配合比設(shè)計的原則

一、配合比設(shè)計的原則是什么

混凝土配合比設(shè)計的原則應(yīng)該緊緊圍繞混凝土工程的根本目的，這一點是毋庸置疑的。盡管在混凝土技術(shù)領(lǐng)域存在著諸多疑問，但既有的混凝土知識和理論依然能為配合比設(shè)計提供富有成效的幫助。遵循混凝土的基本規(guī)律是配合比設(shè)計的一個根本原則，這是無庸置疑的。

混凝土的配合比設(shè)計人員通常有兩條判斷準則：混凝土的強度和耐久性，我們稱之為硬化后的結(jié)構(gòu)性能。但是，還必須增加一條重要的的判斷準則，就是混凝土在施工條件下具有的可工作性，我們稱之為工藝性能。混凝土入模前的性能實現(xiàn)混凝土預(yù)期結(jié)構(gòu)性能的前提，不良的工藝性能會導致結(jié)構(gòu)性能劣化。

在此基礎(chǔ)上，混凝土配合比設(shè)計的原則可歸納為：充分利用混凝土知識和技術(shù)，尊重客觀數(shù)據(jù)，做出客觀判斷，使混凝土的結(jié)構(gòu)性能和工藝性能都能夠達到預(yù)期目標，有利于實現(xiàn)混凝土配合比設(shè)計根本目的實現(xiàn)。

二、在配合比原則指導下應(yīng)該做到什么？

在明確了混凝土配合比的設(shè)計原則之后，在配合比設(shè)計過程中，無論存在怎樣的客觀原因都不應(yīng)該背離這一原則，為此我們應(yīng)該做到：

（一）配合比的結(jié)構(gòu)性能和工藝性能決定混凝土配合比參數(shù)

混凝土配合比的參數(shù)如何選擇，要考慮是否有利于配合比目標的實現(xiàn)，而不能教條地和機械地執(zhí)行各種各樣的規(guī)定或不切實際的愿望。比如：刻意追求碎石的最佳級配，使用固定摻量的減水劑（比如規(guī)定必須使用1%的減水劑摻量），在上一篇文章中我們詳細講述了刻意追求最佳級配或使用固定減水劑摻量設(shè)計配合比會給混凝土帶來的壞處，刻意追求最佳級配會使混凝土的工作性變差，使用固定摻量的減水劑會使混凝土工作性變差甚至強度耐久性受損，所以這些做法都不是配合比設(shè)計應(yīng)遵循的原則。

事實上，使用間斷級配和連續(xù)級配均可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)混凝土，《混凝土的性能》一書中明確指出，骨料組合的目的不是尋求任何理想級配，而是發(fā)現(xiàn)所用骨料的最佳組合。而最佳組合是以混凝土的工作性為基礎(chǔ)的，這一點與我們長期試驗積累的經(jīng)驗是一致的。

不切實際地追求配合比某一項參數(shù)的最優(yōu)化，可能導致其它有相互依賴關(guān)系的參數(shù)變得更畸形，致使混凝土的工藝性能和結(jié)構(gòu)性能劣化。這樣的實例比比皆是。

比如，過分追求高的配制強度，混凝土早期強度相對增長較快，其彈性模型增長也較快，所消耗拌合水也快，混凝土收縮更快。而此時混凝土的抗拉強度增長極其有限，所以混凝土早期開裂的的風險極度增長，最終會損害其結(jié)構(gòu)性能。所以，配制強度的選擇應(yīng)該以設(shè)計強度等級及施工管理水平為前提，以數(shù)理統(tǒng)計基本知識為導向，充分考慮混凝土性能合理地選擇。

同樣的，混凝土的流動性，比如坍落度則應(yīng)該以正確的施工工藝為導向，結(jié)合混凝土性能而合理選擇，既要保證流動性，還得保證混凝土不分散離析，如果一味地追求流動性而忽略不分散性，則可能導致泵送施工堵管等等工藝過程的嚴重問題，最終損害混凝土結(jié)構(gòu)性能。

因此，混凝土參數(shù)選擇應(yīng)該以結(jié)構(gòu)設(shè)計為基礎(chǔ)，以施工工藝為導向，綜合考慮混凝土的基本知識，合理選擇，而不是人為地突出某一項參數(shù)導致破壞整個混凝土配合比設(shè)計基本原則，達不到根本目的。

（二）選擇合適的原材料

混凝土原材料不應(yīng)該有好與壞的差別，應(yīng)根據(jù)實際情況判斷是否合適，如果我們選擇的材料不能使混凝土滿足入工藝性能和結(jié)構(gòu)的性能，無論材料的品質(zhì)多好，都不是合適的材料。反之如果選用的材料能夠?qū)崿F(xiàn)配合比的目標，無論材料的性能指標如何，都是合適的。離開混凝土性能談材料的好與壞都沒有實例意義。例如，我們在設(shè)計C50配合比的時候，使用42.5的水泥和52.5的水泥都可以達到配合比的設(shè)計目標，但42.5的水泥早期水化熱要低一些，對控制混凝土裂縫也更有利，我們就認為42.5的水泥更適合，不能因為52.5的水泥強度高就認為比42.5的水泥好。再比如，在設(shè)計C35機制砂混凝土的時候，如果使用5%石粉含量的機制砂，骨料之間會沒有足夠的細粉料潤滑，拌出的混凝土就像豆腐渣一樣，工藝性極差，這樣的混凝土是不能滿足施工需要的，而使用15%石粉含量的機制砂可以配制出工藝性與硬化性能都能滿足要求的混凝土，我們就認為15%石粉含量的機制砂比5%石粉含量的機制砂更合適，不會因為洗的更干凈的砂是好砂。在設(shè)計配合比是單獨使用水泥作為膠凝材料與使用30%摻量的粉煤灰替代水泥的混凝土相比，單獨使用水泥的混凝土早期強度要高一些，我們不會就此認為水泥比粉煤灰好，粉煤灰會使混凝土早期放熱量減少，放熱峰值降低，后期強度長時間保持持續(xù)增長，也會使混凝土更加密實，增加混凝土的抗侵蝕性能。只有合理利用水泥與粉煤灰，才是最好的。單獨討論水泥與粉煤灰那一個好也是毫無意義的。

