特别策划：混凝土配合比设计

编者按：混凝土配合比设计是混凝土企业技术人员必须掌握的关键技术，设计优良的配合比能为企业提高经济效益，减少质量事故，使企业竞争处于有利地位。然而，由于各地原材料质量差异较大，技术人员水平参差不齐，部分技术人员对相关标准规范领悟不深，对材料之间性能及影响了解不透彻，因此也就造成了相同地区、相同原材料等条件下混凝土性能和成本的差异，有些差异还较大。目前，虽然国家各部门对混凝土质量加大监管力度，但阴阳配合比仍旧盛行，这里面也不能完全说是混凝土企业的问题，也可能是国家制定的相关标准规范没有能与时俱进和与“实”俱进。另外新版《普通混凝土配合比设计规程》已经发行，将在今年年底实施，本期特别策划将就混凝土配合比设计方面的技术、理念及对目前配合比设计相关标准规范的看法邀请多位专家来共同参与探讨。

刘娟红（北京科技大学，教授、博士生导师）

混凝土配合比在很大程度上决定了混凝土的性能：强度、工作性、耐久性和经济性。现代混凝土由于使用了复合超塑化剂和超细矿物质掺合料，配合比设计趋于复杂。国内外学者提出的多种配合比设计方法，大多是以经验为基础的半定量设计方法。

《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011 强调混凝土配合比设计应满足耐久性的要求，从条款与内容上在一定程度上体现了现代混凝土的特征与要求，但存在以下问题：

1、规范规定“混凝土强度等级不大于C60 等级时，混凝土水胶比宜按下式计算”

笔者认为，新规范采用改进的保罗米公式来计算水胶比。尽管对公式中的参数和系数作了修改，此公式仍是依据胶凝材料28 天胶砂强度与混凝土28 天配制强度的关系建立的混凝土水胶比计算公式。这样的混凝土配合比设计方法，首先要满足的是混凝土28 天强度，但如果我们更多地从耐久性角度考虑，则可能在掺加较多矿物掺合料的前提下不选择28 天龄期评定混凝土强度。如此新规范使用改进的保罗米公式就不再适合。其实对于一定等级的混凝土如果考虑耐久性要求，在特定胶凝材料组成下水胶比的范围并不大，可以进行选择，选择3 ～4 个水胶比进行混凝土试配。也就是说混凝土的水胶比不一定是算出来的，可依据混凝土性能目标进行选择，经试配确定。

2、规范将“最少水泥用量”改为“最少胶凝材料用量”。体现了现代混凝土的技术理念，但没有限定最高胶凝材料用量。胶凝材料用量过高，混凝土体积稳定性差，开裂的风险就越大。笔者认为应参考《混凝土结构耐久性设计规范》，规定胶凝材料用量上限。

3、矿物掺合料掺加比例的规定考虑不周。规范规定了矿物掺合料最大掺量，并在条款说明中提出当采用超出表3.0.5-1和表3.0.5-2 给出的矿物掺合料最大掺量时，全然否定不妥，通过对混凝土性能进行全面试验论证，证明结构混凝土安全性和耐久性能满足设计要求后，还是能够采用的。虽然为混凝土大比例掺加矿物掺合料留下了余地，但作为规范这样明文规定矿物掺合料最大掺加比例不利于绿色高性能混凝土技术的推广应用。其实混凝土矿物掺合料的掺加比例应根据使用环境和混凝土水胶比而定，例如北京近年来许多工程的大基础底板混凝土中矿物掺合料掺加比例都超过了新规范规定，混凝土性能良好，技术趋于成熟。至于预应力钢筋混凝土中掺合料掺加比例更低的要求，可能是考虑张拉时混凝土强度的需要，其实过早张拉导致混凝土追求高早强对于耐久性不利。

4、混凝土浆骨比指标没有提及。其实浆骨比是保证硬化前后混凝土性能的核心因素。尤其对于混凝土体积稳定性更为重要。

5、规范仍以骨料干燥状态为基础设计配合比的理由不能令人信服。目前混凝土大量使用机制砂，且混凝土骨料品种多，品质各异，尤其是吸水率差别大时，以干燥状态设计混凝土配合比可能造成有效水胶比不同。此外使用干燥状态骨料生产混凝土时，若骨料吸水多，则同时也吸附了一定量的减水剂，造成混凝土坍落度损失大。笔者认为以饱和面干状态骨料为混凝土配合比设计基础为宜。

6、由于混凝土矿物掺合料一般比水泥轻，且骨料表观密度差别也可能较大，假定表观密度可能不准。现代六组分混凝土的配合比设计应采用体积法更合理。

7、混凝土不是算出来的，而是配出来的，混凝土配合比设计可以编指南，定原则，但保留并修订设计规范其实没有必要。定的指标、限制越多，越具体，就越容易成为束缚混凝土技术人员的“绳索”，阻碍混凝土技术的发展。标准规范条款应该更多以性能要求和导向为主。

