國內外關于混凝土配合比的設計方法有很多種，本文結合實際生產應用和混凝土拌合物的特點，以體積法為基礎，重點考慮混凝土的流變性能，結合JGJ55—2000《普通混凝土配合比設計規程》，針對泵送混凝土（大流動性混凝土）提出以混凝土振實密度為基礎的配合比設計方法。
1 以振實密度法進行配合比設計的理論基礎
泵送混凝土首先應滿足一定的流動性能。從流變學的角度，流動性混凝土作為賓漢姆體，具有一定的粘彈性。只有混凝土在自身重力作用下克服漿體的粘性和剪切力，混凝土才能產生變形即流動。這就要求混凝土具有以下兩點：一是粗骨料不能產生機械咬合或極小的咬合作用，換言之，粗骨料與砂漿的體積比應在適度的比例；二是漿體的粘度適中。粘度過大，混凝土自重不足以克服其粘滯阻力，影響混凝土流動性能。粘度太小，砂漿無法包裹石子，混凝土產生分離，泵送施工時容易造成堵管。
在組成混凝土的各種材料中，對混凝土流動性能影響最大的是粗骨料的含量，對粘度影響顯著的是用水量以及外加劑的摻量和性能。因此，在進行泵送混凝土配合比設計時，應該重點考慮粗骨料與砂漿的比例以及用水量和外加劑的選擇和摻量。
2 各種材料體積比例
在討論泵送混凝土配合比設計方法前，首先探討各種材料在混凝土中所占比例。下圖1為實際生產粉煤灰泵送混凝土的各種材料體積比例示意圖。
通過示意圖可以看出，石子在混凝土中的體積基本沒有變化，水的體積在一定的范圍變化，膠凝材料和砂的體積比例隨強度等級的變化有明顯的改變。石子在混凝土中的體積基本不變，意味著石子與砂漿的體積比相對固定；膠凝材料體積的增加通常伴隨著水膠比的降低。石子與砂漿的體積比決定著混凝土的流動性能，用水量和膠凝材料的體積比例決定著混凝土的粘聚性和強度。
3 泵送混凝土分析
通過以上分析，泵送混凝土應具備以下特點：
（1）泵送混凝土首先應該具有一定的流動性；
（2）粗骨料的粒徑和級配、砂子的細度模數、混凝土強度等級（水膠比）、摻合料種類及摻量、單方用水量等對混凝土的流變性能具有不同的影響作用。
（3）決定混凝土流動性能的主要因素是漿骨比，石子含量影響重大；
（4）用水量以及外加劑的摻量和性能對粘度影響顯著。
（5）設計普通強度等級泵送混凝土配合比時，強度保證比較容易達到，重點考慮的應該是混凝土的和易性和耐久性。
為了保證混凝土的泵送性能，要求混凝土具有一定的流動性和良好的粘聚性。從流變學的角度，要求混凝土能夠在自身重力或外力的作用下克服剪切力和粘滯阻力，這就要求石子之間有足夠的砂漿層來潤滑。同時為保證混凝土粘聚性，混凝土必須具有適度的粘度，這就要求控制用水量和合理使用外加劑。較低的用水量使混凝土具有較好的密實度，抗滲透性能和抗侵蝕性能得到提高，混凝土的耐久性也有保障。
4 泵送混凝土配合比設計思路
基于以上分析，提出根據粗骨料的性質首先確定石子體積的方法進行泵送混凝土配合比的設計。確定了石子體積，就確定了混凝土的漿骨比，同時確定了混凝土流動性的必須條件。
基本思路是：以石子的振實密度為基礎，按不同的流動性能要求確定石子的體積系數，得出單方石子用量。再按不同強度等級確定水膠比和用水量，取不同的摻合料取代率，計算水泥、摻合料的用量，扣除含氣量后的體積即為砂子的體積。
ρg1＝ρg（1－δ） （式1）
即：
ρg＝ρg1/（1－δ） （式2）
體積的表達式為：
Vg＝Wg/ρg （式3）
Vg1＝Wg1/ρg1 （式4）
同樣存在：
Vg＝Wg（1－δ）/ρg1 （式5）
Vg＝ Vg1（1－δ） （式6）
Wg1＝ Wg（1－δ） （式7）
式中：Vg、Vg1、Wg、Wg1分別代表石子的絕對體積、振實狀態體積、重量、振實狀態重量。
