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水泥混凝土的配比设计应遵循主要以下四个原则： （1）强度适宜原则； （2）良好工作性原则； （3）固定低用水量原则； （4）良好保水性原则。 要设计配合比，按照普通配合比设计规程是没多大用处的，基本上国内的工程师设计配合比都是靠原材料的性能和经验定，但是原则就是满足强度，耐久性的要求，还要满足施工性能，也就一般所说的和易性。至于外加剂的产量，减水剂，泵送剂一般通过试验确定基本产量，早强剂，防冻剂，膨胀剂都是按照推荐掺量掺加的。混凝土是一门实验科学，单靠理论是没用的，实践经验很重要！  ★★★01拜师学艺 混凝土是个啥东西？其实混凝土就是一盘大杂烩。  沙子、石子、水泥再加水放在一锅炒。其实也和做菜一样，讲究比例。 那到底是怎样的比例？俺还是拜师学学艺。  第一句话：沙子要填满石子的全部空隙  第二句话：沙子和石子的表面全部包裹上水泥。  第三句话：黏糊好用，按照这个标准确定水的比例。  ★★★02无师自通 不花真金白银，很难取到真金，自己买本书慢慢琢磨。  1、确定试配强度 其实，混凝土要分好多强度等级。  比如想配C15的混凝土，本来应该相当于香蕉，吃起来软硬可口，一不留神就成了酱紫的：  谁让混凝土本身就是个混合物，强度忽高忽低。  那啥叫标准差呢？  如果想保险一点，就要把C15的混凝土按照21.58的强度进行配比 调整后的强度就叫试配强度 2、确定水灰比。 如果你认为水泥放多一点混凝土强度就会高，那就错了，影响混凝土强度的是水灰比。 那水灰比是啥呢？ 水灰比越大混凝土越稀，强度也越低。 怎么确定混凝土的水灰比？先搞清楚两个问题： 第一个问题：能给你的。 普通混凝土受压破坏的时候，一般是断于水泥砂浆，很少有石子断成两半的。 这就意味着一个问题： 水泥的强度是通过试验确定的。 如果没做试验，一个简单的方法，工厂生产的水泥都有富裕系数。 我们希望混凝土的强度能够赶上水泥的强度，显然这是不可能的，所以要乘以一个小于1的系数。 如果双胞胎一起上，能给你的就那么一点点，太少了，哥哥先来： 第二个问题：我想要的。 我想要的是混凝土的试配强度。 最好是比这个强度再高那么一点点。 现在排排队，你能给我多少站上面，我想要的放下面，就是水灰比的计算公式。 3、确定用水量 在搞定用水量之前，科普一下神马叫坍落度。 和面的时候也讲究个干稀适度，混凝土干了稀了用神马标准？ 首先用到酱紫的一个东东： 不是装油的，把它装满混凝土，然后把圆锥形的筒子向上提，然后： 搞清楚了坍落度，查表就行。用卵石的查这个表： 用碎石的查这个表： 用水量就轻松搞定！ 4、确定水泥用量 5、确定砂率 每立方米混凝土的重量是2350-2450kg。 知道了水泥和水的用量，就可以知道砂石加在一起的重量。 如果知道沙子的重量占到砂石总重量的百分率（简称砂率），就能求出沙子和石子的比例。 砂率如何确定？还是查表就行： 这样有趣的混凝土配合比设计，你学会了吗？ 一、混凝土配合比表示方法 1．单位用量表示法：以每1m3混凝上中各种材料的用量表示（例如水泥：水：细集料：粗集料＝330kg:150kg:706kg:1356kg)。 2．相对用量表示法，以水泥的质量为1，并按“水泥：细集料：粗集料：水灰比”的顺序排列表示（例如1:2.14:3.82:0.45）。 二、配合比设计的基本要求 1．满足结构物设计强度的要求 混凝土路面或桥梁在设计时对不同的结构部位提出不同的“设计强度”要求。