強(qiáng)度是混凝土的主要技術(shù)要求。因?yàn)閺?qiáng)度一般與耐久性指標(biāo) (如抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕) 等性能都成正相關(guān)關(guān)系；而且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)物的承載力是由混凝土抗壓強(qiáng)度參與計(jì)算的，可由結(jié)構(gòu)物的承載力準(zhǔn)確地求出所需要的混凝土抗壓強(qiáng)度值。而混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中卻無法采用耐久性某一指標(biāo) (如抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕等) 進(jìn)行設(shè)計(jì)。水膠比是決定強(qiáng)度、耐久性等性能的主要因素。只要水膠比確定了，混凝土的強(qiáng)度、耐久性等性能就確定了。這不僅在確定混凝土配合比時(shí)應(yīng)考慮強(qiáng)度、耐久性的要求，在混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制中也要考慮水膠比的要求。大量的試驗(yàn)結(jié)果證明，混凝土抗壓強(qiáng)度都隨膠水比的增大而增大，成直性關(guān)系，隨水膠比的增大而減小，成指數(shù)曲線關(guān)系。水膠比與混凝土抗壓強(qiáng)度可以回歸成鮑羅米型經(jīng)驗(yàn)公式，在組成材料一致的條件下，有很好的相關(guān)性。 從水膠比計(jì)算公式中可以看出，水膠比隨混凝土配制強(qiáng)度的提高而減小；水膠比隨膠凝材料膠砂28d抗壓強(qiáng)度的提高而增大。
用水量隨坍落度的增大而增大，成直線關(guān)系；在坍落度不大于180mm的范圍內(nèi)，每增減5kg/m3水，坍落度增減20mm；用水量隨粗骨料最大粒徑的增大而減小，成對(duì)數(shù)曲線關(guān)系；用水量隨砂的細(xì)度模數(shù)的增大而減小，成直線關(guān)系；在未凝固的混凝土中，用水量決定拌合物的流變性。足夠的用水量，才能便于泵送及施工操作，以確?；炷撩軐?shí)，應(yīng)在保證混凝土施工性能的條件下盡量降低用水量。減水劑的摻量應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定，應(yīng)選擇在摻量與減水成線性關(guān)系的范圍內(nèi)，并應(yīng)在直線的拐點(diǎn)之下，給施工現(xiàn)場(chǎng)用減水劑調(diào)整坍落度留有一定的空間。減水劑的摻量不宜過量，否則會(huì)增大拌合物的粘性甚至離析，造成施工困難，影響混凝土的質(zhì)量。砂率隨水膠比的增大而增大，成直線關(guān)系；砂率隨粗骨料最大粒徑的增大而減小，成對(duì)數(shù)曲線關(guān)系；砂率隨砂的細(xì)度模數(shù)的增大而增大，成直線關(guān)系。
人工砂的砂率比天然砂大。當(dāng)使用人工砂時(shí)，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。用單粒級(jí)粗骨料時(shí)，砂率可適當(dāng)增大，宜經(jīng)試驗(yàn)確定。用針片狀含量較大或棱角較多的粗骨料時(shí)，砂率可適當(dāng)增大，應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。當(dāng)試驗(yàn)不能滿足拌合物性能要求時(shí)，應(yīng)更換粗骨料。在水泥用量和水灰比一定的條件下，由于水泥砂漿在粗骨料間起到潤(rùn)滑和輥珠作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，所以在一定范圍內(nèi)，砂率增大，混凝土流動(dòng)性增大。另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率增加，骨料的總表積增大，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄，潤(rùn)滑作用下降，使混凝土流動(dòng)性降低。所以砂率超過一定范圍，流動(dòng)性隨砂率增加而下降。當(dāng)砂率最恰當(dāng)時(shí)，混凝土拌合物的坍落度最大，也可以說需水量最小或者說膠凝材料用量最小。如果保持膠凝材料用量及坍落度不變，則混凝土的強(qiáng)度最高；如果保持水膠比及坍落度不變，則成本最低。此時(shí)的砂率稱為最佳砂率。由試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)得出空隙率小、表面積也小的粗骨料較優(yōu)級(jí)配主要是二分之一最大粒徑以上的顆粒含量，應(yīng)達(dá)到50％～60％。