空隙率δ是由石子的粒徑和級配狀況決定的，與石子的密度無關。根據配合比表示的習慣，材料組成以單方重量表示。石子的單方用量Wg與振實密度成正比，在確定石子體積含量后，石子的單方用量Wg通過式5可以計算得出。此時計算出的重量是在石子緊密堆積、石子顆粒機械咬合狀態下的重量，混凝土沒有流動性。如前所述，混凝土具備一定流動性能就必須在石子之間具有一定度的砂漿層，即石子的體積含量比緊密堆積時的體積要小，重量相應地減小。這正是用振實密度確定石子用量的根據，同時消除了石子密度變化對體積含量的影響。
5 配合比設計過程
混凝土的配制強度可按JGJ55的方法計算，也可按本文推薦的公式進行配制強度的計算，即fcu，o＝1.2fcu，k＋4。此公式對于混凝土攪拌站進行配合比設計更為實用。
進行配合比設計前，首先測出水泥、摻合料、砂、石等各種原材料的表觀密度和石子的振實密度。以石子的振實密度乘以體積系數即為石子的單方用量，石子體積系數可按表1選取。根據原材料情況和混凝土配制強度，用水量可按照經驗或按照表2選取。
表1 石子體積系數（建議）
表3 配合比計算示例（kg/m3）推薦使用水膠比進行膠凝材料用量計算，根據摻合料性質和混凝土的配制強度確定三個不同的取代率，分別計算出水泥和膠凝材料的用量，考慮混凝土含氣量1%～2%，通過體積計算出砂子的體積，從而得出砂子的單方用量。至此算出三個配合比進行試配，選取混凝土和易性良好、強度滿足配制強度的配合比作為施工配合比。配合比設計流程如圖。
摻合料取代率：按照不超過有關規范最高取代限量加超量和外摻部分選取。
石子最大粒徑：以不超過鋼筋凈距的3/4，結構最小截面的1/5或板厚的1/3為原則。
6 計算示例
原材料
水泥P.O42.5，密度3.15g/cm3，取fce ＝49MPa；
石子：碎石5～25cm，表觀密度2.7g/cm3，振實密度1600kg/m3；
砂子：表觀密度2.65g/cm3；
粉煤灰：Ⅱ級，表觀密度2.12g/cm3；
外加劑：泵送劑（萘系）。
以C30泵送混凝土為例，分別計算用于樓板、墻的混凝土配合比。
計算配制強度
fcu，o≧fcu，k＋1.645σ，取σ＝5MPa
fcu，o＝38MPa
fcu，o＝1.2fcu，k＋4＝36＋4＝40MPa
取fcu，o＝40MPa
確定石子用量
板：k＝0.68，mg＝1600×0.68＝1088kg/m3
墻：k＝0.65，mg＝1600×0.65＝1040kg/m3
W/B： W/B＝0.46
用水量
板：175kg/m3，墻：180kg/m3
粉煤灰取代率
f1＝0.2，f2＝0.25，f3＝0.3
膠凝材量
板：175/0.46＝380kg/m3
對應的水泥和粉煤灰用量分別為：
mc1＝304、mc2＝285、mc3＝266
mf1＝76、mf2＝95、mf3＝114
墻：180/0.46＝391kg/m3
對應的水泥和粉煤灰用量分別為：
mc1＝313、mc2＝293、mc3＝274
mf1＝78、mf2＝98、mf3＝117
通過體積計算，算出砂子的體積和重量。例如1號配合比中砂用量的計算：
Vs＝1000－175－304/3.15－76/2.12－1089/2.7－18＝271.3（L）
mg＝271.3×2.65＝719kg/m3
結果如下
影響混凝土流動性的因素很多，如石子的最大粒徑、級配，砂子的細度模數、級配，摻合料的種類和性質，用水量大小和外加劑的性能，以及各種材料之間的相互作用和關系等，仍需要大量試驗進行探索和驗證。
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