一、混凝土配合比设计基本要求
混凝土配合比是指1m3混凝土中各组成材料的用量，或各组成材料之重量比。配合比设计的目的是为满足以下四项基本要求：
1．满足施工要求的和易性。
2．满足设计的强度等级，并具有95%的保证率。
3．满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求。
4．经济合理，最大限度节约水泥，降低混凝土成本。
二、混凝土配合比设计中的三个基本参数
为了达到混凝土配合设计的四项基本要求，关键是要控制好水灰比（W/C）、单位用量（W0）和砂率（Sp）三个基本参数。这三个基本参数的确定原则如下：
1．水灰比。
水灰比根据设计要求的混凝土强度和耐久性确定。确定原则为：在满足混凝土设计强度和耐久性的基础上，选用较大水灰比，以节约水泥，降低混凝土成本。
2．单位用水量。
单位用水量主要根据坍落度要求和粗骨料品种、最大粒径确定。确定原则为：在满足施工和易性的基础上，尽量选用较小的单位用水量，以节约水泥。因为当W/C一定时，用水量越大，所需水泥用量也越大。
3．砂率。
合理砂率的确定原则为：砂子的用量填满石子的空隙略有富余。砂率对混凝土和易性、强度和耐久性影响很大，也直接影响水泥用量，故应尽可能选用最优砂率，并根据砂子细度模数、坍落度要求等加以调整，有条件时宜通过试验确定。
三、混凝土配合比设计方法和原理
混凝土配合比设计的基本方法有两种：一是体积法（又称绝对体积法）；二是重量法（又称假定表观密度法），基本原理如下：
1. 体积法基本原理。体积法的基本原理为混凝土的总体积等于砂子、石子、水、水泥体积及混凝土中所含的少量空气体积之总和。若以Vh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk分别表示混凝土、水泥、水、砂、石子、空气的体积，则有：
（4-32）
若以C0、W0、S0、G0分别表示1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量（kg），以
分别表示水、水泥的密度和砂、石子的表观密度（g/cm3），10 表示混凝土中空气体积，则上式可改为：
（4-33）
式中， 为混凝土含气量百分率（%），在不使用引气型外加剂时，可取a=1。
2. 重量法基本原理。重量法基本原理为混凝土的总重量等于各组成材料重量之和。当混凝土所用原材料和三项基本参数确定后，混凝土的表观密度（即1m3混凝土的重量）接近某一定值。若预先能假定出混凝土表观密度，则有：
（4-34）
式中
为1m3为混凝土的重量（kg），即混凝土的表观密度。可根据原材料、和易性、强度等级等信息在2350～2450kg/m3之间选用。
混凝土配合比设计中砂、石料用量指的是干燥状态下的重量。水工、港工、交通系统常采用饱和面干状态下的重量。
四、混凝土配合比设计步骤
混凝土配合比设计步骤为：首先根据原始技术资料计算“初步计算配合比”；然后经试配调整获得满足和易性要求的“基准配合比”；再经强度和耐久性检验定出满足设计要求、施工要求和经济合理的“试验室配合比”；最后根据施工现场砂、石料的含水率换算成“施工配合比”。
（一）初步计算配合比计算步骤
1．计算混凝土配制强度（
）。
（4-35）
2．根据配制强度和耐久性要求计算水灰比（W/C）。
（1）根据强度要求计算水灰比。
由式
：
，则有：
（2）根据耐久性要求查表4-18，得最大水灰比限值。
（3）比较强度要求水灰比和耐久性要求水灰比，取两者中的最小值。
3．根据施工要求的坍落度和骨料品种、粒径、由表4-12选取每立方米混凝土的用水量（W0）。
4．计算每立方米混凝土的水泥用量（C0）。
（1）计算水泥用量
：
（2）查表4-18，复核是否满足耐久性要求的最小水泥用量，取两者中的较大值。
5．确定合理砂率（Sp）。
（1）可根据骨料品种、粒径及W/C查表4-13选取。实际选用时可采用内插法，并根据附加说明进行修正。
（2）在有条件时，可通过试验确定最优砂率。
6．计算砂、石用量（S0、G0），并确定初步计算配合比。
（1）重量法：
（4-36）
（2）体积法：
（4-37）
（3）配合比的表达方式：
① 根据上述方法求得的C0、W0、S0、G0，直接以每立方米混凝土材料的用量（kg）表示。
② 根据各材料用量间的比例关系表示：C0：S0：G0＝1：S0/C0：G0/C0，再加上W/C值。
（二）基准配合比和试验室配合比的确定
初步计算配合比是根据经验公式和经验图表估算而得，因此不一定符合实际情况，必经通过试拌验证。当不符合设计要求时，需通过调整使和易性满足施工要求，使W/C满足强度和耐久性要求。
1．和易性调整——确定基准配合比。根据初步计算配合比配成混凝土拌合物，先测定混凝土坍落度，同时观察粘聚性和保水性。如不符合要求，按下列原则进行调整：
（1）当坍落度小于设计要求时，可在保持水灰比不变的情况下，增加用水量和相应的水泥用量（水泥浆）。
（2）当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的情况下，增加砂、石用量（相当于减少水泥浆用量）。
（3）当粘聚性和保水性不良时（通常是砂率不足），可适当增加砂用量，即增大砂率。
（4）当拌合物显得砂浆量过多时，可单独加入适量石子，即降低砂率。
在混凝土和易性满足要求后，测定拌合物的实际表观密度（
），并按下式计算每1m3混凝土的各材料用量——即基准配合比：
令：A＝C拌+W拌+S拌+G拌
则有：
（4-38）
式中：
