秦明昌 晏德鹏 王小刚
(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450000)
1 概述
随着水利水电国际市场的不断开发，国内的水电企业已经陆续走出国门。面对新的市场环境和文化差异，水电企业有机遇也有挑战。其中，规程规范方面的差异在实际工作中所带来的问题，就是施工技术人员所必须面对的。本文就中美两国关于常态混凝土配合比设计方法方面的差异进行比较，希望对国外施工技术人员带来一定的帮助。
2 配合比设计的前期工作
混凝土配合比的选择即是在经济性和工作性，强度，耐久性，密度和表面质量之间寻找平衡。需要的这些性能决定于混凝土浇筑的地点以及浇筑时预计碰到的情况。
在进行混凝土配合比设计时，应收集相关工程设计资料，明确以下设计要求:
1)混凝土强度及保证率;2)混凝土的抗渗等级、抗冻等级及其他性能指标;3)混凝土的工作性;4)骨料最大粒径。
3 配合比选择步骤中的异同
3.1 中国规范中配合比设计的主要步骤
1)根据设计要求的强度和耐久性选定水胶比;2)根据施工要求的工作度和石子最大粒径等选定用水量和砂率，用用水量除以选定的水胶比计算出胶凝材料用量;3)根据体积法或质量法计算砂、石用量;4)通过试验和必要的调整，确定每立方米混凝土各项材料用量和配合比。
3.2 美国规范中配合比设计的主要步骤
1)根据混凝土的暴露等级决定其是否需要引气，再分别针对引气混凝土和无引气混凝土，根据施工要求的工作度和骨料最大粒径初选用水量和含气量;2)根据设计要求的强度和耐久性选定水胶比;3)用用水量除以选定的水胶比，计算出胶凝材料用量。再结合最小水泥用量的限制，选择最大值作为最终的胶凝材料用量;4)根据骨料最大粒径、单位体积混凝土中粗骨料在干燥捣实状态下所占的体积，细骨料的细度模数，粗骨料的捣实容重选定粗骨料用量;5)根据体积法或质量法计算细骨料的用量;6)通过试验和必要的调整，确定每立方米混凝土各项材料用量和配合比。
3.3 中美规范的差异
从3.1部分和3.2部分可以看出，中美规范在配合比选择的步骤中，最大的差别是中国规范中引入了砂率的概念，以确定粗细骨料的用量;而美国规范则没有砂率这个概念，在下文的配合比设计的基本参数中再进行详细的比较。
4 配合比设计的主要参数
4.1 水胶比的选择
水胶比不仅由强度决定，还决定于其他因素如耐久性。因为不同的骨料，水泥和胶凝材料在同样水胶比的情况下一般获得不同的强度，所以针对实际所使用的材料建立强度与水胶比的关系是非常必要的。
4.1.1 中国规范中水胶比的确定
水胶比应根据设计对混凝土强度的要求，通过试验确定。对于大中型工程，应通过试验建立相应的关系曲线，并根据试验结果，选择满足设计技术指标要求的水胶比。同时，水胶比还应满足耐久性要求。
水胶比计算公式:
其中，A，B均为回归系数。回归系数A和B应根据工程所使用的水泥、骨料和通过试验建立水灰比与混凝土强度关系式确定，当不具备上述试验资料时，对碎石混凝土A可取0.48，B可取0.52，对卵石混凝土 A 可取0.50，B 可取0.61;fce为水泥的实际强度，MPa;fcu，0为混凝土施工的配制强度，MPa。
4.1.2 美国规范中水胶比的确定
当无试验资料可用时，对于含有Type 1波特兰水泥(硅酸盐水泥)的混凝土，可以在表1中得到近似和相对固定的数据。用有代表性的材料，在试验室标准养护条件下试验28 d的试块，表1中的水胶比可以得到与之对应的强度。
表1 水灰比或水胶比28 d抗压强度之间的关系
