強度是混凝土的主要技術要求。因為強度一般與耐久性指標 (如抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕) 等性能都成正相關關系；而且在結構設計中，結構物的承載力是由混凝土抗壓強度參與計算的，可由結構物的承載力準確地求出所需要的混凝土抗壓強度值。而混凝土結構設計中卻無法采用耐久性某一指標 (如抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕等) 進行設計。水膠比是決定強度、耐久性等性能的主要因素。只要水膠比確定了，混凝土的強度、耐久性等性能就確定了。這不僅在確定混凝土配合比時應考慮強度、耐久性的要求，在混凝土生產質量控制中也要考慮水膠比的要求。大量的試驗結果證明，混凝土抗壓強度都隨膠水比的增大而增大，成直性關系，隨水膠比的增大而減小，成指數(shù)曲線關系。水膠比與混凝土抗壓強度可以回歸成鮑羅米型經驗公式，在組成材料一致的條件下，有很好的相關性。 從水膠比計算公式中可以看出，水膠比隨混凝土配制強度的提高而減??；水膠比隨膠凝材料膠砂28d抗壓強度的提高而增大。
用水量隨坍落度的增大而增大，成直線關系；在坍落度不大于180mm的范圍內，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，成對數(shù)曲線關系；用水量隨砂的細度模數(shù)的增大而減小，成直線關系；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?，應在保證混凝土施工性能的條件下盡量降低用水量。減水劑的摻量應經試驗確定，應選擇在摻量與減水成線性關系的范圍內，并應在直線的拐點之下，給施工現(xiàn)場用減水劑調整坍落度留有一定的空間。減水劑的摻量不宜過量，否則會增大拌合物的粘性甚至離析，造成施工困難，影響混凝土的質量。砂率隨粗骨料最大粒徑的增大而減小，成對數(shù)曲線關系；砂率隨砂的細度模數(shù)的增大而增大，成直線關系。
人工砂的砂率比天然砂大。當使用人工砂時，其砂率應經試驗確定。用針片狀含量較大或棱角較多的粗骨料時，砂率可適當增大，應經試驗確定。當試驗不能滿足拌合物性能要求時，應更換粗骨料。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，砂率增大，混凝土流動性增大。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，潤滑作用下降，使混凝土流動性降低。所以砂率超過一定范圍，流動性隨砂率增加而下降。當砂率最恰當時，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，則混凝土的強度最高；如果保持水膠比及坍落度不變，則成本最低。此時的砂率稱為最佳砂率。由試驗和經驗得出空隙率小、表面積也小的粗骨料較優(yōu)級配主要是二分之一最大粒徑以上的顆粒含量，應達到50％～60％。當最大粒徑大時，二分之一最大粒徑以上的顆粒含量取低值；當最大粒徑小時，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技術參數(shù)應符合相關標準的規(guī)定；二是對設計有相應耐久性指標要求的混凝土，應按相應標準的規(guī)定進行取樣檢驗，其性能應合格。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”。長期以來對混凝土只重視強度，而忽視耐久性，此為不良傳統(tǒng)，必須改正。為了早強、高強采用的措施，如使水泥細度更細、水泥用量增大、用早強水泥與早強外加劑、提高養(yǎng)護溫度，以至過低的水灰比等，都對后期強度和耐久性不利。在解決了“無知”、“無能”，杜絕了“明知故犯”以后，根據(jù)當前技術水平，混凝土構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100年；在正常條件下達200年；特殊用途按特殊設計可達300年。可見混凝土建筑物是能夠也是應該耐久的，安全使用期應比現(xiàn)在認識的長得多。建議建筑規(guī)劃、設計、使用、管理等有關部門采取相應措施，認真對待這一改變，使國家資源、能源、財富得到充分有效的利用，使社會和環(huán)境得到最大效益。 (3) 滿足工程所處環(huán)境對混凝土耐久性的要求；(4) 符合經濟原則，在滿足質量要求的基礎上，盡量降低成本。 (1) 水膠比； (2) 用水量； (3) 砂率。