混凝土是我國(guó)建筑行業(yè)中用途最廣、用量最大的建筑材料之一，全國(guó)每年就有數(shù)十億立方米混凝土的需求，而且隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的加大投入，每年的混凝土用量仍呈遞增趨勢(shì)。伴隨混凝土用量的增長(zhǎng)，混凝土專業(yè)技術(shù)人員的增加，混凝土整體質(zhì)量逐年提升，但和國(guó)外相比還存在較大差距，主要體現(xiàn)在混凝土的和易性和耐久性上。這是因區(qū)域的不同用于混凝土生產(chǎn)的原材料質(zhì)量千差萬(wàn)別，而為了應(yīng)付生產(chǎn)，找不到適合的原材料只能以次充好，就以混凝土膠凝材料來(lái)說(shuō)，目前大量用于混凝土生產(chǎn)的膠凝材料是通用硅酸鹽水泥中的普通硅酸鹽水泥，眾所周知，普通硅酸鹽水泥是指由硅酸鹽水泥熟料、5%-20%的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，而混合材是降低水泥材料成本的唯一途徑，所以有些水泥廠為了追求水泥利潤(rùn)，加大混合材的摻加量，遠(yuǎn)超過(guò)20%混合材的限制，而這樣的水泥運(yùn)到混凝土攪拌站后在生產(chǎn)過(guò)程中還要摻加礦物摻合料，對(duì)于混凝土攪拌站來(lái)說(shuō)，并不清楚水泥廠所摻加的混合材的種類和數(shù)量，于是就形成了生產(chǎn)混凝土經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，如水泥和外加劑的適應(yīng)性問題，混凝土滯后泌水，混凝土凝結(jié)時(shí)間不正常，混凝土開裂、碳化加劇等等，大大增加了混凝土生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制的難度。從2000年以來(lái)，國(guó)內(nèi)多家混凝土咨詢單位開始了相關(guān)的技術(shù)研究，具體思路就是做配合比試驗(yàn)，在試驗(yàn)室技術(shù)效果明顯，降低成本的作用比較理想，而一旦投入使用，配制混凝土?xí)r使用的同等級(jí)水泥的用量就會(huì)增加，降低成本的目標(biāo)就會(huì)受挫。最近幾年這項(xiàng)技術(shù)的研究處于停滯狀態(tài)。

    在國(guó)外，歐美國(guó)家屬于發(fā)達(dá)國(guó)家，由于大多數(shù)地區(qū)處于發(fā)達(dá)狀態(tài)，建筑行業(yè)處于相對(duì)穩(wěn)定的循環(huán)經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，建設(shè)總量較小，由于國(guó)外使用的水泥主要為純硅酸鹽水泥，砂石質(zhì)量穩(wěn)定，因此沒有進(jìn)行這方面的研究。

1.建立了配制單位強(qiáng)度混凝土所需水泥量的計(jì)算公式

    水泥強(qiáng)度的檢驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)膠砂試驗(yàn)的方法，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的水泥膠砂試件破型檢驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)砂并沒有破壞，水泥漿體被壓力破壞，因此我們認(rèn)為純水泥漿的強(qiáng)度與膠砂的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度不同。水泥水化形成的強(qiáng)度等于膠砂標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度除以水泥漿在標(biāo)準(zhǔn)膠砂中的體積比。本研究確定了水泥強(qiáng)度與混凝土配制強(qiáng)度之間直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算公式，建立配制單位強(qiáng)度混凝土所需水泥量的計(jì)算公式，這些計(jì)算公式在國(guó)內(nèi)外屬于首創(chuàng)，具體包括以下幾部分：水泥膠砂中水泥體積比的計(jì)算公式1；水泥膠砂中水泥水化形成的強(qiáng)度計(jì)算公式2；水泥膠砂中水泥漿體密度的計(jì)算公式3；提供1MPa強(qiáng)度所需水泥量的計(jì)算公式4；配制強(qiáng)度為f_cuo的混凝土基準(zhǔn)水泥用量的計(jì)算公式5。
    計(jì)算公式1：
    計(jì)算公式2：

    計(jì)算公式3：

    計(jì)算公式4：
    計(jì)算公式 5：

2.建立了摻合料活性和水泥取代系數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算公式

    建立摻合料活性和水泥取代系數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算公式，強(qiáng)度等級(jí)在C10—C60之間的混凝土配制過(guò)程中主要利用粉煤灰和礦渣粉的活性系數(shù)，強(qiáng)度等級(jí)大于C60的混凝土在配制過(guò)程中主要考慮粉煤灰和礦渣粉的活性系數(shù)，硅粉的填充系數(shù)。這些計(jì)算公式在國(guó)內(nèi)外屬于首創(chuàng)，具體包括以下7個(gè)計(jì)算公式：礦渣粉活性系數(shù)的計(jì)算公式6；粉煤灰活性系數(shù)的計(jì)算公式7；硅粉活性系數(shù)計(jì)算公式8；硅粉填充系數(shù)的計(jì)算公式9；水泥填充系數(shù)的計(jì)算公式10；粉煤灰填充系數(shù)的計(jì)算公式11；礦渣粉填充系數(shù)計(jì)算公式12。
    計(jì)算公式6：
    計(jì)算公式7：
    計(jì)算公式8：
    計(jì)算公式9：
    計(jì)算公式10：
    計(jì)算公式11：
    計(jì)算公式12：