因此，我們認為，材料選擇應(yīng)在混凝土基本理論知識的前提下，結(jié)合試驗的結(jié)果來判定，只要能使混凝土入模前具有良好的工作性，硬化后性能可以滿足設(shè)計要求，就是合適的，選擇最好的材料或“優(yōu)中選優(yōu)”并不是配合比設(shè)計的原則。

（三）充分平衡混凝土的工作性能和結(jié)構(gòu)性能

配合比設(shè)計為混凝土工程施工服務(wù)，既要使混凝土滿足工藝性能，也要滿足設(shè)計需要的結(jié)構(gòu)性能。一味的追求高強度或早期強度的做法，可能導致混凝土的工藝性能劣化，使得在混凝土配制、攪拌、運輸、輸送、澆筑、密實成型和養(yǎng)護各個環(huán)節(jié)操作困難，有可能還會導致整個工藝失控，結(jié)果結(jié)構(gòu)性能也不能保證。我們曾遇到過有人用0.29的水膠比，140kg/m3的用水量來設(shè)計C50的配合比，雖然在試驗室可以得到很高的強度，但這樣的混凝土太粘，現(xiàn)場根本無法施工，更不用說形成密實的結(jié)構(gòu)了。

（四）試驗過程要嚴謹仔細

試驗過程要認真嚴謹，試驗數(shù)據(jù)客觀、準確、真實。試驗數(shù)據(jù)直接到下一階段的工作思路和決策，試驗數(shù)據(jù)不準確可能會使我們下一步的工作思路偏離或做出錯誤決策。例如，至今我們有很多試驗室的同事認識不到試件養(yǎng)護及養(yǎng)護期試件保護的重要性，不注重試件保溫、保濕養(yǎng)護及試件保護。本網(wǎng)站博文 試論混凝土立方抗壓試件的養(yǎng)護制度對試件養(yǎng)護的重要性做出了清晰的論述，除了控制好試件養(yǎng)護的溫度、濕度和齡期三要素之外，試件制作后是否立即養(yǎng)護、養(yǎng)護開始時機、拆模時間、拆模方式、試件養(yǎng)護過程中、運輸、轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)對試件的保護，都應(yīng)該保證混凝土試件盡量與規(guī)定的養(yǎng)護制度要求一致以減少試驗誤差。

試問如果因為試件沒有養(yǎng)護好或沒保護好得出了偏低的數(shù)據(jù)，我們從哪里來分析原因呢？是原材料的品質(zhì)不好還是試驗參數(shù)設(shè)置的不對？也許會因此是材料選擇和配合比設(shè)計決策完全偏離。

所以試驗過程嚴謹仔細是配合比設(shè)計的重要原則。

（五）實事求是的對待數(shù)據(jù)

配合比決策過程中應(yīng)充分尊重試驗結(jié)果，做出客觀判斷，不能沒有科學憑據(jù)，憑猜測去判定配合比好與不好，應(yīng)尊重混凝土的基本理論與試驗結(jié)果。假如我們規(guī)規(guī)矩矩地試驗，設(shè)計一個C40的配合比，得出56天強度是52MPa，這時有人告訴你他也這樣做過，強度都達不到40MPa，如果有多個人不停地跟你說，你是否懷疑自己設(shè)計的配合比有問題呢？古人有“三人成虎”的說法，現(xiàn)在也有一句話叫“謊話說了一千遍就是真理”，這樣的事離我們身邊很近。有獨立思考的精神，充分尊重客觀事實，實事求是，也是配合比設(shè)計者的重要工作原則。

三、結(jié)束語

在前面的討論中，我們闡述了配合比設(shè)計的原則，明確了配合比設(shè)計原則是僅僅圍繞混凝土工程的目的，為實現(xiàn)配合比的設(shè)計目標合理選擇配合比設(shè)計參數(shù)，合理選擇原材料，充分做好混凝土工藝性能和硬化性能的平衡，試驗過程認真嚴謹，試驗數(shù)據(jù)客觀、準確、真實，決策充分尊重試驗結(jié)果。一味追求高強度、強調(diào)最佳級配、使用固定摻量減水劑等都不是配合比設(shè)計應(yīng)遵循的原則。充分利用混凝土知識和技術(shù)，尊重客觀數(shù)據(jù)，做出客觀判斷，采取能夠有利于實現(xiàn)混凝土配合比的設(shè)計目標的做法，才是我們應(yīng)該遵循的原則。