一、混凝土配合比設計基本要求
混凝土配合比是指1m3混凝土中各組成材料的用量，或各組成材料之重量比。配合比設計的目的是為滿足以下四項基本要求：
1．滿足施工要求的和易性。
2．滿足設計的強度等級，并具有95%的保證率。
3．滿足工程所處環(huán)境對混凝土的耐久性要求。
4．經(jīng)濟合理，最大限度節(jié)約水泥，降低混凝土成本。
二、混凝土配合比設計中的三個基本參數(shù)
為了達到混凝土配合設計的四項基本要求，關鍵是要控制好水灰比（W/C）、單位用量（W0）和砂率（Sp）三個基本參數(shù)。這三個基本參數(shù)的確定原則如下：
1．水灰比。
水灰比根據(jù)設計要求的混凝土強度和耐久性確定。確定原則為：在滿足混凝土設計強度和耐久性的基礎上，選用較大水灰比，以節(jié)約水泥，降低混凝土成本。
2．單位用水量。
單位用水量主要根據(jù)坍落度要求和粗骨料品種、最大粒徑確定。確定原則為：在滿足施工和易性的基礎上，盡量選用較小的單位用水量，以節(jié)約水泥。因為當W/C一定時，用水量越大，所需水泥用量也越大。
3．砂率。
合理砂率的確定原則為：砂子的用量填滿石子的空隙略有富余。砂率對混凝土和易性、強度和耐久性影響很大，也直接影響水泥用量，故應盡可能選用最優(yōu)砂率，并根據(jù)砂子細度模數(shù)、坍落度要求等加以調整，有條件時宜通過試驗確定。
三、混凝土配合比設計方法和原理
混凝土配合比設計的基本方法有兩種：一是體積法（又稱絕對體積法）；二是重量法（又稱假定表觀密度法），基本原理如下：
1. 體積法基本原理。體積法的基本原理為混凝土的總體積等于砂子、石子、水、水泥體積及混凝土中所含的少量空氣體積之總和。若以Vh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk分別表示混凝土、水泥、水、砂、石子、空氣的體積，則有：
（4-32）
若以C0、W0、S0、G0分別表示1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量（kg），以
分別表示水、水泥的密度和砂、石子的表觀密度（g/cm3），10 表示混凝土中空氣體積，則上式可改為：
（4-33）
式中， 為混凝土含氣量百分率（%），在不使用引氣型外加劑時，可取a=1。
2. 重量法基本原理。重量法基本原理為混凝土的總重量等于各組成材料重量之和。當混凝土所用原材料和三項基本參數(shù)確定后，混凝土的表觀密度（即1m3混凝土的重量）接近某一定值。若預先能假定出混凝土表觀密度，則有：
（4-34）
式中
為1m3為混凝土的重量（kg），即混凝土的表觀密度?？筛鶕?jù)原材料、和易性、強度等級等信息在2350～2450kg/m3之間選用。
混凝土配合比設計中砂、石料用量指的是干燥狀態(tài)下的重量。水工、港工、交通系統(tǒng)常采用飽和面干狀態(tài)下的重量。
四、混凝土配合比設計步驟
混凝土配合比設計步驟為：首先根據(jù)原始技術資料計算“初步計算配合比”；然后經(jīng)試配調整獲得滿足和易性要求的“基準配合比”；再經(jīng)強度和耐久性檢驗定出滿足設計要求、施工要求和經(jīng)濟合理的“試驗室配合比”；最后根據(jù)施工現(xiàn)場砂、石料的含水率換算成“施工配合比”。
（一）初步計算配合比計算步驟
1．計算混凝土配制強度（
）。
（4-35）
2．根據(jù)配制強度和耐久性要求計算水灰比（W/C）。
（1）根據(jù)強度要求計算水灰比。
由式
：
，則有：
（2）根據(jù)耐久性要求查表4-18，得最大水灰比限值。
（3）比較強度要求水灰比和耐久性要求水灰比，取兩者中的最小值。
3．根據(jù)施工要求的坍落度和骨料品種、粒徑、由表4-12選取每立方米混凝土的用水量（W0）。
