1概述
建筑工程的混凝土技术正在向高强度、高流动性的方向发展，但是随着高胶凝材料用量，混凝土水化热高、收缩率大等一系列问题也更加突出，混凝土产生裂缝的风险越来越高，因此做好混凝土配合比设计为工程建设提供优质服务尤为重要。
一个好的混凝土配合比设计应具备以下两点；一是要因地制宜，工程通常只能就地取材，在满足设计要求、经济合理的前提下，需针对当地原材料的特点，对大工程普遍存在的原材料波动、材料供应多变的现象要有预见性的应对措施。特别是大工程，要进行不同材料的优选试验。二是要结合每个工程的特点和难点，针对工程所处当地气候和施工特点，有针对性的设计符合工程特性的混凝土配合比，突出工程亮点。
2设计要点
2.1基本参数的选定
2.1.1单位用水量——满足混凝土拌和物的和易性情况下尽量减少
减少单位用水量可以有效降低胶凝材料用量，从而减少混凝土水化温升和塑性收缩，同时节约工程成本。
影响混凝土单位用水量的因素很多，如骨料最大粒径、拌合物坍落度、外加剂、掺和料掺量、砂石品质级配、骨料最大粒径、水泥需水性及使用外加剂情况等。所以，优选原材料尤为重要，可以通过选择水泥品种、合适骨料级配、砂率、掺合料品种掺量、优质的外加剂等来降低单位用水量。
⑴水泥品种
从材料试验的角度来讲，选择比表面积适中，水泥需水量小，水化热较低的水泥配制混凝土，有利于混凝土的温控和防裂。
例如某工程需在高温季节浇筑C25泵送混凝土，若使用中热水泥和萘系高效减水剂，水泥用量将达到303kg/m3，混凝土最高温度将超过设计标准，为了降低水泥用量，减少水化热温升，使用了低热水泥和新一代聚羧酸类高性能减水剂。中、低热水泥现场绝热温升试验数据见表1。
由表1可知，中、低热42.5级水泥混凝土最高温度分别为32.0℃、32.2℃，距温度计埋设时间均为19d，虽然2个品种水泥混凝土的最高温度和最高温度发生时间基本相同，但低热水泥混凝土前10d温度比中热水泥混凝土低（2～3）℃，14d后中低热水泥混凝土温度才基本持平，大体积混凝土在采用冷却通水温控措施下，最高温度一般在开仓后（3～5）d出现，因此，低热水泥混凝土前期温度低的特点对控制混凝土最高温度，防止产生温度裂缝是有利的。以聚羧酸类为主流的新一代混凝土超塑化剂特别适合配制对混凝土耐久性、流态、坍落度、强度以及外观质量要求高的工程，在某大坝C25F250W10泵送混凝土中应用后，水泥用量由303kg减少到271kg，对混凝土高温季节温控防裂起到了重要作用。
通过分析现场施工仓面温度监测成果：施工采用低热42.5水泥的部位栓最高温度在（19.9-22.8）℃之间，最高温升发生在开仓后（4.8—5.6）d；施工采用中热42.5水泥的部位栓最高温度在（27.4～29.8）℃之间，最高温升发生在开仓后3d；施工采用普通42.5水泥的部位碇最高温度为31.1℃，最高温升发生在开仓后3d。由此可见使用中、低热水泥降低了混凝土水化热，能有效减少混凝土的绝对温升，防止混凝土因内外温差过大产生拉应力造成温度裂缝，因此，对于温控和防裂混凝土，宜选择中、低热水泥。
（2）粉煤灰品种及掺量
在设计要求内尽可能增大粉煤灰掺量，在混凝土中掺一定量的优质粉煤灰能等量取代水泥来减少用水量。在混凝土中掺一定量的粉煤灰能等量取代水泥来减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的水化热温升，并延缓混凝土水化热，对防止大体积混凝土开裂起到了很好的作用。掺入优质I级粉煤灰，其细小颗粒在混凝土中产生的滚珠效应，能起到减水、延缓水化热发生、减少泌水和离析等作用。资料表明，优质粉煤灰取代20%的水泥可降低（5～10）kg单位用水量，7天内水化热下降11%，取代40%的水泥时可降低（10～20）kg单位用水量，7天内水化热下降25%，可有效降低混凝土的早期温升，从而可减少混凝土温差收缩=粉煤灰的掺入对混凝土的温控是有利的，为了验证大掺量粉煤灰是否对混凝土的力学性能带来不利的影响，我们进行了以下试验。