當(dāng)最大粒徑大時(shí)，二分之一最大粒徑以上的顆粒含量取低值；當(dāng)最大粒徑小時(shí)，二分之一最大粒徑以上的顆粒含量取高值。 混凝土耐久性有兩方面的要求，一是混凝土配合比中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；二是對(duì)設(shè)計(jì)有相應(yīng)耐久性指標(biāo)要求的混凝土，應(yīng)按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，其性能應(yīng)合格。吳中偉院士在《論水泥混凝土耐久性研究的思路與方法》中指出：水泥混凝土本是很耐久的，遠(yuǎn)優(yōu)于鋼鐵、合金、木材、塑料等常用建材，歷史已有證明。近年混凝土構(gòu)筑物不耐久以至崩坍的事例，所占比例是十分小的，本來是不應(yīng)該發(fā)生的，其根源在于人，是人的“無知”、“無能”甚至“明知故犯”。長(zhǎng)期以來對(duì)混凝土只重視強(qiáng)度，而忽視耐久性，此為不良傳統(tǒng)，必須改正。為了早強(qiáng)、高強(qiáng)采用的措施，如使水泥細(xì)度更細(xì)、水泥用量增大、用早強(qiáng)水泥與早強(qiáng)外加劑、提高養(yǎng)護(hù)溫度，以至過低的水灰比等，都對(duì)后期強(qiáng)度和耐久性不利。在解決了“無知”、“無能”，杜絕了“明知故犯”以后，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平，混凝土構(gòu)筑物安全使用期建議可定為：重要建筑物在不利環(huán)境的工作條件下達(dá)100年；在正常條件下達(dá)200年；特殊用途按特殊設(shè)計(jì)可達(dá)300年。可見混凝土建筑物是能夠也是應(yīng)該耐久的，安全使用期應(yīng)比現(xiàn)在認(rèn)識(shí)的長(zhǎng)得多。建議建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)、使用、管理等有關(guān)部門采取相應(yīng)措施，認(rèn)真對(duì)待這一改變，使國(guó)家資源、能源、財(cái)富得到充分有效的利用，使社會(huì)和環(huán)境得到最大效益。 1 必須達(dá)到以下四項(xiàng)基本要求，即：(1) 滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求；(3) 滿足工程所處環(huán)境對(duì)混凝土耐久性的要求；(4) 符合經(jīng)濟(jì)原則，在滿足質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，盡量降低成本。2 混凝土配合比設(shè)計(jì)的三個(gè)基本參數(shù)為： (1) 水膠比； (2) 用水量； (3) 砂率。3 預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)根據(jù)本單位所選定的原材料，通過試驗(yàn)建立本單位的專用水膠比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系式，確定本單位的回歸系數(shù)αa和αb。4 預(yù)拌混凝土配合比的設(shè)計(jì)應(yīng)按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55的規(guī)定進(jìn)行。應(yīng)根據(jù)本單位選定的原材料，按混凝土不同強(qiáng)度等級(jí)、不同品種設(shè)計(jì)出常用混凝土配合比備用。當(dāng)水泥、礦物摻合料或外加劑品種、質(zhì)量有顯著變化時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。5 混凝土配合比的設(shè)計(jì)步驟如下：(1) 應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及耐久性要求確定配制強(qiáng)度，按實(shí)際所用材料的技術(shù)參數(shù)和拌合物的性能要求進(jìn)行計(jì)算，得出“計(jì)算配合比”。 (2) 在計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行試拌，并檢驗(yàn)拌合物的性能。如拌合物的性能不符合要求，應(yīng)保持水膠比不變，通過調(diào)整配合比其他參數(shù)，用調(diào)整后的配合比進(jìn)行試拌，至拌合物性能符合設(shè)計(jì)要求，得出滿足設(shè)計(jì)要求的“試拌配合比”。