4．計算每立方米混凝土的水泥用量（C0）。
（1）計算水泥用量
：
（2）查表4-18，復核是否滿足耐久性要求的最小水泥用量，取兩者中的較大值。
5．確定合理砂率（Sp）。
（1）可根據(jù)骨料品種、粒徑及W/C查表4-13選取。實際選用時可采用內插法，并根據(jù)附加說明進行修正。
（2）在有條件時，可通過試驗確定最優(yōu)砂率。
6．計算砂、石用量（S0、G0），并確定初步計算配合比。
（1）重量法：
（4-36）
（2）體積法：
（4-37）
（3）配合比的表達方式：
① 根據(jù)上述方法求得的C0、W0、S0、G0，直接以每立方米混凝土材料的用量（kg）表示。
② 根據(jù)各材料用量間的比例關系表示：C0：S0：G0＝1：S0/C0：G0/C0，再加上W/C值。
（二）基準配合比和試驗室配合比的確定
初步計算配合比是根據(jù)經(jīng)驗公式和經(jīng)驗圖表估算而得，因此不一定符合實際情況，必經(jīng)通過試拌驗證。當不符合設計要求時，需通過調整使和易性滿足施工要求，使W/C滿足強度和耐久性要求。
1．和易性調整——確定基準配合比。根據(jù)初步計算配合比配成混凝土拌合物，先測定混凝土坍落度，同時觀察粘聚性和保水性。如不符合要求，按下列原則進行調整：
（1）當坍落度小于設計要求時，可在保持水灰比不變的情況下，增加用水量和相應的水泥用量（水泥漿）。
（2）當坍落度大于設計要求時，可在保持砂率不變的情況下，增加砂、石用量（相當于減少水泥漿用量）。
（3）當粘聚性和保水性不良時（通常是砂率不足），可適當增加砂用量，即增大砂率。
（4）當拌合物顯得砂漿量過多時，可單獨加入適量石子，即降低砂率。
在混凝土和易性滿足要求后，測定拌合物的實際表觀密度（
），并按下式計算每1m3混凝土的各材料用量——即基準配合比：
令：A＝C拌+W拌+S拌+G拌
則有：
（4-38）
式中：
A——試拌調整后，各材料的實際總用量（kg）；
——混凝土的實測表觀密度（kg/m3）；
C拌、W拌、S拌、G拌——試拌調整后，水泥、水、砂子、石子實際拌合用量（kg）；
Cj、Wj、Sj、Gj——基準配合比中1m3混凝土的各材料用量（kg）。
如果初步計算配合比和易性完全滿足要求而無需調整，也必須測定實際混凝土拌合物的表觀密度，并利用上式計算Cj、Wj、Sj、Gj。否則將出現(xiàn)“負方”或“超方”現(xiàn)象。亦即初步計算1m3混凝土，在實際拌制時，少于或多于1m3。當混凝土表觀密度實測值與計算值之差的絕對值不超過計算值的2%時，則初步計算配合比即為基準配合比，無需調整。
2．強度和耐久性復核——確定試驗室配合比。根據(jù)和易性滿足要求的基準配合比和水灰比，配制一組混凝土試件；并保持用水量不變，水灰比分別增加和減少0.05再配制二組混凝土試件，用水量應與基準配合比相同，砂率可分別增加和減少1%。制作混凝土強度試件時，應同時檢驗混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性和表觀密度，并以此結果代表相應配合比的混凝土拌合物的性能。
三組試件經(jīng)標準養(yǎng)護28天，測定抗壓強度，以三組試件的強度和相應灰水比作圖，確定與配制強度相對應的灰水比，并重新計算水泥和砂石用量。當對混凝土的抗?jié)B、抗凍等耐久性指標有要求時，則制作相應試件進行檢驗。強度和耐久性均合格的水灰比對應的配合比，稱為混凝土試驗室配合比。計作C、W、S、G。
（三）施工配合比
試驗室配合比是以干燥（或飽和面干）材料為基準計算而得，但現(xiàn)場施工所用的砂、石料常含有一定水分，因此，在現(xiàn)場配料前，必須先測定砂石料的實際含水率，在用水量中將砂石帶入的水扣除，并相應增加砂石料的稱量值。設砂的含水率為a%；石子的含水率為b%，則施工配合比按下列各式計算：