雷燕团（西安市市政混凝土有限责任公司）

一、配合比设计面临的问题

随着现代混凝土的快速发展，传统的混凝土配合比设计理念受到挑战，配合比设计面临一些新问题，其中包括：配合比指标以抗压强度为主转变为以耐久性设计为主；矿物掺合料的类型及掺量的提高；外加剂的普遍应用；特殊混凝土的性能要求等。

1. 从强度设计到耐久性设计的转变

混凝土的应用领域不断拓广，应用环境各种各样，不同的环境对混凝土的耐久性要求不同。现代混凝土设计不再仅仅依靠强度指标，更多时候需要综合考虑耐久性设计要求。

2. 不同矿物掺合料的比例和掺量

作为混凝土的第六组分，矿物掺合料对于配制现代高性能混凝土具有重要的意义，不同矿物掺合料的比例和掺量对混凝土质量影响很大，它的主要作用体现为改变混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能，同时降低生产成本、利用工业废渣、保护环境。目前应用的矿物掺合料主要有粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰。

3. 新型高效减水剂的普遍应用

新型高效减水剂，特别是聚羧酸减水剂的应用，改变了混凝土综合性能。从流变学角度看，传统高强混凝土拌合物的黏度较高，而新型高效减水剂可以降低低水胶比混凝土的黏度。但是，用高效减水剂配制低强度等级混凝土时，很容易出现离析泌水现象。

4. 特种混凝土对配合比的特殊要求

高强混凝土、自密实混凝土、轻骨料混凝土、纤维混凝土、泵送混凝土等对配合比设计的具体要求不同。这些特种混凝土的定义其实存在交叉之处，又难以完全重合。进行不同混凝土的配合比设计时，必须把混凝土的某些性能突出，并以普遍原则或规律指导不同混凝土配合比的设计。

二、混凝土配合比控制难度加大

由于原材料质量控制难度加大，已严重影响了混凝土配合比的准确性。普通混凝土的原材料包括水泥、矿物掺合料、粗细骨料、外加剂和水等。随着水泥工业的发展，水泥的矿物组分和强度等性能发生了很大变化，水泥的早期强度、细度大幅提高，这样不利于混凝土的长期耐久性能。混凝土中掺入粉煤灰、矿渣粉、硅灰等矿物掺合料有利于改善混凝土的综合性能，但随着我国混凝土用量的逐年剧增，矿物掺合料的供应也越来越紧张，劣质矿物掺合料也会被用于生产混凝土，造成许多质量隐患。同样，砂石资源也越来越枯竭，砂石的质量也越来越不稳定，严重影响了混凝土的质量和行业的持续发展。所以，要保证混凝土配合比的准确性，首先要保证原材料的稳定。有了质量稳定的原材料，综合考虑各种技术要求，多做试配，综合比较，确定合理的配合比很容易。

季韬（福州大学土木工程学院，教授）

混凝土结构（如高层建筑、大跨度桥梁、港口码头等）的质量与混凝土配合比密切相关。混凝土高性能化不仅仅要求混凝土能达到工作性和强度的要求，还必需能达到保证混凝土结构设计使用寿命的抗裂性和耐久性要求。

早期混凝土配合比只有水泥、砂、石和水四组分，混凝土高性能化后，混凝土组分中增加了矿物掺合料（粉煤灰、矿渣、硅灰等）、外加剂（高效减水剂、引气剂、增效剂等）、纤维（钢纤维、聚丙烯纤维等）。另外，为了满足节能、环保、可持续发展的要求，为了减少对环境的压力，采用再生细骨料、再生粗骨料、机制砂、陶粒等全部或部分取代传统的砂石骨料成为必然的趋势。

混凝土组分的多样化和性能要求的多样化，使得按经验、查表和试配为主的混凝土配合比设计方法已不再适应高性能混凝土的使用和发展。

如何对高性能混凝土配合比进行设计呢？

首先要进行概念设计。对高强混凝土，要考虑掺入陶粒进行内养护，掺纤维增强其韧性等；对于海工混凝土，要优化其骨料级配和胶凝材料级配，以提高其密实性。对于抗裂性能要求高的混凝土，在满足性能要求情况下，要使其浆体量最少，以获得较好的体积稳定性。

其次要采用计算机技术。不同地区搅拌站应针对自己原材料和客户，建立自己的数据库（包括原材料特性、配合比及性能指标），采用人工神经网络技术建立混凝土配合比参数（砂率、水胶比、浆体量、矿物掺合料掺量等）与混凝土性能（工作性、强度、耐久性、抗裂性）的映射关系，采用遗传算法等先进技术对混凝土配合比进行优化。