(3) 以試拌配合比為基礎(chǔ)，采用一個(gè)比試拌配合比的配制強(qiáng)度高5MPa和一個(gè)比試拌配合比的配制強(qiáng)度低5MPa的共三個(gè)配合比制備混凝土，分別進(jìn)行試配，并檢測(cè)拌合物的表觀密度、拌合物性能、強(qiáng)度及相關(guān)性能。根據(jù)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，用最小二乘法計(jì)算配制強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的膠水比，將膠水比換算成水膠比，按該水膠比及試配中確定的參數(shù)，計(jì)算出滿足設(shè)計(jì)要求的“設(shè)計(jì)配合比”。應(yīng)以選定同品種、同強(qiáng)度等級(jí)的設(shè)計(jì)配合比為依據(jù)，按照當(dāng)天生產(chǎn)所用原材料的技術(shù)參數(shù)及混凝土出廠檢驗(yàn)的結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行調(diào)整計(jì)算，且滿足耐久性要求的配合比為生產(chǎn)配合比。(1) 調(diào)整實(shí)例：設(shè)計(jì)配合比：C40 (適用于一類及二a類環(huán)境)設(shè)計(jì)時(shí)混凝土的基本要求及所用原材料的技術(shù)參數(shù)如下：② 耐久性要求：按二a類環(huán)境設(shè)計(jì)。④ 水泥：經(jīng)檢驗(yàn)質(zhì)量合格，P.O 42.5級(jí)；密度?c＝3100 kg/m3；28d膠砂抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值?ce＝50.0MPa。 ⑤ 粉煤灰：經(jīng)檢驗(yàn)質(zhì)量合格，F(xiàn)類，細(xì)度篩余16％，Ⅱ級(jí)，表觀密度?f＝2200 kg/m3。確定摻量為20％，查表得影響系數(shù)為0.85。⑥ 礦渣粉：經(jīng)檢驗(yàn)質(zhì)量合格，S95級(jí)，表觀密度?f＝2900 kg/m3，28d活性指數(shù)101％。確定摻量為25％，查表得影響系數(shù)為1.0。⑦ 河砂：經(jīng)檢驗(yàn)質(zhì)量合格，細(xì)度模數(shù)為2.80，顆粒級(jí)配為Ⅱ區(qū)，表觀密度?s＝2650 kg/m3，為非堿活性骨料。⑧ 碎石：經(jīng)檢驗(yàn)質(zhì)量合格，粒級(jí)為5～31.5連續(xù)級(jí)配，表觀密度?s＝2700 kg/m3，為非堿活性骨料。⑨ 外加劑：萘系高效減水劑，固含量為33％，經(jīng)試驗(yàn)摻量為2.2％時(shí)，推定混凝土拌合物減水率為25％。經(jīng)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得出C40設(shè)計(jì)配合比如下表。
注：1. 水膠比為0.423； 2. 膠凝材料用量為408kg/m3；3. 膠凝材料摻量為44.9％； 4. 出機(jī)坍落度為200mm；(2) 生產(chǎn)配合比的調(diào)整計(jì)算① 當(dāng)天生產(chǎn)所用的膠凝材料的品種、質(zhì)量與配合比設(shè)計(jì)時(shí)一致；粗骨料品種與設(shè)計(jì)時(shí)相同，經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)合格，顆粒級(jí)配為由設(shè)計(jì)時(shí)的5～31.5mm的連續(xù)級(jí)配改為5～20mm的連續(xù)級(jí)配；細(xì)骨料的品種與設(shè)計(jì)時(shí)相同，經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)合格，其細(xì)度模數(shù)由設(shè)計(jì)時(shí)的2.80改為2.20；粉煤灰的質(zhì)檢驗(yàn)合格，細(xì)度篩余為20％，Ⅱ級(jí)；近期進(jìn)廠水泥、礦粉檢驗(yàn)的膠砂28d抗壓強(qiáng)度、活性指數(shù)及混凝土出廠檢驗(yàn)的抗壓強(qiáng)度正常，要求出機(jī)坍落度由設(shè)計(jì)時(shí)的200mm改為180mm。以設(shè)計(jì)配合比為基礎(chǔ)，按生產(chǎn)時(shí)所用原材料的技術(shù)參數(shù)、混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)的結(jié)果及拌合物的性能調(diào)整確定的生產(chǎn)配合比如下表。
