秦明昌 晏德鵬 王小剛

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司 鄭州市 450000）

隨著水利水電國(guó)際市場(chǎng)的不斷開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)的水電企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)走出國(guó)門。面對(duì)新的市場(chǎng)環(huán)境和文化差異，水電企業(yè)有機(jī)遇也有挑戰(zhàn)。其中，規(guī)程規(guī)范方面的差異在實(shí)際工作中所帶來(lái)的問(wèn)題，就是施工技術(shù)人員所必須面對(duì)的。本文就中美兩國(guó)關(guān)于常態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法方面的差異進(jìn)行比較，希望對(duì)國(guó)外施工技術(shù)人員有一定幫助。

1 配合比設(shè)計(jì)的前期工作

混凝土配比的選擇就是在經(jīng)濟(jì)性和工作性，強(qiáng)度，耐久性，密度和表面質(zhì)量之間尋找平衡。這些性能決定于混凝土澆筑的地點(diǎn)以及澆筑時(shí)預(yù)計(jì)碰到的情況。

在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)收集相關(guān)工程設(shè)計(jì)資料，明確以下設(shè)計(jì)要求：

（1）混凝土強(qiáng)度及保證率；

（2）混凝土的抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)及其他性能指標(biāo)；

（3）混凝土的工作性；

（4）骨料最大粒徑。

2 配合比選擇步驟中的異同

2.1 中國(guó)規(guī)范中配合比設(shè)計(jì)的主要步驟

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度和耐久性選定水膠比；

（2）根據(jù)施工要求的工作度和石子最大粒徑等選定用水量和砂率，用用水量除以選定的水膠比計(jì)算出膠凝材料用量；

（3）根據(jù)體積法或質(zhì)量法計(jì)算砂、石用量；

（4）通過(guò)試驗(yàn)和必要的調(diào)整，確定每立方米混凝土各項(xiàng)材料用量和配合比。

2.2 美國(guó)規(guī)范中配合比設(shè)計(jì)的主要步驟

（1）根據(jù)混凝土的暴露等級(jí)決定否需要引氣，再分別針對(duì)引氣混凝土和無(wú)引氣混凝土，根據(jù)施工要求的工作度和骨料最大粒徑初選用水量和含氣量；

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度和耐久性選定水膠比；

（3）用用水量除以選定的水膠比，計(jì)算出膠凝材料用量。再結(jié)合最小水泥用量的限制，選擇最大值作為最終的膠凝材料用量；

（4）根據(jù)骨料最大粒徑、單位體積混凝土中粗骨料在干燥搗實(shí)狀態(tài)下所占的體積，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)，粗骨料的搗實(shí)容重選定粗骨料用量；

（5）根據(jù)體積法或質(zhì)量法計(jì)算細(xì)骨料的用量；

（6）通過(guò)試驗(yàn)和必要的調(diào)整，確定每立方米混凝土各項(xiàng)材料用量和配合比。

2.3 中美規(guī)范的差異

從以上可以看出，中美規(guī)范在配合比選擇的步驟中，最大的差別是中國(guó)規(guī)范中引入了砂率的概念，以確定粗細(xì)骨料的用量；而美國(guó)規(guī)范則沒(méi)有砂率這個(gè)概念，在下文的配合比設(shè)計(jì)的基本參數(shù)中再進(jìn)行詳細(xì)的比較。

3 配合比設(shè)計(jì)的主要參數(shù)

3.1 水膠比的選擇

水膠比不僅由強(qiáng)度決定，還決定與其他因素如耐久性。因?yàn)椴煌墓橇?，水泥和膠凝材料在同樣水膠比的情況下一般獲得不同的強(qiáng)度，所以針對(duì)實(shí)際所使用的材料建立強(qiáng)度與水膠比的關(guān)系是非常必要的。

3.1.1 中國(guó)規(guī)范中水膠比的確定

水膠比應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求，通過(guò)試驗(yàn)確定。對(duì)于大中型工程，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)建立相應(yīng)的關(guān)系曲線，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求的水膠比。同時(shí)，水膠比還應(yīng)滿足耐久性要求。

水膠比計(jì)算公式：

式中A、B——回歸系數(shù)。回歸系數(shù)A和B應(yīng)根據(jù)工程所使用的水泥、骨料和通過(guò)試驗(yàn)建立水灰比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系式確定，當(dāng)不具備上述試驗(yàn)資料時(shí)，對(duì)碎石混凝土A可取0.48，B可取0.52，對(duì)卵石混凝土A可取0.50，B可取0.61.

fce——水泥的實(shí)際強(qiáng)度（MPa）；

fcu，0——混凝土施工的配制強(qiáng)度（MPa）。

3.1.2 美國(guó)規(guī)范中水膠比的確定

當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料可用時(shí)，對(duì)于含有Type 1波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）的混凝土，可以在表1中得到近似和相對(duì)固定的數(shù)據(jù)。用有代表性的材料，在試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下試驗(yàn)28天的試塊，表中的水膠比可以得到與之對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。