A——试拌调整后，各材料的实际总用量（kg）；
——混凝土的实测表观密度（kg/m3）；
C拌、W拌、S拌、G拌——试拌调整后，水泥、水、砂子、石子实际拌合用量（kg）；
Cj、Wj、Sj、Gj——基准配合比中1m3混凝土的各材料用量（kg）。
如果初步计算配合比和易性完全满足要求而无需调整，也必须测定实际混凝土拌合物的表观密度，并利用上式计算Cj、Wj、Sj、Gj。否则将出现“负方”或“超方”现象。亦即初步计算1m3混凝土，在实际拌制时，少于或多于1m3。当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，则初步计算配合比即为基准配合比，无需调整。
2．强度和耐久性复核——确定试验室配合比。根据和易性满足要求的基准配合比和水灰比，配制一组混凝土试件；并保持用水量不变，水灰比分别增加和减少0.05再配制二组混凝土试件，用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。制作混凝土强度试件时，应同时检验混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性和表观密度，并以此结果代表相应配合比的混凝土拌合物的性能。
三组试件经标准养护28天，测定抗压强度，以三组试件的强度和相应灰水比作图，确定与配制强度相对应的灰水比，并重新计算水泥和砂石用量。当对混凝土的抗渗、抗冻等耐久性指标有要求时，则制作相应试件进行检验。强度和耐久性均合格的水灰比对应的配合比，称为混凝土试验室配合比。计作C、W、S、G。
（三）施工配合比
试验室配合比是以干燥（或饱和面干）材料为基准计算而得，但现场施工所用的砂、石料常含有一定水分，因此，在现场配料前，必须先测定砂石料的实际含水率，在用水量中将砂石带入的水扣除，并相应增加砂石料的称量值。设砂的含水率为a%；石子的含水率为b%，则施工配合比按下列各式计算：
[例4-4] 某框架结构钢筋混凝土，混凝土设计强度等级为C30，现场机械搅拌，机械振捣成型，混凝土坍落度要求为50～70mm，并根据施工单位的管理水平和历史统计资料，混凝土强度标准差 取4.0MPa。所用原材料如下：
水泥：普通硅酸盐水泥32.5级，密度 =3.1，水泥强度富余系数Kc=1.12；
砂：河砂Mx=2.4，Ⅱ级配区， =2.65g/cm3；
石子：碎石，Dmax=40mm，连续级配，级配良好， =2.70g/cm3；
水：自来水。
求：混凝土初步计算配合比。
[解] 1. 确定混凝土配制强度（
）。
＝
+1.645a ＝30+1.645×4.0＝36.58（MPa）
2. 确定水灰比（W/C）。
（1）根据强度要求计算水灰比（W/C）：
（2）根据耐久性要求确定水灰比（W/C）：
由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，对水灰比无限制，故取满足强度要求的水灰比即可。
3. 确定用水量（W0）。
查表4-12可知，坍落度55～70mm时，用水量185kg；
4. 计算水泥用量（C0）。
根据表4-18，满足耐久性对水泥用量的最小要求。
5．确定砂率（Sp）。
参照表4-13，通过插值（内插法）计算，取砂率Sp=32% 。
6．计算砂、石用量（S0、G0）。
采用体积法计算，因无引气剂，取a＝1。
解上述联立方程得：S0=577kg； G0=1227kg。
因此，该混凝土初步计算配合为：C0=411kg，W0=185kg，S0=577kg，G0=1227kg。或者：C：S：G=1：1.40：2.99，W/C=0.45
[例4-5] 承上题，根据初步计算配合比，称取12L各材料用量进行混凝土和易性试拌调整。测得混凝土坍落度T=20mm，小于设计要求，增加5%的水泥和水，重新搅拌测得坍落度为65mm，且粘聚性和保水性均满足设计要求，并测得混凝土表观密度kg/m3，求基准配合比。又经混凝土强度试验，恰好满足设计要求，已知现场施工所用砂含水率4.5%，石子含水率1.0%，求施工配合比。
[解] 1. 基准配合比：
（1）根据初步计算配合比计算12L各材料用量为：
C=4.932kg，W=2.220kg，S=6.92kg，G=14.72kg
（2）增加5%的水泥和水用量为：
ΔC＝0.247kg，ΔW＝0.111kg
（3）各材料总用量为；
A＝（4.932+0.247）+（2.220+0.111）+6.92+14.92＝29.35（kg）
（4）根据式（4－38）计算得基准配合比为：Cj=422，Wj=190，Sj=564，Gj=1215。
2．施工配合比：
根据题意，试验室配合比等于基准配合比，则施工配合比为：
C＝Cj＝422kg
S=564×（1+4.5%）＝589kg
G＝1215×（1+1%）＝1227kg
W＝190-564×4.5%-1215×1%＝152kg
［例4-6］ 承上题求得的混凝土基准配合比，若掺入减水率为18%的高效减水剂，并保持混凝土落度和强度不变，实测混凝土表观密度ρh＝2400kg/m3。求掺减水剂后混凝土的配合比。1m3混凝土节约水泥多少千克？
[解] （1）减水率18%，则实际需水量为：
W＝190-190×18%＝156kg
（2）保持强度不变，即保持水灰比不变，则实际水泥用量为：
C=156/0.45=347kg
（3）掺减水剂后混凝土配合比如下：
各材料总用量＝347+156+564+1215=2282
∴ 实际每立方米混凝土节约水泥：422-365=57kg。
