[摘要]混凝土配合比设计以及调整是混凝土企业质量管理的一个重要环节。为了统一普通混凝土配合比设计方法，满足设计和施工要求，确保混凝土工程质量且达到经济合理，建设部颁发了行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000。以JGJ-2000为框架，通过参考混凝土相关文献及总结大量混凝土生产企业实际生产经验，充分考虑各种原材料对混凝土配合比的影响，应用工程材料检测系统（通用版）V1.0开发设计了一个实用的混凝土配合比设计程序，即用调整用水量法设计普通砼配合比的计算程序,使混凝土配合比设计这项工作变得非常简单。
[关键词]调整用水量法 普通砼配合比 计算程序
中图分类号：TU5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0720051－02
混凝土广泛用于工业民用建筑，道路桥梁以及水利工程等，无论混凝土用于何种结构，混凝土都必须具有足够的强度即具有承受各种荷载作用的能力，这种荷载来自外界作用的力和结构自重，因此强度是混凝土性能的一个重要指标。在各种结构中混凝土受到各种应力的作用，由于混凝土抗压强度远大于强度，承受压力作用能够发挥它的最好的强度性能，故抗压强度是混凝土最重要的最有用的性能，也是最容易测定的力学性能。本试验就是通过对不同配比的轻骨料混凝土的抗压强度来选择最佳配比。
高强轻骨料混凝土配合比可按普通混凝土配合比设计方法设计，同时既要满足设计强度等级要求，又要满足表观密度等级的标准，所以提高轻骨料混凝土的强度和降低其表观密度等级，是轻骨料混凝土配合比设计的主要原则。故要提高轻骨料混凝土强度和降低轻骨料混凝土表观密度等级。
试验要求：
（1）骨料具有坚强的抗压能力，与水泥胶结性能良好； 因此要采用优质骨料和富水泥用量。
（2）控制坍落度为20cm左右的用水量(加水至坍落度符合要求，记下用水量) 。
（3）混凝土混合物的水灰比应尽可能小，因此要采用干硬性混凝土，同时掺入高效减水剂配合使用，使混凝土在极小的水灰比下能够浇灌密实。
本试验在考虑工程经验的基础上设计如表 1中的配比，其中每组陶粒和砂的用量相同，而用水量随着水泥用量的多少来增加或减少。在确保高强轻骨料混凝土达到《JGJ/T55-96普通混凝土配合比设计规程》的要求下，根据水泥、粉煤灰、矿粉的不同掺量，确定配合比。配合比及抗压强度见表1。
根据表1，选取其中几组配合比进行抗压强度的比较分析。以下为分析内容：
一、水泥掺量对轻骨料混凝土抗压强度的影响
根据配合比及其抗压强度表1，试验所设计的16组配合比中第13组水泥用量为360kg/m3、粉煤灰用量为130kg/m3时3天轻骨料混凝土试块强度为27.7MPa，28天强度为49.1MPa；而第6组水泥用量为390kg/m3、粉煤灰用量为120kg/m3时3天试块强度为38.6MPa，28天强度为53.8MPa。从中可看出随着水泥用量的增加，3天时轻骨料混凝土强度有所提高，而28天的强度虽没有明显变化。这是因为水泥水化早期，粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，增强了硬化浆体的结构强度，并在粉煤灰和水泥浆体界面处形成的粉煤灰水化凝胶的显微硬度大于水泥凝胶的显微硬度，从而改善了混凝土孔结构和增大密实度。即初期由于粉煤灰的“微集料效应”使其结构致密从而提高了混凝土早期强度。水泥水化后期，粉煤灰中的SiO2、Al2O3等硅酸盐玻璃体，与水泥、石灰拌水后产生碱性激发剂Ca(OH)2发生化学反应，生成水化硅酸钙等凝胶，对砂浆起到增强作用。粉煤灰水化反应的产物在粉煤灰玻璃微珠表层交叉连接，对促进砂浆或混凝土强度增长起了重要的作用。即水泥水化后期由于粉煤灰的“火山灰效应”在水泥水化析出的氢氧化钙吸附到粉煤灰颗粒表面的时候开始(即二次水化反应) ，一直可延续到28d以后的相当长时间内，从而使本试验轻骨料混凝土试块在28天时强度变化不大。