[例4-4] 某框架結構鋼筋混凝土，混凝土設計強度等級為C30，現(xiàn)場機械攪拌，機械振搗成型，混凝土坍落度要求為50～70mm，并根據(jù)施工單位的管理水平和歷史統(tǒng)計資料，混凝土強度標準差 取4.0MPa。所用原材料如下：
水泥：普通硅酸鹽水泥32.5級，密度 =3.1，水泥強度富余系數(shù)Kc=1.12；
砂：河砂Mx=2.4，Ⅱ級配區(qū)， =2.65g/cm3；
石子：碎石，Dmax=40mm，連續(xù)級配，級配良好， =2.70g/cm3；
水：自來水。
求：混凝土初步計算配合比。
[解] 1. 確定混凝土配制強度（
）。
＝
+1.645a ＝30+1.645×4.0＝36.58（MPa）
2. 確定水灰比（W/C）。
（1）根據(jù)強度要求計算水灰比（W/C）：
（2）根據(jù)耐久性要求確定水灰比（W/C）：
由于框架結構混凝土梁處于干燥環(huán)境，對水灰比無限制，故取滿足強度要求的水灰比即可。
3. 確定用水量（W0）。
查表4-12可知，坍落度55～70mm時，用水量185kg；
4. 計算水泥用量（C0）。
根據(jù)表4-18，滿足耐久性對水泥用量的最小要求。
5．確定砂率（Sp）。
參照表4-13，通過插值（內插法）計算，取砂率Sp=32% 。
6．計算砂、石用量（S0、G0）。
采用體積法計算，因無引氣劑，取a＝1。
解上述聯(lián)立方程得：S0=577kg； G0=1227kg。
因此，該混凝土初步計算配合為：C0=411kg，W0=185kg，S0=577kg，G0=1227kg?；蛘撸篊：S：G=1：1.40：2.99，W/C=0.45
[例4-5] 承上題，根據(jù)初步計算配合比，稱取12L各材料用量進行混凝土和易性試拌調整。測得混凝土坍落度T=20mm，小于設計要求，增加5%的水泥和水，重新攪拌測得坍落度為65mm，且粘聚性和保水性均滿足設計要求，并測得混凝土表觀密度kg/m3，求基準配合比。又經(jīng)混凝土強度試驗，恰好滿足設計要求，已知現(xiàn)場施工所用砂含水率4.5%，石子含水率1.0%，求施工配合比。
[解] 1. 基準配合比：
（1）根據(jù)初步計算配合比計算12L各材料用量為：
C=4.932kg，W=2.220kg，S=6.92kg，G=14.72kg
（2）增加5%的水泥和水用量為：
ΔC＝0.247kg，ΔW＝0.111kg
（3）各材料總用量為；
A＝（4.932+0.247）+（2.220+0.111）+6.92+14.92＝29.35（kg）
（4）根據(jù)式（4－38）計算得基準配合比為：Cj=422，Wj=190，Sj=564，Gj=1215。
2．施工配合比：
根據(jù)題意，試驗室配合比等于基準配合比，則施工配合比為：
C＝Cj＝422kg
S=564×（1+4.5%）＝589kg
G＝1215×（1+1%）＝1227kg
W＝190-564×4.5%-1215×1%＝152kg
［例4-6］ 承上題求得的混凝土基準配合比，若摻入減水率為18%的高效減水劑，并保持混凝土落度和強度不變，實測混凝土表觀密度ρh＝2400kg/m3。求摻減水劑后混凝土的配合比。1m3混凝土節(jié)約水泥多少千克？
[解] （1）減水率18%，則實際需水量為：
W＝190-190×18%＝156kg
（2）保持強度不變，即保持水灰比不變，則實際水泥用量為：
C=156/0.45=347kg
（3）摻減水劑后混凝土配合比如下：
各材料總用量＝347+156+564+1215=2282
∴ 實際每立方米混凝土節(jié)約水泥：422-365=57kg。