目前，骨料比表面积测试方法，混凝土抗裂性能测试方法等的标准化还需要进一步推进，混凝土配合比设计技术还处于较原始的粗放式发展阶段。一旦混凝土配合比设计工作量80%以上能在计算机上完成，混凝土配合比设计就进入了科学化发展的阶段。

桂光正（黄石东大洋混凝土有限公司，工程师）

一、《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011 新标准中明确了几个概念。胶凝材料：混凝土中水泥和活性矿物掺合料的总称；胶凝材料用量：每立方米混凝土中水泥用量和活性矿物掺合料用量之和；水胶比：混凝土中用水量与胶凝材料的质量比；外加剂掺量：混凝土中外加剂用量相对于胶凝材料用量的质量百分比。以前的观念强调的是“水灰比”，多数客户在计算时只以水泥为“灰”，导致存在较多争议，特别是在计算膨胀剂用量时。新标准加以明确十分必要。

二、配合比设计要有针对性。应根据工程特点及混凝土使用部位，有针对性设计合理配合比。做到该保守时保守，该节约时节约。如桩基、桥墩、承重柱等结构在设计时适当提高设计等级。而对地下室底板、承台等大型结构大体积混凝土，在保证混凝土性能要求的前提下，应减少胶凝材料用量，特别是水泥用量，提高矿物掺合料量。合理养护，充分利用混凝土60d 或90d 龄期等后期强度。以笔者的经验在设计道路、地坪等混凝土配合比时，与正常配合比比较强调“四减小”：减小砂率、减小减水剂用量、减小矿物掺合料用量、减小坍落度。不过还是要具体情况具体对待。笔者走访了周边的一些搅拌站，有些站其一个强度等级只有一种配合比。完全是以不变应万变，虽然不一定错，但肯定不合理，既不经济也不安全。

三、配合比的调整要灵活。做到用水量、水胶比、胶凝材料用量、砂率、矿物掺合料用量、减水剂用量等全面综合考虑，只单一调整往往会顾此失彼。目前，混凝土中最贵的原材料是减水剂，笔者了解有些搅拌站管理者为了所谓的控制成本，限制一定的减水剂用量。又是以不变应万变，何等的可悲可叹呀！

笔者认为由于各种实验结果、数据的滞后性，材料质量的不稳定性，决定了混凝土配合比设计及调整方法很大一部分靠技术人员的经验来完成。经验是靠积累的，企业应加强人才培养，从事本行业的技术人员也应多参加学习交流。

戴会生（天津港保税区航保商品砼供应有限公司，高级工程师）

混凝土配合比的设计不论在工程建设的任何领域都是至关重要的一项工作，对于商品混凝土行业来说更是具有特殊意义。在实际生产应用过程中也出现了不少的问题，有必要在此发表个人观点与业内人士进行交流。

首先是标准规范的限制和约束。对于大多数的商品混凝土企业来说，配合比的设计基本上主要依据《普通混凝土配合比设计规程》，因为刚好这个规范于今年的12 月1日开始实施2011 版，我也刚好参编了这本规范，因此把其中主要修订的几点做个说明，供同行们参考。首先是“胶凝材料”和“水胶比”术语定义的明确提出和使用，消除了以往“水泥”和掺合料分不清的问题，同时对于不同品种的水泥当中熟料和掺合料的比例选用也做了说明，供设计配比时参考。最大水胶比和最小胶凝材料用量在这本规范中都有明确的列表，在使用时做个简单的计算就可以了。再者，改以往水泥胶砂的抗压强度为现在的胶凝材料胶砂强度，更为接近实际的生产情况，当然，准确的同时也增大了试验工作量，要求技术人员在正式应用之前要做比较多的准备工作，将不同比例掺加矿物掺合料的胶砂强度试验做完，供配合比设计时取值。另外增加的一项内容也作为强制条文出现的就是，对于有耐久性设计要求的混凝土应进行相应耐久性试验验证。

临近冬期施工，混凝土配合比设计又要面临冬期混凝土配合比设计的问题。也是在今年的12 月1日开始实施的《建筑工程冬期施工规程》（JGJ/T104-2011)关于水泥用量的问题可能又要成为设计配合比的技术人员头疼的事情。在该规程中规定：混凝土最小水泥用量不宜低于280kg/m3,水胶比不应大于0.55。在条文说明中对这条进行补充：考虑现代混凝土配制和生产技术的发展，在有能力确保混凝土早期强度增长速率不下降，混凝土能尽快达到受冻临界强度的条件下，混凝土最小水泥用量也可小于280kg/m3,体现节能、节材的绿色施工宗旨，故本条最小水泥用量由“应”改为“宜”。按照规程的这个要求，水泥用量的控制应该说是通过技术人员结合实际情况可以做调整的，选择的余地是有的。但我觉得能够按照这个规程的本意来实施的难度是有的，通过主编单位的宣讲和解释是有必要的。这个规程主要是针对我国的“三北”地区，而东北和华北地区的气温差距很大，都用一本规范、一个水泥用量来控制是很有难度的。如何正确理解规程的本意和应用过程中的尺度掌握，是个难题。再者说，这个规程是推荐性的，并非强制性的，但是有多少人知道强制和推荐的区别呢？

