现代混凝土土配合比设计------全计算法
传统混凝土配合比设计方法(如绝对体积法和假容重法),是以强度为基础的半定量计算方法,不能全面满足现代混凝土的性能要求,现代混凝土配合比计算方法是以工作性、强度和耐久性为基础建立数学模型，通过严格的数学推导的到混凝土的用水量和砂率的计算公式，并将此二式与水灰（胶）比定则相结合能计算出混凝土各组分（水泥、细掺料、砂、石、含气量、用水量和超塑化剂掺量等）之间的定量关系和用量。用于流态混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、商品混凝土以及防渗抗裂混凝土等现代化混凝土的配合比设计。
（一）高性能混凝土配合比全计算法设计高性能混凝土（HPC）与高强混凝土（HSC）和流态混凝土（FLC）最显著的差别就是混凝土配合比考虑工作性、强度和耐久性，其配合比设计的基本原则是：（1）满足工作性的情况下，用水量要小；（2）满足强度的情况下，水泥用量少、细掺料多掺；（3）材料组成及其用量合理，满足耐久性及特殊性能要求；（4）掺多功能复合超塑化剂（CSP）改善和提高混凝土的多种性能。因此，HPC的配合比设计比HSC和FLC更为严格合理，图--1表示各种材料类型的混凝土配合比分区范围，无论采取什么方法设计，HSC、FLCHE和PLC（塑性混凝土）的配合比在一个范围之内，而HPC在AB线附近，由此证明HPC的配合比设计必须严格、精确和合理。
图1 混凝土配合比组成图
一、强度与水灰（胶）比的关系
混凝土配合比设计是混凝土材料学中最基本而又最重要的一个问题，早在1919年Duff Ａbrams（D.艾布拉姆斯）就发表了混凝土强度的水灰比定则：“对于一定的材料，强度仅取决于一个因素，即水灰比。”这一定则可用下列公式表示：
σc=a/b1.5（W/C）
式中:σ
c----一定龄期的抗压强度
3
a----经验常数,一般取925kg/m
该式成为混凝土配合比设计计算强度的基础,近80年来混凝土配合比设计几经发展,到目前为止最常用的两种方法是绝对体积法和假定容量法。
二、混凝土的普适体积模型，
混凝土是多相聚集、其组分包括：水泥、矿物细掺料、砂、石、水、空气和外加剂。我们基本观点如下：（1）混凝土各组成材料（包括固、气、液三相）具有体积加和性（2）石子间的空隙由干砂浆来填充（3）干砂浆的空隙由水来填充（4）干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气组成，根据以上观点混凝土普适体积模型建立如图---2
三、两个基本公式的数学推导
1、砂率计算公式根据混凝土的普适体积模型（图--2）可知：
浆体体积V e=W+V c+V f+V a（1）；
集料体积V s+V g=1000-V e（2）；
干砂浆体积V es=V c+V f+V s+V a（3）；
式中：V e--浆体体积（1/m3）、V es---干砂浆体积（1/m3）、W---水的体积（1/m3）；V c、V f、V a、V s和V g------分别表示水泥、细掺料（如FA）、空气、砂和石的体积（1/m3）。
由式（3）可得：V s=V es-（V c+V f+V a）（4）；
由式（1）得：V c+V f+V a=V e-W（5）；
将式（5）代入（4）得：Vs=Ves-Ve+W（6）；
则砂重量：S=（Ves-Ve+W）*ρ（7）
式中：S---砂用量（kg/m3）ρ-----砂的视密度（kg/m3）。
由式（2）得Vg=1000-Vs-Ve（8）；
将式（6）代入式（8）得：Vg=1000-Ves-W（9）；
则石子的重量：G=（1000-Ves-W）*ρ（10）
式中：G---石子用量（kg/m3）ρ----石子的视密度（kg/m3）
由此式（13）表明，混凝土的砂率随用水量的增加而增加，随胶凝材料的增加而减少。根据美国P.K.Mehta和P.C.Aitcin教授的观点，要使HPC同时达到最佳的施工和易性和强度性能，其水泥浆和骨料的体积比应为35：65，故对HPC，可取V e=3501/m3，集料体积Vs+Vg=6501/m3。2、干砂浆体积的确定，对于一般粒径的碎石，视密度为ρo，堆积密度为ρb与石子空隙率（P）的关系为：
公式（21）、（22）和（23）表明：（1）混凝土的用水量取决于强度和水灰比，混凝土强度越高，水灰比越小，则用水量越少；（2）矿物细掺料的品种（密度不同）和掺量影响混凝土的用水量；（3）引气量越大，混凝土用水量越小。
四、HPC配合比设计步骤
现代混凝土由水泥、矿物细掺料、砂、石子和水和超塑化剂等多种成分按严格的比例关系组成，传统配合比的设计方法不可能得到优化的配合比，而“全计算法”在设定条件下能精确计算出每个组分的用量和相互比例。HPC混凝土配合比全计算设计步骤如下：
四、试配和配合比调整
在以上混凝土配合比设计中，配制强度、水灰比、用水量、胶凝材料组成与用量、砂率及粗细集料用量及超塑化剂等均可通过公式计算而定量确定，最终确定混凝土配合比，故称之为全计算配合比设计。当然，在计算中也涉及到个别参数的取值问题，比对某特定混凝土，水泥浆体体积Ve和干砂浆体积Ves的取值，但这些取值都有比较成熟的研究结果，与传统配合比设计中大量参数经过查表取值的经验方法比较，其科学性与定量性大大提高。值得提出的是在用水量W公式中涉及到的两个参数，气体体积和胶凝材料中超细粉掺合料体积分数。同时给出了超塑化剂掺量的计算公式，超塑化剂CPS和超细粉（掺量）在设计中均的以体现，这是以高耐久性为特征的HPC的必要组成材料。另外Va气体体积分数为引气混凝土特征项，成为引气型高耐久性混凝土。当然，混凝土耐久性是一个非常复杂的问题，涉及很多方面，除上述各方面外，还有诸如碱集料反应，抗硫酸盐侵蚀等，这只需在配合比设计的同时对组成材料化学成分加以关注即可，将配制强度60---130MPa 计算配合比列入表---4中
