6.4.4 普通混凝土配合比设计方法及步骤
在混凝土配合比设计时，一般先计算出基本满足强度和耐久性要求的“初步配合比”；然后经实配、检测，进行和易性的调整，对配合比进行修正得出“基准配合比”；再通过对水胶比的微量调整，在满足设计强度的前提下，确定胶凝材料用量最少的配合比为“实验室配合比”；最后，再根据施工现场骨料的含水情况计算出“施工配合比”。
6.4.4.1 计算初步配合比
（1）确定配制强度fcu，0 计算公式如下：
fcu，0=fcu，k+1.645σ （6.18）
（2）确定水胶比（W/B） 当混凝土强度等级小于C60时，由混凝土强度公式6.4，可推导出满足强度要求的水胶比。
根据上式求得的水胶比还要满足为保证混凝土耐久性的最大水胶比相关规定。
（3）确定1m3混凝土的用水量（mw0） 根据混凝土施工要求的坍落度（表6.13）及所用骨料的品种、最大粒径等因素，参考表6.14选用1m3混凝土的用水量。
对于流动性（拌合物坍落度为100～150mm的混凝土）和大流动性混凝土（拌合物坍落度不低于160mm的混凝土），其用水量按下列步骤计算：
1）以表6.14中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm，用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时混凝土的用水量；
2）掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算：
mw0=mw0′（1-β） （6.20）
式中 mw0——掺外加剂混凝土每立方米混凝土中的用水量，kg；
mw0′——未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量，kg；
β——外加剂的减水率/％；应经混凝土试验确定。
（4）确定1m3混凝土的胶凝材料用量（mb0） 根据水胶比（W/B）和1m3混凝土的用水量（mw0），可求得胶凝材料用量（mb0）为：
为了保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的胶凝材料用量还要满足表6.19中胶凝材料用量的要求，否则应在表6.19规定的范围内取值。
（5）确定1m3混凝土的矿物掺合料用量（mf0） 计算公式如下：
mf0=mb0βf （6.22）
式中 mf0——计算配合比每立方混凝土中矿物掺合料用量（kg）；
βf——矿物掺合料掺量/％，可结合表6.17确定。
（6）确定1m3混凝土的水泥用量（mc0） 计算公式如下：
mc0=mb0-mf0 （6.23）
（7）选取合理的砂率（βs） 由于影响砂率的因素较多，一般应通过试验找出合理砂率。具体方法是：根据粗骨料的种类、规格及混凝土的水灰比，参考表6.15给出的砂率范围选定几个砂率，在胶凝材料用量及用水量相同的条件下，拌制几种不同砂率的拌合物，分别测定它们的坍落度值（黏聚性和保水性应良好），然后做出如图6.5所示的坍落度与砂率关系曲线，从中选出合理砂率值。
在未经试验的情况下选定砂率时，也可以直接从表6.15给出的砂率范围，按下面的情况适当选取：
1）当石子最大粒径较大、级配较好、表面较光滑时，可采用较小的砂率；
2）砂的细度模数较小时，可采用较小的砂率；
3）水灰比较小，水泥浆稠度较大，可采用较小的砂率；
4）施工要求的流动性较大时，因拌合物易出现离析现象，应采用较大的砂率；
5）当掺用引气剂或塑化剂等外加剂时，可适当减小砂率。
另外，还可用计算方法来确定砂率。计算方法是假定混凝土中砂的用量应填满石子间的空隙并略有剩余。根据此原则可得出砂率计算公式如下：
将V0s′=V0g′·P′代入上式得：
式中 βs——砂率，％；
ms0、mg0——分别为1m3混凝土中砂子、石子的用量，kg；
V0s′、V0g′——分别为砂子、石子的堆积体积，m3；
ρ0s′、ρ0g′——分别为砂子、石子的堆积密度，kg/m3；
P′——石子的空隙率，％；
α——砂子剩余系数，又称拨开系数，一般取1.1～1.4。
（8）计算1m3混凝土中砂子的用量（ms0）、石子的用量（mg0）
1）体积法。体积法是假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料的绝对体积和所含空气的体积之和，据此可列出下式：
式中 mc0、mw0——分别为1m3混凝土中的水泥、水的用量，kg；
ms0、mg0——分别为1m3混凝土中的砂子、石子的用量，kg；
ρc、ρw——分别为水泥、水的密度，kg/m3；
ρ0s、ρ0g——分别为砂子、石子的表观密度，kg/m3；
α——混凝土含气百分数，％。在不使用引气型外加剂时，α可取1.0。又根据已知砂率的计算公式：