为了保证结构物的可靠性，在配制混凝土配合比时，必须考虑到结构物的重要性、施工单位的施工水平等因素，采用一个比设计强度高的“配制强度”，才能满足设计强度的要求。配制强度定得太低，结构物不安全；定得太高又浪费资金。 2．满足施工工作性的要求 按照结构断面尺寸和形状，配筋的疏密，以及施工方法和设备来确定工作性（坍落度或维勃稠度）。 3．满足环境耐久性的要求 根据结构物所处环境条件作耐久性设计。如严寒地区的路面或桥梁，桥梁墩台在水中时，需作耐久性设计。为保证结构的耐久性，在设计混凝土配合比时应考虑允许的“最大水灰比”和“最小水泥用量”。 4．满足经济性的要求 在满足设计强度、工作性和耐久性的前提下，配合比设计中尽量降低高价材料（水泥）的用量，并考虑应用当地材料和工业废料（如粉煤灰等），以配制出性能优越，价格便宜的混凝土。 三、混凝土配合比设计的内容 1．选料。按照道路和桥梁工程设计和施工的要求，选择适合制备所需混凝上的材料，选料主要依据第一节关于集料的技术要求而进行。 2．配料。根据道路与桥梁设计中指定的混凝上性能（包括工作性、强皮、耐久性等）和经济性的原则，选择混凝上各组分的最佳配合比和用量，本节主要阐述水泥、水、细集料和粗集料四组分的配料方法。 四、混凝土配合比设计的步骤 1．计算“初步配合比” 根据原材料资料，按我国现行的配合比设计方法，计算初步配合比，即水泥：水：细集料：粗集料=mco:mwo:mso:mGo。 2．提出“基准配合比” 根据初步配合比，采用实际施工材料进行试拌，测定混凝拌和物的工作性（坍落度或维勃稠度），调整材料用量，提出一满足工作性要求的“基准配合比”，即mca:mwa:msa:mGa。 3．确定“试验室配合比” 以基准配合比为基础，增加和减少水灰比，拟定几组（通常为三组）适合工作性要求的配合比，通过制备试块，测定强度，确定既符合强度和工作性要求，又较经济的试验室配合比，即mcb:mwb:msb;mGb。 4．换算“工地配合比” 根据工地现场材料的实际含水率，将试验室配合比，换算为工地配合比，即 mc:mw:ms:mG或1:(mw/mc):(ms/mc):(mG/mc) 当然，除此之外，也有相对简单使得混凝土配合比设计管理，可以应用拌和站管理系统，此系统包含混凝土配合比的设定与生产过程控制，业主、监理工程师或施工生产单位，可以根据具体工程项目的技术要求设置的水泥混凝土配合比，设定各种原材料的配合比的上下限，并可根据实际需要由专人进行调整（凭二级密码），可以高效解决配合比问题。此外，实际生产过程中出现原材料用量超出比例范围，将自动报警。 目前，仍然有很多的试验人员将强度作为混凝土质量控制的主要指标，对混凝土的抗裂性、耐久性关注很少，他们甚至认为只要混凝土强度好，混凝土质量就好。 实践过程中遇到一些混凝土企业生产的C35混凝土28d强度45MPa甚至以上，这是不合理的，也是一种资源的浪费。 强度适宜原则，要求混凝土强度不宜太高，混凝土强度富余系数为115% 即可，即C35混凝土在龄期内能基本达到38～40MPa较为适宜。 工作性是混凝土易于施工的必要条件。随着外加剂的快速发展，认为以坍落度法作为混凝土的评价标准已不太适宜。 很多学者认为，尽可能降低混凝土坍落度，重新提倡优先使用干硬性、半干硬性或塑形混凝土，尽可能少用大流动性混凝土，仍然是目前情况下做好配合比的重要原则。 