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摘要：混凝土配合比, 是指为配制有一定性能要求的混凝土, 单位体积的混凝土中各组成材料的用量或其之间的比例关系。混凝土配合比设计的任务, 就是在满足混凝土工作性、强度、耐久性等技术要求的条件下, 比较经济合理地确定水泥、水、砂和石子四种材料的用量比例关系。混凝土配合比应根据原材料性能及对混凝土的技术要求进行计算, 并经试验室试配试验, 再进行调整后确定。
关键词： 混凝土 配合比 合理设计
前言
混凝土是现代应用最广泛的建筑材料, 在土木工程中起着极其重要的作用。混凝土是一种由水泥、砂、石、添加剂、附加剂和适量的水混合后逐渐硬化形成的人工石材, 原材料的种类、性质和用量等因素直接关系到混凝土的质量、成本和性能, 进而关系到土木结构物的品质、造价和寿命。因此确定混凝土组成的材料及其用量, 使混凝土的性能满足工作性、强度和耐久性等要求的配合比设计成为关键的环节。
一、基于经验参数的设计方法
1、 传统的混凝土配合比设计方法
传统的方法是根据混凝土强度设计值确定水灰( 胶) 比，然后根据骨料粒径和施工要求的坍落度，由经验性表格确定用水量和砂率，最后用体积法或者质量法计算砂、石的用量，这种方法主要考虑的是混凝土的工作性和强度，没有考虑混凝土的耐久性，随着各种掺合料及外加剂的广泛使用，混凝土强度已不再仅仅依赖于水泥强度，混凝土强度与水灰比之间的关系也变得更复杂。随着现代工程技术的发展，可用于配制混凝土的原材料也越来越多，工程施工条件越来越复杂，混凝土施工工艺也变得多样化，同时，人们进行混凝土配合比设计时，也更加注重经济性和耐久性。
2、基于实践经验的混凝土配合比设计方法
基于实践经验的高性能混凝土配合比设计方法计算混凝土配合比时首先假定浆骨比为35∶ 65，砂石比( 体积比) 为2∶ 3，减水剂掺量为1%，含气量为2%，然后根据计算出的配合比拌制混凝土以确定混凝土的状态，再根据拌制出的混凝土状态及工程需要的工作性和强度对初步计算的混凝土配合比进行调整，然后再试拌，如此循环，直至拌制出的混凝土满足要求。这种方法使用时方便快捷，且具有较好的经济性，获得广泛的应用。利用诺模图确定水胶比，根据高效减水剂的饱和点确定用水量，计算含气量为1． 5%时粗细骨料的用量，再根据测定的试拌混凝土中的含气量对配合比进行调整。根据这种方法配制混凝土具有更强的实用性。
其次，通过建立混凝土强度与有效水灰比，粗骨料松堆体积与砂率和粉煤灰水化活性因子之间的函数关系，确定混凝土中胶凝材料、水、粗细骨料之间的联系，提出了一种系统化的高性能混凝土配合比设计方法。这种方法易于程序化、适用范围宽泛、计算结果准确，试验结果表明，根据这种配合比设计方法配制的混凝土的抗压强度的实测值与设计值的一致性较好。
3、 基于紧密堆积理论的混凝土配合比设计方法
我国就提出了基于最大密度或紧密堆积理论的混凝土配合比设计方法: 将混凝土分为砂石体系和水泥浆体系，进行混凝土配合比设计时，首先根据砂石混合后的空隙率确定最佳砂石比，然后依据绝对体积原理通过试拌法确定水泥浆富余系数，再配制混凝土。
国外有一种观点是: 将混凝土分为砂石体系和水泥浆体系，然后分别对这两个体系进行优化，最终获得最佳的混凝土配合比。利用这种方法设计混凝土配合比时，首先确定水胶比、掺合料用量和减水剂用量，然后将细骨料和粗骨料按不同的比例混合后测定空隙率，选空隙率最小时的比例为最佳砂石比，最后根据测定的最小空隙率确定水泥浆用量，在0% ～ 10% 的范围内选择几个不同的水泥浆富余系数。然后根据计算出的几个混凝土配合比配制混凝土，测定每组混凝土的坍落度和力学性能，选定工作性能和力学性能都满足要求的一组混凝土的配比作为最终配合比。
目前，针对现行普通混凝土的常规技术性能要求，研究了一种基于紧密堆积理论的配合比设计方法，这种方法的关键是通过试验数据拟合出混凝土强度与最佳砂率之间的关系及混凝土强度与浆骨比之间的定量关系。此方法具有系统化、程序化的特点，依据此方法配制的混凝土在经济性上具有明显优势。