平均强度的选择，应该超出规定强度一定的幅度，以保证以后试验数据在规定的范围之内。
4.2 用水量的选择
用水量与下列因素有关:骨料最大粒径，颗粒形状，骨料级配;混凝土温度;气体引入量;外加剂的运用等。
4.2.1 中国规范中用水量的选定
水胶比在0.40～0.70范围，当无试验资料时，其初选用水量可按表2选取。
4.2.2 美国规范中用水量的选定
表3提供了用不同的骨料最大粒径，有无引气情况下混凝土用水量的预估。根据骨料的特征和形状，用水量可能会高于或低于表中数据，但对初步预估这些数据已经足够精确。
表2 常态混凝土初选用水量 kg/m3
表3 坍落度和骨料公称最大粒径不同时近似用水量和含气量
4.3 骨料的选定
对于良好级配的骨料，公称最大粒径大一些的骨料要比小粒径的所含空隙少。因此，对于单位体积的混凝土而言，大粒径骨料的混凝土需要更少的砂浆。一般的，骨料最大粒径应该在满足建筑物尺寸要求的同时选择最大的。
4.3.1 中国规范中骨料的选定
我国用砂率(砂与粗细骨料的重量比)这一概念来表征砂石用量之间的关系。在配合比设计中，先求出单位体积混凝土中骨料的总重量，再用砂率求出砂、石各自的用量。砂率的取值如表4所示。
表4 常态混凝土砂率初选(中砂) %
同时，规范还指出:对于细砂和粗砂需相应减小或增大砂率;对于坍落度不在10mm～60mm之间的混凝土及掺用外加剂和掺合料的混凝土，其砂率应经试验确定。
4.3.2 美国规范中骨料的选定
ACI的混凝土配比设计方法中并未提出砂率这一概念。其基本思路是通过规定单位体积混凝土中粗骨料所占的体积(用捣实容重表征)确定粗骨料的用量(见表5)，然后用质量法或绝对体积法求出砂的用量(其中粗骨料的体积通过表中的捣实体积和捣实容重及其密度求得)。
表5 单位体积中混凝土粗骨料的体积
以上体积是以配制出工作性适于一般钢筋混凝土结构的经验关系为依据的，对于工作性较小的混凝土，如混凝土路面工程所要求的粗骨料体积可增加10%左右，而工作性较大的，例如用泵送法浇筑时，可减少10%。
4.3.3 中美规范骨料确定方法对比
对于粗骨料，我国规范考虑了卵石与碎石的区别，对于粗骨料的级配则认为其符合规范要求，并指出若为单粒级则砂率应适当增大。这些规定过于笼统，广泛。事实上，砂率取值的大小还与粒形和级配有关。
粗骨料粒形和级配对砂率的影响最终可归结为一个性质:空隙率。无论是粒形还是级配，都是因为其对空隙率的影响而间接对砂率产生影响。把粗骨料的捣实容重与其表观密度相比较我们就可以求得粗骨料的空隙率，从而绕开纷繁复杂的种种细节表征出粗骨料的性质对砂率总的影响。
ACI的方法正是以简单易行的测捣实容重的试验取代了种种复杂而又无法囊括一切的表格和规定，对于粗骨料的各种粒形，好抑或不好的级配均能起到指导作用。
5 结语
中美规范中对于混凝土配合比的选择方法，由于其中参数选择的不同，导致在步骤和计算方法上略有差异。试验人员在实际操作过程当中，应该对两种方法进行比较，选择更有效可行的方法，以配制更适应施工过程中所需要的配合比。
［1］DL/T 5330-2005，水工混凝土配合比设计规程［S］.
［2］Standard Practice for Selecting Proportions for Normal Heavyweight，and Mass Concrete(ACI 211.1-91)Reapproved，1997.
［3］李立权.混凝土配合比设计手册［M］.北京:建筑工业出版社，2008.