在试验中发现，采用同种材料，用水量和胶凝材料不变的情况下，变动外加剂掺量、砂细度模数、砂率等其中一至两个参数，就有可能使混凝土坍落度从160mm调整为220mm。 同时不改变其他性能，所以不敢否认以低坍落度作为提高混凝土抗裂性的重要举措是否正确。但流动性适当放大不一定抗裂性就不好，因为现代混凝土的流动性可调整的空间很大，在一定范围内，坍落度的大小与抗裂性不一定有直接关系。 混凝土收缩是温度变形和湿度变形的综合效应，湿度变形主要是由混凝土中的水散失引起。 混凝土的拌合用水，一部分是为了胶凝材料水化需求，另一部分是为了满足施工性能需求，在满足施工性能需求的条件下，应尽可能减少用水量。 在传统理念中，一直将水胶比作为控制混凝土质量的主要手段，但通过水胶比的控制尚不能解决混凝土中因浆体过多，而引起收缩和水化热增加的负面影响问题。 在现代混凝土中，采用控制混凝土的单方用水量的方法将更加适宜，因为控制好用水量，相应的胶凝材料也会相应减少（因水胶比一定），其温度变形和湿度变形均将变小。 因为高减水率的减水剂和矿物掺合料的大量使用，混凝土对用水量的变化非常敏感，用水量增加或减少5～10kg对混凝土的性能影响很大。 以往采用提高水泥浆量或用水量来增加混凝土坍落度，以满足施工要求的方法已不太适宜。 依据初定配比的总用水量，并固定该用水量，通过调节其他参数的方法来调整混凝土状态（微调），比如外加剂（0.5%）、砂细度模数（0.1）、砂率（1%）等。 在调整的时候应根据混凝土与原设计混凝土的差距大小，选择不同的调节方式。 鉴于现在各个工地所用的原材各不相同，首先采取用固定配合比的方法来做混凝土是不实际的，后续再调整混凝土状态往往非常被动且繁琐。 即使混凝土的流动性、包裹性等都很好，并不一定其抗裂性就好，那么如何在众多不同材料中，找到一个混凝土性能的共性是需要攻克的问题。 常说混凝土是带裂缝工作的，此裂缝其实指的就是混凝土的内部缺陷，它会在应力应变的作用下扩展、延伸、贯通，形成我们肉眼能看见的裂缝。 针对这个问题可以从两方面着手，一方面减少混凝土的内部缺陷，另一方面，在混凝土抗拉强度未满足之前，尽可能地降低混凝土的应力应变，包括湿度变形和温度变形。 混凝土拌合物在搅拌后大致混合均匀，当混凝土拌合物的保水性（粘聚性）不好时，骨料下沉，混凝土中的游离水和轻物质上浮以及气泡逸出，在混凝土表面形成积水。这个过程会在混凝土内部形成较多的缺陷。 请点击阅读原文 →_→ 混凝土、管桩、砂浆生产管理软件咨询！ 如：（1）表层疏松，收缩加大，易加大混凝土早期的塑性收缩，进而产生裂缝。 （2）泌水引起的孔道，当泌水量较大时，某一小区域的泌水会汇集在一起向外泌出，形成一条细小的水柱，该处将是后期裂缝发展的薄弱环节。 （3）沉降引起的顺筋开裂，裂缝深度由混凝土表面直达钢筋上缘。在工程中经常会发现，泌水量大的时候，混凝土表面会出现钢筋的纹路，很多人会认为这是混凝土的保护厚度不足，继续在其上浇筑混凝土，易造成混凝土表面钢筋保护层过厚。 （4）钢筋与碎石下方的窝水。混凝土干燥过程中这些窝水会逐渐干燥，以致在混凝土中形成裂隙。 基于以上问题，将良好保水性作为混凝土裂缝控制的一个重要原则，辅以其他措施，能大幅度地减少混凝土结构的裂缝问题。 光有减水剂，就能制出上面说的这种高性能混凝土吗？显然，事情远没有那么简单。 其实，单纯的减水剂不是个稀罕东西，早在1930年代，美国人就已经发明了混凝土减水剂并申请了专利。到1980年代，当代最常用的聚羧酸减水剂也被发明了出来。 然而，在混凝土的实际使用中，问题还是相当多。