 粗骨料
在滿足強度和施工工藝要求的前提下，盡可能增加粗骨料用量應該是配合比的重要原則。粗骨料的減少就會提高砂漿漿體的體積，而漿體體積的增加就會使裂縫發生的可能性增大，如果是暴露在空氣中的構件，干縮變得相對嚴重，耐久性變差。同時也使水泥用量增加，工程成本也隨之會增加。
由于作者在工程實踐中沒有使用過斷檔級配法，所以，一直提倡使用連續級配。目前，當碎石采用錘破或反擊破，而非顎破時，我國 2～4cm 規格碎石的針片狀含量已基本滿足規范要求。在此情況下，當構件的鋼筋間距在 8cm 以上時，作者認為，粗骨料的最大粒徑應為 4cm，而不是 2cm。
3.3 水泥用量
在滿足強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，抗凍抗滲性能下降，發生假凝的可能性增大，耐久性變差，工程成本隨之增大，也對環境保護不利。特別是細度大于 380m/kg、終凝時間低于 3 小時的水泥，負面影響可能就更明顯、更嚴重。所以，我們應考慮盡可能降低水泥用量。
以上是作者認為做好現代混凝土配合比的三個指導原則。和過去盡可能降低砂率和水灰比的指導原則相比，變化較大。作者經過實踐認為，對現代 C40～C60 混凝土，砂率和水灰比對混凝土各項性能指標的影響已經變得復雜，是提高好還是降低好要根據具體情況而定。所以，盡可能降低砂率和水灰比已不能作為現代混凝土配合比設計的指導原則。
以上原則在指導一個具體工程的配合比設計時，意義很大。比如，在試驗室做配比時，粗骨料用量由 1450kg 到1500kg、水泥用量由 300kg 到 330kg，進行小量的調整時，對混凝土強度和其他性能指標影響不是很明顯，試驗室就很難對比出優劣來。但用以上原則進行取舍，就比較方便。
在現代混凝土中，以下幾個問題可能同時成立：
（1）粗骨料用量越來越大；
（2）水泥用量就越來越小；
（3）混凝土體積穩定性就越來越好；
（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，討論現代混凝土配合比設計的具體步驟。作者經驗如下：
第一步：根據工程實際，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、施工環境、構件尺寸和鋼筋密集程度要求的前提下，應優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。
根據作者經驗，干硬性混凝土的容重在 2480～2550kg/m之間，半干硬性混凝土的容重在 2430～2480kg/m之間，塑性和高性能混凝土的容重在 2380～2450kg/m之間。做配合比時取大值還是取小值，主要與粗骨料的視比重有關。
第三步：確定膠凝材料用量。
干硬性混凝土水泥用量在 280～330kg/m之間，半干硬性混凝土水泥用量在 320～360kg/m之間，塑性混凝土水泥用量在 380～450kg/m之間，高性能混凝土水泥用量在450～500kg/m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/m之間，半干硬性混凝土粗骨料用量在 1330～1380kg/m之間，塑性混凝土粗骨料用量在 1250～1350kg/m之間，高性能混凝土粗骨料用量在 1000～1300kg/m之間。
有了以上四個步驟，其他如砂率和用水量就會隨之確定下來。
【標準規范】
【會議培訓】
第十屆全國建筑固廢和尾礦泥漿處理及資源化利用大會暨中國砂石協會建筑固廢利用分會年會
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【咨詢服務】
預拌混凝土質量追溯研究
高速公路及橋涵高性能混凝土技術咨詢
課題研究
研發中心建設
[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結構自保溫技術體系》推廣等
【建材“雙碳”業務】
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復合摻合料和再生復合摻合料研發與制備
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建筑垃圾再生砂粉應用技術
建筑垃圾再生輕粗骨料技術
碳化再生骨料制備技術
【期刊著作】
《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書
《預拌混凝土企業標準化試驗室建設指南》圖書
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