同时也可看出当水泥用量达到一定用量时，混凝土强度增加并不明显，此时混凝土强度只取决于页岩陶粒强度，对于一定的陶粒而言，相应有一合适的水泥用量。说明水泥用量超过一定范围后，单纯提高水泥用量并不能显著提高混凝土强度。这是因为当混凝土达到一定强度后,在外力作用下，通常是骨料的破坏先引起混凝土的破坏，使轻骨料的内部结构相对较为疏松。这又说明混凝土强度并不与水泥用量成正比，只有找出水泥用量的最佳范围才可使其强度更高同时使其更具有经济意义。
二、粉煤灰掺量对骨料混凝土抗压强度的影响
由图1、2可以看出粉煤灰掺量对轻骨料混凝土试块的3天抗压强度影响不大，而对28天抗压强度稍有提高，且其无论是早期强度还是后期强度，发展得都比较缓慢。这是由于掺入粉煤灰的水泥水化速度比纯水泥要慢（需要水泥水化产生的Ca(OH)2来激发），水泥熟料水化所析出的Ca(OH)2,通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体的表面，发生化学吸附和侵蚀，并生成水化硅酸钙和水化铝酸钙；当有石膏存在时,随即产生水化硫铝酸钙结晶。大部分水化产物开始以凝胶状出现，随着龄期的增长，逐步转化成纤维状晶体，数量不断增加，相互交叉，形成连锁结构，使后期强度得到较快的增长。由于粉煤灰的球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，在水泥水化3d后的粉煤灰颗粒表面上，几乎没有变化，直到28d才开始初始水化，略有凝胶状的水化产物出现。因而表现为掺粉煤灰的混凝土早期抗压强度较低。相对于纯水泥混凝土，掺入粉煤灰的混凝土，后期抗压强度的增进率较大，主要因为粉煤灰中活性成分与水泥水化生成的氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，不断填充混凝土的孔隙，使混凝土的强度进一步提高。
又因为粉煤灰替代水泥后实际发生水化反应的水泥量减少，使早期水泥水化产物生成量减少，导致混凝土早期强度有所降低，随着时间增加，粉煤灰逐渐发挥活性效应，使混凝土的后期强度增加较快。由于粉煤灰的活性效应、形态效应和微集料效应能够改善水泥的水化环境，提高水化产物的质量，又因本试验选用I级优质粉煤灰的比表面积比水泥的大，密度比水泥的小，一方面可以部分弥补粉煤灰水化慢的缺点，另一方面可以增加浆体体积，提高混凝土工作性和均匀性，因此，粉煤灰在水泥水化后期（28）表现出增强作用。
由图1、2知，本试验中轻骨料混凝土试块的抗压强度随粉煤灰掺量的增加有降低趋势，水泥掺量为400kg/m3、粉煤灰掺量为100kg/m3时28天强度为57.1MPa，而水泥掺量为350kg/m3、粉煤灰掺量为130kg/m3时28天强度为52.9MPa。这是由于本试验中胶凝材料总量不变，当矿粉掺量不变时粉煤灰掺量增加的同时水泥掺量随之降低，从而表现出粉煤灰掺量的增加对提高轻骨料混凝土的强度有降低趋势，这说明轻骨料混凝土的强度与水泥、粉煤灰、矿粉的掺量比例有很大关系。
在混凝土中，粉煤灰的密实填充作用可置换出水泥颗粒间的填充水，使润滑水量增加。粉煤灰发挥其“形态效应”，煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“滚珠轴承作用”，大大改善混凝土的流动性，减少泵送阻力,改善了矿粉的掺入所导致的混凝土粘聚性提高,使混凝土得到最佳的流动性和粘聚性的组合。但掺量超过一定限量后，28天抗压强度会降低，如上图3所示粉煤灰掺量由100kg/m3增大到130kg/m3时轻骨料混凝土试块的强度稍有降低，这是由于粉煤灰含量的增多，粉煤灰颗粒表面需要的吸附水量增加，拌合物的坍落度值降低，粉煤灰与水泥质量之比增大，水泥水化后析出的消石灰相对减少，粉煤灰与之反应生成的水硬性物质减少所致。