有时候，混凝土加了某种减水剂，凝结速度特别慢，浇筑之后迟迟不凝结，影响工程。更坏的情况是，混凝土加了减水剂可凝结速度变快了，在泵管里爬到一半就把管堵上了。有时候混凝土泵上去之后，发现明明混合得很好的水泥浆、石子和砂子分离开了，石子沉在最底下，最上面还浮着一层水：离析了。这样的混凝土只能直接打掉作废——没错，还要用料斗一斗一斗地运到楼下去。 除了减水剂，混凝土中的麻烦事儿还多着呢。水泥和矿物掺和料的比例和种类会影响混凝土的强度、凝结时间和流动性。就连我们以为“只是占个地方“的砂子和石子，也必须满足良好的级配。如果石子的尺寸稍有不对，那么即使减水剂用得再多再好，由于石子之间的阻力，混凝土也很难泵得动。 这些恼人的问题伴随着混凝土技术的发展始终存在。泵送混凝土看起来酷炫，用起来麻烦事多着呢！ （五）高性能混凝土研究的重任交给了中国 从21世纪开始，发达国家的建设逐渐停了下来，而中国超高层建筑的建设则开始了井喷式的发展。仅2016年一年，中国就建成了84栋200米以上的高楼。这样，解决高性能泵送混凝土各项“疑难杂症”的重任就落在了中国工程师们的头上。 泵送混凝土的质量，直接关系到超高层建筑的安全。为此，各大科研院所、施工单位都加入到了这项重大课题的攻关当中。 泵送混凝土的凝结时间是施工的重中之重。对此，国内建材企业投入大量精力开展对混凝土外加剂的研究。目前，新型的外加剂早已不是过去那种单纯的减水剂了，而是集减水、缓凝、引气等功效于一体的高效外加剂。混凝土强度需要多强、要泵多高，甚至罐车到工地要多久，都可以考虑在内，进而调整外加剂的种类和用量。 此外，不起眼的骨料也是研究的重点。高性能的混凝土绝不是随便用些石子就可以的，而是大石子、中石子、小石子按比例混合，级配优良，并与砂子的尺寸无缝衔接。这样可以最大限度地提高流动性、减小浆体的用量和对泵管壁的磨损。 除了混凝土本身，输送混凝土的泵管也大有学问。在中国尊等超高层工程的建设中，泵管上都密布各种传感器，既要测量并监控混凝土的泵压，又要监测泵管的磨损情况、及时替换磨损严重或者堵塞的泵管。别看混凝土脏兮兮的，每一步的背后都精密得很。 通过多方面的研究与海量的工程经验，中国科研人员终于在高性能泵送混凝土领域做出了巨大的突破。2015年7月7日上午，全球首次混凝土千米泵送试验在华南第一高楼取得成功。这意味着，中国已经完全掌握了千米高楼建设的核心技术和关键的数据资料。 对于中国人来说，千米高楼的建设已经不再有技术上不可逾越的障碍了。中国不仅仅是在高度上领先。通过千米泵送运输到位的混凝土强度达到了100兆帕，比一般摩天大楼使用的混凝土强度还高上一倍。此外，混凝土的凝结时间、离析程度乃至对泵管弯角处的磨损程度都得到了有效的控制。 如同一百年前一样，如今，相比起工程上的成功，中国的科学家们更关注的，是成功背后的机理，包括流态混凝土的流体力学规律，还有水泥浆体水化的深层次原因等。在未来，掌握了更加本质的科学原理的人类，一定可以将混凝土这个“九千岁”，玩出更多的新花样，更好地造福人类。 结语 中国基建的快速发展，对混凝土技术的需求十分迫切，这促使中国在高性能泵送混凝土方面取得了许多突破。从泵送混凝土的凝结时间到骨料配比再到输送混凝土的泵管，中国先后解决了高性能泵送混凝土的各项“疑难杂症”，千米高楼的建设已经不再有技术上不可逾越的障碍。 |
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