3.2.1 混凝土的制備

混凝土制備技術主要包括計算混凝土的強度以及準備混凝土的配料。混凝土的制備屬于混凝土工程中的一個重要的環節，而施工前的準備工作又是混凝土制備能否成功的很重要的因素。混凝土的施工準備包括材料的準備、機具的準備以及作業條件的考查。材料的準備包括原材料的選擇、混凝土配合比的確定等方面的內容。混凝土結構施工宜采用預拌混凝土。

1．原材料的選擇

普通混凝土的組成材料有水泥、水、砂子、石子。砂子、石子在混凝土中起到骨架作用，抑制了混凝土的收縮。水泥和水構成水泥漿，水泥漿包裹在砂粒的表面并填充砂粒間的空隙而形成水泥砂漿，水泥砂漿又包裹石子表面并填充石子間的空隙，形成混凝土。水泥漿凝結硬化前起填充、潤滑、包裹的作用，凝結硬化后起膠結作用。

2．混凝土配合比的確定

混凝土配合比指的是混凝土組成材料中各組成材料（水泥、水、砂子和石子）的用量之比。

（1）配合比的表示方法

通常用1m3混凝土各材料的質量來表示，如1m3混凝土中，水泥300kg，水180kg，砂子720kg，石子2400kg；或以各種組成材料用量的比例來表示：水泥∶砂∶石＝1∶2.4∶4，水灰比為0.60，其中水泥為300kg。

（2）普通混凝土設計的基本要求

1）滿足混凝土拌和物和易性的要求；

2）滿足結構要求的強度等級；

3）滿足與使用環境相適應的耐久性要求。

（3）配合比設計的三個重要參數

1）水灰比W／C：表示水與水泥的用量之比；

2）單位用水量：指的是1m3混凝土中水的用量；

3）砂率∶砂所占的體積與砂、石總體積的百分比。其公式為

（4）普通混凝土配合比設計的步驟

1）初步配合比的設計：主要是利用經驗公式或經驗資料而獲得的初步配合比。

①確定水灰比W／C：水灰比的大小直接影響混凝土的強度和耐久性。因此，確定水灰比應分別根據強度和耐久性兩方面來考慮。

a．求滿足強度要求的水灰比（W／C）1：

式中：fcu, o ——混凝土的配置強度；

fcu, k ——混凝土的設計強度；

σ——混凝土強度標準差，可查表3-6。

b．求滿足耐久性要求的水灰比（W／C）2：

主要是根據結構的類型以及使用環境，查表3-7可求得該環境下結構的最大水灰比（W／C）2，即為滿足耐久性要求的水灰比。

②確定單位用水量mwo：

單位用水量是指1m3混凝土中水的用量，主要控制了混凝土拌和物的流動性，而流動性主要用坍落度來表示。單位用水量是根據混凝土施工要求的坍落度（如表3-8所示）和已知的粗顆粒的種類以及最大粒徑Dmax（如表3-9所示）來確定的。

③確定混凝土的單位水泥用量mco。

單位水泥用量是指1m3混凝土中水泥的用量。根據水灰地W／C，通過mco＝mwo／（W／O），再根據結構的類型和使用的環境，確定混凝土的最小水泥用量，最后取兩者的較大值作為單位水泥用量mco。

④確定混凝土的砂率βs：

確定砂率的原則是以砂來填充石子的空隙，并稍有富余。砂率主要根據水灰比、骨料的類型（卵石或碎石）以及最大粒徑來確定。

⑤體積法確定1m3混凝土中砂、石的用量mso、mgo：

假定混凝土拌合物的總體積（1m3）等于各組成材料的絕對體積以及拌和物中所含空氣的體積之和，則

式中：ρc, ρw——水泥、水的密度（kg／m3）；

ρs , ρg ——砂、石的表觀密度（kg／m3）；

α——混凝土含氣百分數，無外加劑時取1。

通過上述五步，我們求出了單位體積（1m3）混凝土中水泥、水、砂和石的用量分別為mco、mwo、mso和mgo，最終得到混凝土的初步配合比為水泥、水、砂和石的用量之比，為mco∶mwo∶mso∶mgo，水灰比W／C＝mwo∶mco。

2）實驗室配合比的設計：由初步配合比出發，經過實驗調整，主要對初步配合比進行和易性的調整及強度的校核。

①和易性的調整：目的是使和易性滿足施工的要求，水灰比滿足強度和耐久性的要求。

②強度的校核：分別用W／C,W／C＋0.05,W／C－0.05三個水灰比，拌制三個混凝土試樣，測量其28d的抗壓強度值，判斷是否滿足強度的要求。強度的驗證公式為

經和易性的調整和強度校核后，可以計算出實驗室調整后的1m3混凝土中各材料的用量：

其中，mcb,mwb,msb,mgb表示實驗室調整后，水泥、水、砂和石的實際拌和量；ρc, t表示實驗室調整后混凝土的實測表觀密度；Csh,Wsh,Ssh,Gsh分別表示實驗室調整后，1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量。

3）施工配合比的設計：考慮砂、石的含水率，計算出滿足施工要求的配合比。

混凝土施工配合比的調整：實驗室所確定的混凝土配合比，其和易性不一定能與實際施工條件完全適合，或當施工設備、運輸方法或運輸距離、施工氣候等條件發生變化時，所要求的混凝土坍落度也隨之改變。為保證混凝土和易性符合施工要求，需將混凝土含水率及用水量做適當調整（保持水灰比不變）。

在一般情況下，砂、石中含有一定的水，設砂的含水率為a%，石的含水率為b%，則施工配合比為：

水泥：C′＝Csh；

砂：S′＝Ssh（1＋a%）；

石：G′＝Gsh（1＋b%）；

水：W′＝Wsh－Ssh×a%－Gsh×b%。

3．混凝土制備應符合的規定

混凝土制備應符合下列規定：

1）預拌混凝土應符合現行國家標準《預拌混凝土》（GB／T 14902—2012）的有關規定；

2）現場攪拌混凝土宜采用具有自動計量裝置的設備集中攪拌；

3）當不具備以上兩條規定的條件時，應采用符合現行國家標準《混凝土攪拌機》（GB／T 9142—2000）的攪拌機進行攪拌，并應配備計量裝置。