在水泥胶砂水胶比、用水量不变的情况下，不同粉煤灰掺量下的水泥胶砂强度的关系图见图1。
从图1的试验曲线可以看出，用粉煤灰取代部分水泥，对水泥胶砂早期强度影响较大，而后期强度，特别是90d龄期强度随粉煤灰的掺量变化的幅度不多，可以认为基本保持一致，这种现象主要表现为粉煤灰的后期效应。
在水胶比为0.50情况，不同粉煤灰掺量与混凝土强度及强度发展系数的试验成果见表2。
从试验成果可以看出，粉煤灰的掺量越大，早期强度发展系数就越低，后期强度发展系数就越高，同样体现了粉煤灰的后期效应。需要说明的是，在混凝土中掺入粉煤灰，有两个方面的作用，一方面粉煤灰作为活性的胶凝材料的组成部分，另一方面粉煤灰也可以作为惰性的掺和料。影响混凝土强度的主要因素是水胶比，粉煤灰的掺量对混凝土早期强度影响较大，对混凝土后期强度并不敏感，影响不大。
⑶优选好的减水剂
选用性能优越的外加剂来减少单位用水量。好的外加剂有缓凝保坍、增塑、高效减水等性能。萘系缓凝高效减水剂的一般减水率在20%左右，而聚羧酸类的减水剂可达30%以上，可大大降低了单位用水量及胶凝材料。缓凝型外加剂还能使水泥水化速度减慢，延缓混凝土中温峰的出现时间，降低温峰的峰值，减小升温幅度从而有效控制了混凝土的绝对温升。
2.1.2水胶比——满足工程设计和耐久性要求经济合理
在原材料的品种、质量和其它条件不变的情况下，水胶比的大小直接影响混凝土的强度和耐久性。水胶比较小时，混凝土的强度、密实度及耐久性较高，但耗用水泥较多，混凝土发热量也较大。因此，确定水胶比的原则是：在满足强度及耐久性
要求的前提下，尽可能选用较大的水胶比，以节约水泥并满足大体积混凝土的低热性要求。对于强度及耐久性要求较低的混凝土，在确定水胶比时，还需要考虑混凝土的和易性，不宜选用过大的水胶比。因为水胶比过大（大于0.75）时，混凝土拌和物的粘聚性及保水性难以得到满足，将会影响混凝土质量并给施工造成困难。
确定水胶比从以下几个方面考虑：根据使用工程原材料进行试验所建立的混凝土强度与水胶比的关系曲线，求得满足强度要求的水胶比。根据耐久性试验得到满足耐久性要求的水胶比。施工规范或设计要求规定的水胶比最大允许值。根据以上限定条件选得到的水胶比最小值，便能同时满足强度及耐久性要求，且综合考虑经济合理的要求。
2.1.3砂率一反映砂和石子的关系，要适宜可调
砂率对混凝土和易性有较大影响。砂率太小，则拌和物中起润滑作用的砂浆数量较少，混凝土流动性较差，同时，砂率过小的混凝土在水胶比较大的情况下容易产生离析、流浆现象。砂率过大，骨料总的比表面积大幅增加，需要包裹的浆体的数量也增多，浆体的数量将显得过少，混凝土拌和物的流动性变差，混凝土塑性、内聚性变差，混凝土易分解。在设计好的配合比中，其含砂率应当是合理砂率（也称最佳砂率）。以下几种情况要减少砂率：
(1)石子最大粒径较大、级配较好、表面光滑时，合理砂率较小。
(2)砂细度模数较小时，混凝土的粘聚性容易得到保证，合理砂率较小。
(3)水胶比较小或混凝土中掺有使拌和物粘聚性得到改善的掺和料(如粉煤灰、硅粉等)时，水泥浆粘稠，混凝土粘聚性较好，则合理砂率较小。
(4)当掺用引气剂或减水剂时，合理砂率可适当减小。
(5)设计要求的混凝土流动性较大时，混凝土合理砂率较大；反之，当混凝土流动性较小时，可用较小的砂率。
2.2突出特殊性一-根据工程特点有针对性
根据工程特点和气候特征，有针对性的进行配合比设计。比如高寒高海拔区，昼夜温差大，对混凝土材料要求很高，配合比设计要侧重于抗裂方面考虑，原材料可添加合成纤维，减缩剂等，配合比参数可适当增加掺合料掺量；比如高拱坝，其对混凝土变形性能要求很高，在配合比设计时可使用硅酸二钙、铁铝酸四钙高的水泥，可提高混凝土的后期韧性及抗拉性能。对于重力坝，在配合比设计方面要尽可能减少大体积混凝土胶凝材料，增大粉煤灰掺量提高混凝土后期强度。对于大理石岩性骨料地区，骨料破碎时容易产生石粉，在骨料运输中易出现裹粉现象，配合比设计过程中可考虑适当减少砂率。总之，混凝土配合比选用不是套用公式和经验一成不变，它需要根据不同工程的不同特性来设计。