5. 生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)分別測(cè)定所使用的砂、石含水率，并將其含水率分別輸入生產(chǎn)設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的砂、石含水率窗口內(nèi)方可生產(chǎn)，并應(yīng)用砂石含水率的調(diào)整控制出機(jī)坍落度，不應(yīng)直接調(diào)整配合比的用水量。② 如果生產(chǎn)時(shí)出廠檢驗(yàn)的混凝土抗壓強(qiáng)度下降2MPa，同時(shí)水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果為48MPa，其他條件與生產(chǎn)配合比 ① 相同。由于膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度變?yōu)?8.0×0.85＝40.8MPa，與設(shè)計(jì)時(shí)的50×0.85＝42.5MPa降低了1.7MPa。經(jīng)計(jì)算，則生產(chǎn)配合比的水膠比應(yīng)為0.412，與設(shè)計(jì)配合比的水膠比0.423減小了0.011。水膠比用0.412計(jì)算的生產(chǎn)配合比如下表。
5. 生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)分別測(cè)定所使用的砂、石含水率，并將其含水率分別輸入生產(chǎn)設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的砂、石含水率窗口內(nèi)方可生產(chǎn)，并應(yīng)用砂石含水率的調(diào)整控制出機(jī)坍落度，不應(yīng)直接調(diào)整配合比的用水量。從以上的調(diào)整結(jié)果可以看出，由于生產(chǎn)時(shí)使用原材料的技術(shù)參數(shù)與設(shè)計(jì)時(shí)的變化，會(huì)使生產(chǎn)配合比與設(shè)計(jì)配合比產(chǎn)生差異，但質(zhì)量保持一致。生產(chǎn)配合比與設(shè)計(jì)配合比的水膠比不一定相同，由于水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致混凝土出廠檢的抗壓強(qiáng)度的波動(dòng)，為了保證強(qiáng)度，應(yīng)采取與水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度相應(yīng)的水膠比。但在生產(chǎn)過程中對(duì)混凝土拌合物的調(diào)整，則應(yīng)保持水膠比不變的原則進(jìn)行。(3) 生產(chǎn)過程中的混凝土配合比調(diào)整① 生產(chǎn)時(shí)，必須根據(jù)砂、石含水率對(duì)配合比中的水、砂、石用量進(jìn)行換算 (電腦設(shè)置有砂、石含水的換算工能)，質(zhì)檢人員應(yīng)協(xié)同操機(jī)員進(jìn)行，應(yīng)分別將砂、石含水率的實(shí)測(cè)值輸入計(jì)算機(jī)中的砂、石含水率窗口中。生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)通過砂、石含水率的調(diào)整，使混凝土拌合物的性能符合要求。不應(yīng)直接調(diào)整配合比中的用水量，以避免混凝土方量的變化。 ② 正常生產(chǎn)過程中，操機(jī)員應(yīng)對(duì)混凝土拌合物的坍落度負(fù)責(zé)。如有異常，操機(jī)員應(yīng)即時(shí)通知當(dāng)班質(zhì)檢員在職權(quán)范圍內(nèi)共同進(jìn)行處理。③ 在生產(chǎn)過程中，混凝土配合比必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，應(yīng)按本單位混凝土配合比調(diào)整權(quán)限的規(guī)定，根據(jù)氣溫、濕度的變化、原材料性能的波動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)反饋的信息等隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，并記錄調(diào)整原因及取樣檢驗(yàn)結(jié)果。④ 在生產(chǎn)過程中，不宜直接用調(diào)整外加劑摻量的方法來頻繁調(diào)整拌合物坍落度。如懷疑是原材料的質(zhì)量變化引起的需水量的變化，應(yīng)即時(shí)取樣進(jìn)行混凝土試拌試驗(yàn)，確定外加劑的準(zhǔn)確摻量，按試拌確定的外加劑的摻量進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)應(yīng)注意原材料質(zhì)量勻質(zhì)性的變化。