3 預拌混凝土生產企業(yè)，應根據(jù)本單位所選定的原材料，通過試驗建立本單位的專用水膠比與混凝土強度關系式，確定本單位的回歸系數(shù)αa和αb。4 預拌混凝土配合比的設計應按《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55的規(guī)定進行。應根據(jù)本單位選定的原材料，按混凝土不同強度等級、不同品種設計出常用混凝土配合比備用。當水泥、礦物摻合料或外加劑品種、質量有顯著變化時，應重新進行配合比設計。(1) 應根據(jù)設計要求的混凝土強度等級及耐久性要求確定配制強度，按實際所用材料的技術參數(shù)和拌合物的性能要求進行計算，得出“計算配合比”。 (2) 在計算配合比的基礎上進行試拌，并檢驗拌合物的性能。如拌合物的性能不符合要求，應保持水膠比不變，通過調整配合比其他參數(shù)，用調整后的配合比進行試拌，至拌合物性能符合設計要求，得出滿足設計要求的“試拌配合比”。(3) 以試拌配合比為基礎，采用一個比試拌配合比的配制強度高5MPa和一個比試拌配合比的配制強度低5MPa的共三個配合比制備混凝土，分別進行試配，并檢測拌合物的表觀密度、拌合物性能、強度及相關性能。根據(jù)混凝土強度試驗結果，用最小二乘法計算配制強度對應的膠水比，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)，計算出滿足設計要求的“設計配合比”。應以選定同品種、同強度等級的設計配合比為依據(jù)，按照當天生產所用原材料的技術參數(shù)及混凝土出廠檢驗的結果對設計配合比進行調整計算，且滿足耐久性要求的配合比為生產配合比。(1) 調整實例：設計配合比：C40 (適用于一類及二a類環(huán)境)設計時混凝土的基本要求及所用原材料的技術參數(shù)如下：④ 水泥：經檢驗質量合格，P.O 42.5級；密度?c＝3100 kg/m3；28d膠砂抗壓強度實測值?ce＝50.0MPa。 ⑤ 粉煤灰：經檢驗質量合格，F(xiàn)類，細度篩余16％，Ⅱ級，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：經檢驗質量合格，S95級，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：經檢驗質量合格，細度模數(shù)為2.80，顆粒級配為Ⅱ區(qū)，表觀密度?s＝2650 kg/m3，為非堿活性骨料。⑧ 碎石：經檢驗質量合格，粒級為5～31.5連續(xù)級配，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％，經試驗摻量為2.2％時，推定混凝土拌合物減水率為25％。經進行配合比設計試驗，得出C40設計配合比如下表。
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. 出機坍落度為200mm；① 當天生產所用的膠凝材料的品種、質量與配合比設計時一致；粗骨料品種與設計時相同，經檢驗各項質量指標合格，顆粒級配為由設計時的5～31.5mm的連續(xù)級配改為5～20mm的連續(xù)級配；細骨料的品種與設計時相同，經檢驗各項質量指標合格，其細度模數(shù)由設計時的2.80改為2.20；粉煤灰的質檢驗合格，細度篩余為20％，Ⅱ級；近期進廠水泥、礦粉檢驗的膠砂28d抗壓強度、活性指數(shù)及混凝土出廠檢驗的抗壓強度正常，要求出機坍落度由設計時的200mm改為180mm。以設計配合比為基礎，按生產時所用原材料的技術參數(shù)、混凝土質量檢驗的結果及拌合物的性能調整確定的生產配合比如下表。
5. 生產時，應分別測定所使用的砂、石含水率，并將其含水率分別輸入生產設備計算機系統(tǒng)中的砂、石含水率窗口內方可生產，并應用砂石含水率的調整控制出機坍落度，不應直接調整配合比的用水量。② 如果生產時出廠檢驗的混凝土抗壓強度下降2MPa，同時水泥28d膠砂抗壓強度檢驗結果為48MPa，其他條件與生產配合比 ① 相同。由于膠凝材料28d膠砂抗壓強度變?yōu)?8.0×0.85＝40.8MPa，與設計時的50×0.85＝42.5MPa降低了1.7MPa。經計算，則生產配合比的水膠比應為0.412，與設計配合比的水膠比0.423減小了0.011。水膠比用0.412計算的生產配合比如下表。