平均強(qiáng)度的選擇，應(yīng)該超出規(guī)定強(qiáng)度一定的幅度，以保證以后試驗(yàn)數(shù)據(jù)在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

3.2 用水量的選擇

用水量與下列因素有關(guān)：骨料最大粒徑，顆粒形狀，骨料級(jí)配；混凝土溫度；氣體引入量；外加劑的運(yùn)用等。

3.2.1 中國(guó)規(guī)范中用水量的選定

水膠比在0.40～0.70范圍，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，其初選用水量可按表2選取。

表2 常態(tài)混凝土初選用水量 kg/m3

3.2.2 美國(guó)規(guī)范中用水量的選定

表3提供了用不同的骨料最大粒徑，有無(wú)引氣情況下混凝土用水量的預(yù)估。根據(jù)骨料的特征和形狀，用水量可能會(huì)高于或低于表中數(shù)據(jù)，但對(duì)初步預(yù)估這些數(shù)據(jù)已經(jīng)足夠精確。

3.3 骨料的選定

對(duì)于良好級(jí)配的骨料，公稱最大粒徑大一些的骨料要比小粒徑的所含空隙少。因此，單位體積的混凝土而言，大粒徑骨料的混凝土需要更少的砂漿。一般的，骨料最大粒徑應(yīng)該在滿足建筑物尺寸要求的同時(shí)選擇最大的。

3.3.1 中國(guó)規(guī)范中骨料的選定

我國(guó)用砂率（砂與粗細(xì)骨料的重量比）這一概念來(lái)表征砂石用量之間的關(guān)系。在配合比設(shè)計(jì)中，先求出單位體積混凝土中骨料的總重量，再用砂率求出砂、石各自的用量。砂率的取值如表4。

同時(shí)，規(guī)范還指出：對(duì)于細(xì)砂和粗砂需相應(yīng)減小或增大砂率；對(duì)于塌落度不在（10～60）mm之間的混凝土及摻用外加劑和摻合料的混凝土，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。

表3 塌落度和骨料公稱最大粒徑不同時(shí)近似用水量和含氣量

表4 常態(tài)混凝土砂率初選（中砂）

3.3.2 美國(guó)規(guī)范中骨料的選定

ACI的混凝土配比設(shè)計(jì)方法中并未提出砂率這一概念。其基本思路是通過(guò)規(guī)定單位體積混凝土中粗骨料所占的體積（用搗實(shí)容重表征）確定粗骨料的用量（表5），然后用質(zhì)量法或絕對(duì)體積法求出砂的用量（其中粗骨料的體積通過(guò)表中的搗實(shí)體積和搗實(shí)容重及其密度求得）。

表5 單位體積中混凝土粗骨料的體積

以上體積，是以配制出工作性適于一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為依據(jù)的，對(duì)于工作性較小的混凝土，如混凝土路面工程所要求的粗骨料體積，可增加10%左右，而工作性較大的，例如用泵送法澆注時(shí)，可減少10%。

3.3.3 中美規(guī)范骨料確定方法對(duì)比

對(duì)于粗骨料，我國(guó)規(guī)范考慮了卵石與碎石的區(qū)別，對(duì)于粗骨料的級(jí)配則認(rèn)為其符合規(guī)范要求，并指出若為單粒級(jí)則砂率應(yīng)適當(dāng)增大。這些規(guī)定過(guò)于籠統(tǒng)，廣泛。事實(shí)上，砂率取值的大小還與粒形和級(jí)配有關(guān)。

粗骨料粒形和級(jí)配對(duì)砂率的影響最終可歸結(jié)為一個(gè)性質(zhì)：空隙率。無(wú)論是粒形，還是級(jí)配都是因?yàn)槠鋵?duì)空隙率的影響而間接對(duì)砂率產(chǎn)生影響。把粗骨料的搗實(shí)容重與其表觀密度相比較我們就可以求得粗骨料的空隙率，從而繞開(kāi)紛繁復(fù)雜的種種細(xì)節(jié)表征出粗骨料的性質(zhì)對(duì)砂率總的影響。ACI的方法正是以簡(jiǎn)單易行的測(cè)搗實(shí)容重的試驗(yàn)取代了種種復(fù)雜而又無(wú)法囊括一切的表格和規(guī)定，對(duì)于粗骨料的各種粒形，好抑或不好的級(jí)配均能起到指導(dǎo)作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

中美規(guī)范中對(duì)于混凝土配合比的選擇方法，由于其中參數(shù)選擇的不同，導(dǎo)致在步驟和計(jì)算方法上略有差異。試驗(yàn)人員在實(shí)際操作過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該對(duì)兩種方法進(jìn)行比較，選擇更有效可行的方法，以配制更適應(yīng)施工所需要的配合比。

1 L/T 5330-2005.水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

2 李立權(quán).混凝土配合比設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002.