抛开规范的约束，说说几个专家观点。王栋民和陈建奎提出了全计算法设计HPC 配合比的方法，给出了公式，并设计了计算的软件，也有部分应用的经验，可供参考；北京市建筑工程研究院的傅沛兴提出了有别于传统的砂率法的不同流变性类型的连续级配计算式；清华大学陈肇元提出了“完善技术标准，提供性能切合工程需求的混凝土”，主张以具有工程所需的性能作为目标进行生产与施工，推广应用目标混凝土（或性能化混凝土）；戴镇潮针对混凝土的配制强度和验收强度著书立说，这些都是专家总结出来的方法，可供我们在做设计时借鉴。

随着建筑材料和混凝土技术的发展，每天都会有新事物诞生，新的理论和方法也会不断提出。综合考虑本地区、本企业的实际情况，设计出满足生产和工程所需的混凝土才是设计的目标，同时为产品负责、为社会负责的道德底线是永远不可突破的。

钟佳墙（陕西盛泰混凝土工程有限责任公司，总工）

配合比设计是实现商品混凝土性能的一个重要过程，是混凝土质量控制的首要问题，是向客户交付满足合同要求产品的关键环节之一，也是判定产品是否经济合理的基本依据之一。

进行配合比设计前应该充分考虑的几个问题

首先要充分了解对材料的采购能力和材料实际能达到的质量标准。由于现阶段很多地区在不同的季节会出现材料供应的不同问题，所供的材料质量也参差不齐，所以进行配合比设计时必须根据自己公司的实际情况来制定设计目标。

其次要清楚混凝土所使用的部位和所处的环境，根据部位的不同和结构钢筋布置的情况，来进行合适的标准规范和原材料的选择。

再次要清楚自己公司混凝土的生产水平和设备配置水平。公司的系统质量管理水平是否能够支持获得实验结果的能力，比如需要骨料分级使用，有没有足够的下料斗，多种掺合料的复掺从材料存储到计量管理是否能满足要求等等。

明确进行配合比设计的任务、要求以及方法

进行配合比设计的任务是根据工程中对混凝土提出的具体要求及使用部位、环境等，结合自己企业的现状来合理选择并确定原材料。明确不同部位对混凝土拌合物不同工作性能的要求、强度等级要求、耐久性能要求及经济性能要求等（包括混凝土制造和使用的经济性能，如材料消耗、劳动力的使用等等），然后选择合适的标准方法来设计出经济合理的配合比。

配合比设计试验的简单方法及过程控制要点

如果没有严格的管理制度和合理的配合比，即使有优质的原材料和精良的设备也不可能生产出优质经济的混凝土，要设计出合理的配合比首先设计者要充分掌握所选用的各种原材料的性能，这一点非常重要。材料质量在供应过程中尽管是波动的，但我们完全可以以试验室试配中选用的材料质量作为生产过程控制的基准，通过严格的原材料质量验收提供的数据来提前预知混凝土生产过程中可能出现的因为材料质量波动带来的混凝土质量波动的原因，然后就能快速的采取行之有效的措施来预防和减少可能出现的质量问题。如果不根据材料的具体质量情况来选择适合的使用方法，同样也可能会导致生产的混凝土不合格。

配合比设计中笔者认为要获得混凝土良好的工作性能对于用水量的确定非常重要。影响混凝土用水量的因素有：（1）水泥的标准稠度用水量；（2）掺合料的需水量比、比表面积；（3）砂子的含泥量、泥块含量、细度模数，如以3%含泥量，细度模数是2.6～2.8 的中粗砂为界，含泥量每增加1%，达到相同工作性能的每立方米混凝土需增加用水量5 kg，外加剂的掺量提高0.05%；（4）石子的含泥量、吸水率、级配、粒型对混凝土的用水量也有很大的影响。

进行试验室配比试验时，不能随便取一点原材料就试配混凝土，所取的原材料应进行材料性能分析试验，特别是试验室使用水泥存放的时间长短、细度、标准稠度用水量、掺合料的变化，砂石含泥量、体积密度、空隙率的变化，掺合料细度、需水量比的变化，都应有可靠的试验数据，一旦生产过程中生产配合比与试验配合比原材料有差距时，就能及时查明原因，寻找到补救措施。