3设计关键步骤
3.1收集工程资料
配合比设计时应收集相关工程资料，确保相关混凝土技术要求准确无误。需收集的资料主要有：
(1)工程的招标、投标文件
在工程的招投标文件中，对各种部位混凝土相关技术指标及要求均会有详细说明，如混凝土强度等级及保证率，混凝土抗渗等级、抗冻等级及其他性能指标，混凝土限制水胶比及最大粉煤灰掺量等，以及主要或重要部位参考配合比。这是配合比设计的前提。
⑵糊单位研究报告
大型工程在进行施工配合比设计试验前，往往会委托1～2家科研单位对备选原材料性能、主要部位的混凝土性能进行相关研究试验，并会根据研究成果推荐参考的配合比。其内容往往较为全面，可作为编写试验方案时的重要参考资料。
⑶其它单位施工配合比报告
大型项目主体工程施工往往选择至少2家施工单位进行，如另一家施工单位已先行开展配合比设计工作，应尽可能收集相关报告，作为编制试验方案的参考依据。与科研单位研究报告相比，其结果更接近工程实际情况。
(4)其它类似工程资料应收集一些类似工程的配合比资料，在编写试验方案时可参考。通过收集的资料，明确混凝土技术要求和材料的基本性能。
3.2编制配合比设计方案
配合比设计方案包括：
(1)原材料优选，即不同品种厂家的原材料的性能指标，为后期进行不同材料的组合及优选试验做准备。
(2)配合比参数选定，即配合比的三个基本参数：水胶比、单位用水量、砂率的确定方法。
(3)不同材料组合混凝土性能试验
主要是大工程的材料供应需多个备选方案，通过设计不同的材料的组合方案来为工程的配合比提供强有力的保证。
(4)试验材料及试验周期计划。
3.3配合比设计试验及现场复核
根据方案进行工程配合比设计试验，综合分析拌和物和硬化试件的试验结果，从而确定室内配合比。配合比复核是对确定的混凝土配合比进行验证。配合比复核包括两个方面，_是配合比室内复核，二是配合比现场复核(工艺试验)。验证重要指标是否与室内结果符合，通过复核，确定用于现场的最终施工配合比。
3.4加强质量控制及检测数据分析，及时优化调整
工程质量要从源头抓起，对于混凝土而言，原材料和工艺的波动都会影响混凝土的结果，必须对配合比进行调整，如果波动较大，则需要重新进行设计试验，然而，重新设计往往周期较长，会影响现场施工进度，同时由于施工不连续也会造成新的质量隐患，所以保持生产过程材料及工艺稳定尤为重要。
第一，首先控制好工程原材料质量，严把进场检测。
第二，加强现场混凝土生产过程原材料和拌合物检测试验，适当提高频次，及时调整配合比，如果能做些研究工作，实现混凝土生产过程检测智能化，及时掌握每盘混凝土的质量信息，对每一盘混凝土进行调整，既可以最大限度节省原材料，也可以保证混凝土品质的均匀性，提高混凝土结构的耐久性。
第三，工程施工过程加强现场质量控制数据的统计分析，及时对配合比进行优化调整。可以通过混凝土配合比优化来降低胶材总量，减少混凝土水化温升，还可以节省工程造价。
4总结
总之，混凝土配合比设计要结合原材料情况有针对性、预见性，配合现场施工工艺，因地制宜的设计出符合工程特性的配合比，最大限度的为工程质量提供强有力的保证。
做好混凝土配合比设计和现场质量控制，既可以提高混凝土工程施工质量，也可以最大限度降低成本。配合比设计是一项经验性极强的技术工作，虽然都有明确细致的设计规程，但每个工程的情况都不一样，不同的试验技术人员设计的配合比不尽相同，项目部在选择试验团队时应特别考虑设计试验团队的经验与工作经历。
除此以外，施工项目部还应高度重视原材料供应与生产工艺，不可马虎对待。
配合比设计的保证系数是根据工程前期混凝土原材料和施工工艺水平确定的，保证系数选取较大，容易产生强度富余较多，变异系数大，不经济合理，也不利于大体积混凝土温控。_旦从经济和温控角度出发选择较小的保证系数时，相应的混凝土原材料质量、施工工艺也要控制严格，才能生产出又经济合理又满足施工高质量要求的混凝土。否则，原材料供应与生产工艺的频繁变动，超出配合比设计的保证系数，会增大混凝土质量失控的风险，将严重影响工程质量与成本。