5. 生產時，應分別測定所使用的砂、石含水率，并將其含水率分別輸入生產設備計算機系統(tǒng)中的砂、石含水率窗口內方可生產，并應用砂石含水率的調整控制出機坍落度，不應直接調整配合比的用水量。從以上的調整結果可以看出，由于生產時使用原材料的技術參數(shù)與設計時的變化，會使生產配合比與設計配合比產生差異，但質量保持一致。生產配合比與設計配合比的水膠比不一定相同，由于水泥28d膠砂抗壓強度的波動會導致混凝土出廠檢的抗壓強度的波動，為了保證強度，應采取與水泥28d膠砂抗壓強度相應的水膠比。但在生產過程中對混凝土拌合物的調整，則應保持水膠比不變的原則進行。① 生產時，必須根據(jù)砂、石含水率對配合比中的水、砂、石用量進行換算 (電腦設置有砂、石含水的換算工能)，質檢人員應協(xié)同操機員進行，應分別將砂、石含水率的實測值輸入計算機中的砂、石含水率窗口中。生產時，應通過砂、石含水率的調整，使混凝土拌合物的性能符合要求。不應直接調整配合比中的用水量，以避免混凝土方量的變化。 ② 正常生產過程中，操機員應對混凝土拌合物的坍落度負責。如有異常，操機員應即時通知當班質檢員在職權范圍內共同進行處理。③ 在生產過程中，混凝土配合比必須進行動態(tài)管理，應按本單位混凝土配合比調整權限的規(guī)定，根據(jù)氣溫、濕度的變化、原材料性能的波動及現(xiàn)場反饋的信息等隨時進行調整，并記錄調整原因及取樣檢驗結果。④ 在生產過程中，不宜直接用調整外加劑摻量的方法來頻繁調整拌合物坍落度。如懷疑是原材料的質量變化引起的需水量的變化，應即時取樣進行混凝土試拌試驗，確定外加劑的準確摻量，按試拌確定的外加劑的摻量進行生產，同時應注意原材料質量勻質性的變化。① 開始生產時，原材料情況正常，計量也正常，石子是干的，砂的用量為750kg/m3。出機坍落度值比要求值大了30mm。這種情況，說明砂的實際含水率大于輸入的含水率，應減少7.5kg/m3水，將輸入含水率增加7.5÷750＝1.0％。并應取樣檢驗調整后的坍落度至滿足要求。② 開始生產時，石子是干的，砂的用量為750kg/m3。出機坍落度值比要求值小了30mm。 這時應校核計量、外加劑與膠凝材料的適應性及骨料含水率。如計量校核正常，應取樣進行混凝土試拌試驗，確定外加劑的摻量，如外加劑的摻量與生產配合比一致，則應增加7.5kg/m3水，應將輸入含水率減小7.5÷750＝1.0％，并應檢驗調整后的坍落度至滿足要求。如果試拌時外加劑的摻量與生產配合比不一致，則應按試拌確定的外加劑摻量進行生產，并調整出機坍落度至符合要求，并應加強監(jiān)控原材料的質量波動對拌合物性能的影響。③ 出廠檢驗時，有一車混凝土目測拌合物的坍落度偏小，經取樣實測，與要求的坍落度小了30mm。這時首先應對計量進行確認，如計量正?？煽?，應從生產過程中判斷外加劑與膠凝材料的適應性是否有變化，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性正常，這時就可確定是由骨料的質量異常引起的。如果是含水率輸入值不準，就可直接向車罐內加水，按7.5kg/m3的水量加入車罐內，快速攪拌3min后，取樣檢驗拌合物性能，合格后放行。如果是骨料含泥量引起的，則應用外加劑調整至拌合物性能合格后放行。④ 出廠檢驗時，目測混凝土拌合物的坍落度偏大，經取樣實測，與要求的坍落度大了30mm。這時應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粉料進行調整至符合要求。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)場故障，使混凝土拌合物至泵送時的時間過長，坍落度損失過大，造成泵送困難。這種情況，只能用外加劑進行調整。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。調整時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行調整。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增加0.33％，聚羧酸外加劑的摻量應增加0.21％，按車內總膠凝材料用量進行計算外加劑的添加量。外加劑加入后，車罐應快速拌攪不少于3min，取樣檢驗拌合物性能，符合可泵性要求后應慢速泵送。⑥ 由于出廠坍落度漏檢，混凝土運到現(xiàn)場后，拌合物性能不符合要求，被退回站內。如果來回時間在1小時以內：對于坍落度過大的拌合物應采用增加粉料的方法進行調整至符合要求，盡快送往原工程結構；對于坍落度過小的拌合物應采用添加外加劑的方調整至符合要求，盡快送往原工程結構。如果來回時間超過1小時：調整方法與時間較短的相同，對拌合物性能符合要求的，應降級使；對拌合物性能不符合要求的，應報廢處理。