3.建立了膠凝材料合理用水量的計(jì)算公式

    為了改善混凝土的耐久性，膠凝材料的最佳水膠比為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量對(duì)應(yīng)的水膠比，凝固后漿體形成的孔結(jié)構(gòu)最合理，抗?jié)B和抗凍效果最佳，建立了膠凝材料合理用水量的計(jì)算公式13，這些計(jì)算公式在國(guó)內(nèi)外屬于獨(dú)創(chuàng)。
    計(jì)算公式13：

4.建立了外加劑摻量合理的調(diào)整方法

    外加劑的調(diào)整以膠凝材料標(biāo)準(zhǔn)稠度為基準(zhǔn)，外加劑的摻量以凈漿流動(dòng)擴(kuò)展度達(dá)到220～240mm為基準(zhǔn)，配制的混凝土在拌合物狀態(tài)下，可以保證混凝土拌合物不離析不泌水。這種復(fù)合膠凝材料需水量與外加劑檢驗(yàn)的科學(xué)方法，解決了外加劑與水泥適應(yīng)性之間的矛盾；這種方法在國(guó)內(nèi)外屬于獨(dú)創(chuàng)，通過(guò)以上調(diào)整方法對(duì)外加劑的調(diào)整，將水泥、摻合料、外加劑、水分與混凝土的工作性、強(qiáng)度、耐久性緊密結(jié)合起來(lái)。

1.具有較寬的適應(yīng)范圍

    以前的混凝土配合比設(shè)計(jì)是根據(jù)所需要的強(qiáng)度由水膠比定則計(jì)算出水膠比，再由用水量來(lái)確定膠凝材料用量。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，用水量變化不大，但水膠比則變化很大。這將造成低強(qiáng)度等級(jí)混凝土由此而計(jì)算出的膠凝材料用量太少，而高強(qiáng)度等級(jí)混凝土計(jì)算出的膠凝材料用量太多。因此，傳統(tǒng)的方法適應(yīng)的范圍較窄。本方法由于利用的是膠凝材料的最佳水膠比，根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)與水泥的強(qiáng)度貢獻(xiàn)之間的量化計(jì)算，結(jié)合摻合料的活性指數(shù)直接確定膠凝材料用量，采取分段計(jì)算方法，對(duì)于不同的強(qiáng)度等級(jí)段采取不同的計(jì)算方法，因而有較寬的適應(yīng)范圍，適用于C10～C100之間的各種高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)。

2.充分體現(xiàn)了礦物摻合料和化學(xué)外加劑的作用

    礦物摻合料和化學(xué)外加劑已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土不可缺少的組分，一種好的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法必須能夠體現(xiàn)這些組分的作用。在本方法中，從兩個(gè)方面來(lái)反映這些組分對(duì)混凝土性能的貢獻(xiàn)：一是通過(guò)對(duì)混凝土用水量的影響來(lái)體現(xiàn)這些組分的作用。在混凝土用水量確定時(shí)，以水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為基準(zhǔn)，考慮到減水劑對(duì)混凝土工作性的影響和作用，扣除了減水劑所能減少的水，不僅對(duì)于減水劑可以如此，對(duì)于礦物摻合料也可以采取類似的方法處理，如通過(guò)礦物摻合料需水量比來(lái)增減混凝土的用水量。二是通過(guò)填充強(qiáng)度貢獻(xiàn)指數(shù)來(lái)反映礦物摻合料的作用。通過(guò)這些方面來(lái)反映礦物摻合料和化學(xué)外加劑的作用，更能適應(yīng)現(xiàn)代混凝土的特點(diǎn)。

3.保持較穩(wěn)定的漿體體積率

    漿體體積率對(duì)混凝土的諸多性能都有十分顯著的影響，太多或太少的漿體含量都是不合適。本方法采取了分不同強(qiáng)度等級(jí)段采取不同的確定膠凝材料用量的方法來(lái)控制混凝土中的漿體體積率，特別是對(duì)于低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，采取控制膠凝材料總量基本不變，以礦物摻合料摻量來(lái)調(diào)節(jié)混凝土的強(qiáng)度，有效地避免了低強(qiáng)度等級(jí)混凝土漿體含量太少的問題。對(duì)于高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，增加超細(xì)摻合料的份額，以防止混凝土漿體含量太多。這對(duì)協(xié)調(diào)混凝土其他性能有著很大的作用。
由于上述這些特點(diǎn)，本方法是不同于傳統(tǒng)方法和其他方法的一種獨(dú)特的方法，是一種適應(yīng)現(xiàn)代混凝土特點(diǎn)的方法。

多組分混凝土強(qiáng)度及配合比設(shè)計(jì)計(jì)算理論解決了利用硅酸鹽系列水泥配制預(yù)拌混凝土的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了利用硅酸鹽系列水泥配制不同強(qiáng)度等級(jí)的預(yù)拌混凝土?xí)r水泥用量的準(zhǔn)確計(jì)算方法，技術(shù)效果明顯，降低成本的作用比較理想，為這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

    本項(xiàng)技術(shù)理論的研究成功對(duì)水泥行業(yè)、混凝土行業(yè)與外加劑行業(yè)的發(fā)展具有重大的指導(dǎo)意義。對(duì)合理使用水泥、礦物摻合料、砂、石和外加劑，特別是對(duì)推廣應(yīng)用硅酸鹽系列水泥配制預(yù)拌混凝土，合理使用摻合料，減少運(yùn)輸量，解決外加劑的適應(yīng)性，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，節(jié)約社會(huì)資源，起到了技術(shù)橋梁的作用。