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国内某教授对混凝土的紧密堆积理论做了系统的研究。提出了密实度系数的概念，指出可以用粗骨料最大粒径和集灰比来表征密实度系数，随后又提出了基于密实度系数的混凝土配合比设计方法，并用大量的试验数据验证了这种方法既具有理论研究价值，也具有一定的工程适用性。
4、基于浆骨比的混凝土配合比设计方法
浆骨比是保证混凝土力学性能的核心因素，应使用等浆体体积法对混凝土配合比进行调整，以保持浆骨比不变。利用传统的混凝土配合比设计方法计算出的配合比，尽管通过适配调整，也不一定是最优的，他们通过骨料试配，得到最佳浆骨比及最紧密堆积的骨料，利用现有规律建立了基于最佳浆骨比的混凝土配合比设计方法。而通过采用浆骨比法确定了C70 泵送混凝土配合比，这种方法工作量小，设计周期短，对和易性和耐久性的控制优于标准设计方法。
二、基于解析的计算方法
1、全计算法
国内首次建立了普遍适用的混凝土体积模型，推导出用水量计算公式和砂率计算公式，再结合传统的水灰比定则及最佳浆骨比( 35∶ 65) ，实现了混凝土全计算配合比设计，这种方法已经应用到了北京、厦门、珠海等地的一些工程并取得了较好的效果。通过用全计算法设计了自密实混凝土配合比并进行了试验研究，结果表明，配制的混凝土具有良好的工作性和力学性能。利用软件创建全计算法的设计模板，利用这个模板能够很快计算出很实用的系列化的配合比设计，充分体现了全计算法的优越性。
2、智能化优化设计方法
对混凝土配合比设计进行优化，能够节约原材料，减少环境污染，提高经济效益。人们将正交设计、均匀设计、人工神经网络模型等应用到混凝土配合比设计中，提出了优化数学方法。国内提出了一种单目标优化的设计方法，其主要步骤为:
（1）进行大量的混凝土试验及性能测试;
对获得的数据进行回归分析，建立混凝土组成和性能之间的预测方程，将其转化成以矩阵表达的约束方程;
（3）建立以混凝土成本价格为目标函数的优化设计模型;
（4）用非线性规划的单纯形法求得各组成材料用量;
（5） 根据骨料含水量及吸水率对配合比进行调整。这种方法的优点在于使混凝土性能满足要求的前提下，成本最低。
利用均匀设计方法对混凝土配合比进行设计优化。借助SPSS 软件处理试验数据，得出以碳纤维增强高性能混凝土的最大抗压和劈拉强度为目标函数的回归方程，利用MATLAB 对目标函数进行了优化处理得到了最佳配合比，通过验证性试验证明，利用这种方法得到的优化配合比可信可靠，将计算机技术与均匀设计相结合利用于混凝土配合比设计中是可行的。
基于遗传算法的高强混凝土配合比设计方法。可以从成功的混凝土配合比数据中，归纳出各种原材料用量的取值范围，建立以混凝土材料的成本为优化目标的函数，并将约束优化的数学归化问题转化成了遗传算法模型，编程计算获得了最优解。通过工程实例证明，在满足强度和坍落度性能要求的前提下，与优化前的混凝土配合比相比，优化后原材料的成本降低了18.8%。
结束语
总之，目前各种混凝土配合比设计方法都有自己的针对性和侧重点，没有一种混凝土配合比设计方法对所有的混凝土都适用，因此，在进行混凝土配合比设计时，应根据工程需要选择合适的配合比设计方法，以达到合理利用材料，降低工程造价的目的。
参考文献
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[4] 郑少雄. 探讨各类混凝土配合比设计理论的分析与思考[J]. 中华民居(下旬刊). 2014(02)
论文作者:李海宁
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/4
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