将式6.24（或式6.26）和式6.25联立，即可求出1m3混凝土中砂子的用量（ms0）和石子的用量（mg0）。
2）质量法。假定混凝土拌合物的体积密度mcp为一个定值，可得出下式：
mc0+mw0+ms0+mg0=mcp （6.27）
式中 mcp——混凝土拌合物的假定体积密度，可根据经验取2350～2450kg/m3。
将式6.24和式6.25联立，可求出1m3混凝土中砂子的用量（mso）和石子的用量（mgo）的用量。
通过以上步骤即可将1m3混凝土中水泥、水、砂子和石子的用量全部求出，得到混凝土的“初步配合比”。需要注意的是，配合比设计应采用工程实际使用的原材料。配合比设计所采用的细骨料含水率应小于0.5％，粗骨料含水率应小于0.2％。如集料为其他含水状态，则应做相应的修正。
（9）计算1m3混凝土中外加剂用量（ma0） 计算公式如下：
ma0=mb0βa （6.28）
式中 ma0——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量，kg/m3；
mb0——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，kg/m3；
βa——外加剂掺量，％；应经混凝土试验确定。
6.4.4.2 基准配合比的确定
混凝土的初步配合比是根据经验公式、图表等估算而得出，因此不一定能满足实际工程的和易性要求，应进行试配与调整，直到混凝土拌合物的和易性满足要求为止，此时得出的配合比即混凝土的基准配合比，它可作为检验混凝土强度之用。
混凝土试配时，每盘混凝土的最小拌和量为：骨料最大粒径小于或等于31.5mm时为15L；最大粒径为40mm时为25L；同时，当采用机械搅拌时，搅拌量应不小于搅拌机额定搅拌量的1/4。
按初步配合比称取适量的试配材料，将拌合物搅拌均匀后，测定其坍落度，并检验其黏聚性和保水性。
当坍落度比设计要求值大或小时，可以保持水灰比不变，相应地减少或增加水泥浆用量。对于普通混凝土每增加（减少）10mm坍落度，需增加（减少）2％～5％的水泥浆；当坍落度比要求值大时，除上述方法外，还可以在保持砂率不变的情况下，增加集料用量；若坍落度值大，且拌合物黏聚性、保水性差时，可减少水泥浆、增大砂率（保持砂石总量不变，增加砂子用量，相应减少石子用量），这样反复测试，直至和易性满足要求为止。
当试拌工作完成后，记录好调整后的各种材料用量并测出混凝土拌合物实测体积密度ρc，t，并计算出1m3混凝土中各拌合物的实际用量，即为和易性已满足要求的供检验混凝土强度用的“基准配合”。
6.4.4.3 实验室配合比的确定
经过上述的试拌和调整所得出的基准配合比仅仅满足混凝土和易性要求，其强度是否符合要求，还需进一步进行强度检验。
检验混凝土强度时，应采用三组不同的配合比，其中一组为基准配合比，另外两组配合比的水灰比值较基准配合比分别增加和减少0.05，而用水量、砂用量、石用量与基准配合比相同（必要时，可适当调整砂率，砂率可分别增减1％）。需要说明的是，另两组配合比也需试拌、检验、调整和易性，保证三组配合比都满足和易性要求。
三组不同配合比的混凝土标准试件经标准养护28d进行抗压强度试验，从三个抗压强度的代表值中选择一个大于试配强度、水泥用量又少的配合比，作为满足强度要求所需的配合比，并按下列原则确定每立方米混凝土各材料用量：
1）用水量mw——在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定；
2）水泥用量mc——应以用水量mw乘以选定的灰水比计算确定；
3）粗、细骨料用量mg、ms——应在基准配合比的粗、细骨料用量的基础上，按选定的水灰比进行调整后确定。
4）经强度复核之后的配合比，还应根据实测的混凝土拌合物的体积密度和计算体积密度进行校正。
计算体积密度：
ρc，c=mc+ms+mg+mw （6.29）
校正系数为：
当混凝土体积密度实测值ρc，t与计算值之差ρc，c的绝对值不超过计算值的2％时，由以上定出的配合比即为确定的“实验室配合比”；当两者之差超过计算值的2％时，应将配合比中的各项材料用量乘以校正系数δ，即为确定的混凝土“实验室配合比”。
6.4.4.4 换算施工配合比
混凝土配合比是以干燥材料为基准得出的。现场材料的实际称量应按工地砂子、石子的含水情况进行修正，修正后的配合比称为“施工配合比”。
假定工地上砂的含水率为a％，石子的含水率为b％，则施工配合比中1m3混凝土中各项材料实际称量应为：
式中 m′c、m′s、m′g、m′w——分别为施工配合比中1m3混凝土中的水泥、砂子、石子、水的实际称量，kg。
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