① 開始生產(chǎn)時(shí)，原材料情況正常，計(jì)量也正常，石子是干的，砂的用量為750kg/m3。出機(jī)坍落度值比要求值大了30mm。這種情況，說明砂的實(shí)際含水率大于輸入的含水率，應(yīng)減少7.5kg/m3水，將輸入含水率增加7.5÷750＝1.0％。并應(yīng)取樣檢驗(yàn)調(diào)整后的坍落度至滿足要求。② 開始生產(chǎn)時(shí)，石子是干的，砂的用量為750kg/m3。出機(jī)坍落度值比要求值小了30mm。 這時(shí)應(yīng)校核計(jì)量、外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性及骨料含水率。如計(jì)量校核正常，應(yīng)取樣進(jìn)行混凝土試拌試驗(yàn)，確定外加劑的摻量，如外加劑的摻量與生產(chǎn)配合比一致，則應(yīng)增加7.5kg/m3水，應(yīng)將輸入含水率減小7.5÷750＝1.0％，并應(yīng)檢驗(yàn)調(diào)整后的坍落度至滿足要求。如果試拌時(shí)外加劑的摻量與生產(chǎn)配合比不一致，則應(yīng)按試拌確定的外加劑摻量進(jìn)行生產(chǎn)，并調(diào)整出機(jī)坍落度至符合要求，并應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控原材料的質(zhì)量波動(dòng)對(duì)拌合物性能的影響。③ 出廠檢驗(yàn)時(shí)，有一車混凝土目測(cè)拌合物的坍落度偏小，經(jīng)取樣實(shí)測(cè)，與要求的坍落度小了30mm。這時(shí)首先應(yīng)對(duì)計(jì)量進(jìn)行確認(rèn)，如計(jì)量正?？煽浚瑧?yīng)從生產(chǎn)過程中判斷外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性是否有變化，如僅這一車出現(xiàn)異常，即可確定外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性正常，這時(shí)就可確定是由骨料的質(zhì)量異常引起的。如果是含水率輸入值不準(zhǔn)，就可直接向車罐內(nèi)加水，按7.5kg/m3的水量加入車罐內(nèi)，快速攪拌3min后，取樣檢驗(yàn)拌合物性能，合格后放行。如果是骨料含泥量引起的，則應(yīng)用外加劑調(diào)整至拌合物性能合格后放行。④ 出廠檢驗(yàn)時(shí)，目測(cè)混凝土拌合物的坍落度偏大，經(jīng)取樣實(shí)測(cè)，與要求的坍落度大了30mm。這時(shí)應(yīng)采用加粉料的方法來降低坍落度至符合要求?；炷恋挠盟慷嗔?.5kg/m3，假設(shè)該混凝土的用水量為170kg/m3，膠凝材料用量為400kg/m3，每方需增加粉料為7.5÷170×400＝17.6kg/m3，考慮砂、石需水后，可加12kg/m3粉料。也可按每公斤水增加1.5kg粉料進(jìn)行調(diào)整至符合要求。粉料中各品種的比例與配合比一致 ⑤ 由于交通堵塞或施工現(xiàn)場(chǎng)故障，使混凝土拌合物至泵送時(shí)的時(shí)間過長(zhǎng)，坍落度損失過大，造成泵送困難。這種情況，只能用外加劑進(jìn)行調(diào)整。一般荼系減水劑的摻量每增減0.1％，用水量則減增3kg/m3；聚羧酸水劑 (固含量為10％) 的摻量每增減0.07％，用水量則減增3kg/m3。調(diào)整時(shí)可按需要增大的坍落度確定需要增加的用水量，然后再將該用水量換算需要的外加劑進(jìn)行調(diào)整。如需要增加40mm的坍落度 (能滿足泵送較小的坍落度即可)，則荼系減水劑的摻量應(yīng)增加0.33％，聚羧酸外加劑的摻量應(yīng)增加0.21％，按車內(nèi)總膠凝材料用量進(jìn)行計(jì)算外加劑的添加量。外加劑加入后，車罐應(yīng)快速拌攪不少于3min，取樣檢驗(yàn)拌合物性能，符合可泵性要求后應(yīng)慢速泵送。⑥ 由于出廠坍落度漏檢，混凝土運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，拌合物性能不符合要求，被退回站內(nèi)。如果來回時(shí)間在1小時(shí)以內(nèi)：對(duì)于坍落度過大的拌合物應(yīng)采用增加粉料的方法進(jìn)行調(diào)整至符合要求，盡快送往原工程結(jié)構(gòu)；對(duì)于坍落度過小的拌合物應(yīng)采用添加外加劑的方調(diào)整至符合要求，盡快送往原工程結(jié)構(gòu)。如果來回時(shí)間超過1小時(shí)：調(diào)整方法與時(shí)間較短的相同，對(duì)拌合物性能符合要求的，應(yīng)降級(jí)使；對(duì)拌合物性能不符合要求的，應(yīng)報(bào)廢處理。
