混凝土配合比設(shè)計(jì)靠計(jì)算還是靠經(jīng)驗(yàn)

混凝土技術(shù)人員對配合比設(shè)計(jì)方法的追求一刻沒有停止過，新的配合比方法還在不斷被創(chuàng)造出來，到底配合比需不需要計(jì)算，還有一定的分歧。要討論混凝土配合比是否可以計(jì)算的問題，水灰比定律是一個(gè)不可回避的問題，雖然水灰比與經(jīng)典的牛頓三大定律相比，顯得丑陋不堪，不值得推敲。也許正是水灰比定律的粗糙不堪，導(dǎo)致一些混凝土技術(shù)人員不認(rèn)為混凝土是科學(xué)，僅僅是一種技術(shù)。1918年，美國的混凝土專家阿伯拉姆氏提出的水灰比定則對混凝土發(fā)展影響深遠(yuǎn)，直到今天還被沿用著，同時(shí)也被很多混凝土技術(shù)人員議論著。幾乎每個(gè)混凝土技術(shù)人員都知道：“在一定的材料和試驗(yàn)條件下，只要混凝土混合物是塑性的，混凝土的強(qiáng)度則取決于拌和水的數(shù)量”其公式為：f=A/Bx式中，f——6英寸直徑、12英寸高(中15×30厘米)圓柱體試件的抗壓強(qiáng)度，A和B——常數(shù)，隨水泥質(zhì)量、齡期、制作、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)等方法不同而不同，X——水灰比(W/C)，按體積計(jì)?，F(xiàn)在來回顧水灰比定則，本著溫故知新、吸取裨益的目的出發(fā)。水灰比定律的形成要追溯到19世紀(jì)末、20世紀(jì)初，匈牙利的齊林斯基和帝俄時(shí)代的馬留迎等已經(jīng)發(fā)表類似的學(xué)術(shù)見解，尤為杰出的是法國的菲萊特，在1892年就提出了水泥空隙比的學(xué)說，并列出著名的公式如下：以上各式中，R——混凝土或砂漿的抗壓強(qiáng)度，c、e、v、s、g分別為水泥、水、氣泡、細(xì)集料、粗集料的絕對體積，A——集料的絕對體積，1－A＝c＋e＋v；K——菲特萊系數(shù)，取決于混凝土或砂漿的齡期、水泥性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方法等條件，根據(jù)菲萊特當(dāng)時(shí)的測定K＝1828kg/cm2。令人驚奇的是菲萊特在九十年前就從影響混凝土強(qiáng)度的錯(cuò)綜復(fù)雜的諸多因素中，提出以空隙作為唯一的重要因素。菲萊特的水泥空隙比學(xué)說成為開啟混凝土材料科學(xué)的大門的鑰匙，“混凝土學(xué)”的序幕可認(rèn)為從此揭開。菲萊特比阿伯拉姆氏先行了二十多年，以水泥空隙比學(xué)說與水灰比定律相比，在學(xué)術(shù)水平上可以說是有過之而無不及。阿伯拉姆氏的水灰比定律提出以后，比水泥空隙學(xué)更為較多的人所接受，并非是阿伯拉姆氏的僥幸，阿伯拉姆氏的水灰比定律提出時(shí)，已有足夠多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并制成系統(tǒng)的曲線，導(dǎo)出可以定量的公式，但與其它自然科學(xué)一般的定律比較，容易發(fā)現(xiàn)它的破綻，似乎還不足以達(dá)到稱之為定律的程度。但對水灰比定律提出的種種指責(zé)，都還沒有從根本上撼動(dòng)這個(gè)定律在實(shí)用中的地位阿伯拉姆氏是為混凝土配合設(shè)計(jì)的需要而提出來的。多少年來實(shí)踐考驗(yàn)證實(shí)，用水灰比定律的公式，估算混凝土強(qiáng)度，用水灰比最大限值，保證混凝土耐久性，確是簡單而有實(shí)際效益的。1925年，瑞士的J.Belomey（鮑羅米）提出混凝土的水灰比定則：對于一定的材料，強(qiáng)度取決于一個(gè)因素——水灰比，即混凝土強(qiáng)度與水膠比成反比，與膠水比成正比。式中：S——混凝土強(qiáng)度；C——水泥體積；V——水體積；A——空氣體積；K、K′——回歸系數(shù)保羅米公式中是沒有水泥強(qiáng)度因素的，水泥強(qiáng)度和砂石及其他因素都含在回歸系數(shù)中。前蘇聯(lián)將鮑羅米公式進(jìn)行改造，將混凝土配制強(qiáng)度和水泥材料考慮進(jìn)去以后就變成：式中：Rc——水泥實(shí)際強(qiáng)度（MPa；C——水泥用量；W——用水量(kg/m3）；A，B——與石子類型有關(guān)的兩個(gè)系數(shù)。20世紀(jì)80年代后，礦物摻合料和高效減水劑的大量使用，在多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，《普通配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）又將此定則改為水膠比：阿伯拉姆氏的水灰比定律簡單地把混凝土強(qiáng)度的因素歸結(jié)為水灰比而忽視了骨料的粒徑和用量對強(qiáng)度的影響，認(rèn)為只有當(dāng)骨料的性質(zhì)影響到混凝土用水量時(shí)，才能間接地影響混凝土強(qiáng)度，簡化了混凝土強(qiáng)度影響的各因素，特別忽視了骨料的作用?；炷翉?qiáng)度的影響不僅僅局限于水灰比，還有漿體與骨料結(jié)合部位的強(qiáng)度和骨料自身的性質(zhì)。這也是后人在水灰比定律的基礎(chǔ)上加入骨料回歸系數(shù)的原因所在，即水灰比與強(qiáng)度的關(guān)系式中，常數(shù)A和B，并根據(jù)不同品種進(jìn)行修正。但水灰比公式中存在回歸系數(shù)的取值問題，國內(nèi)外對系數(shù)均有過議論，我國疆土幅員遼闊，東西南北材料千差萬別，再加上外加劑和摻合料五花八門、種類繁多，混凝土粗、細(xì)骨料更是種類繁多、材質(zhì)多樣。嚴(yán)格講，各地區(qū)的鮑羅米公式的應(yīng)用條件是差別很大，全國套用一個(gè)統(tǒng)一的鮑羅米公式計(jì)算視乎差異很大。影響混凝土強(qiáng)度的因素很多，有時(shí)相互牽連、相互影響，有時(shí)很難準(zhǔn)確量化，一個(gè)公式很難涵蓋所有，忽略一些因素，必然造成誤差的增加。有些混凝土研究工作者盡量在公式中囊括混凝土強(qiáng)度的影響因素，配合比設(shè)計(jì)方法搞得有“學(xué)院派傾向”，把問題搞的很深，一些繁瑣、不容易理解的計(jì)算看著貌似很科學(xué)，但卻未必實(shí)用?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)很大程度上仍然是以試驗(yàn)為主的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)，在混凝土強(qiáng)度與水膠比的計(jì)算過程中，我們并沒有把決定混凝土強(qiáng)度的因素納入到公式中。就水灰比與強(qiáng)度關(guān)系而論，任何被認(rèn)為可信的公式都只是算出一個(gè)差不多、基本可用的水膠（灰）比，這個(gè)值只能是個(gè)大概值，要獲得基本可靠的值一種很現(xiàn)實(shí)的做法就是“多次嘗試法”，通過試驗(yàn)、比較、調(diào)整才能確定真正的最佳值。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，有意無意地對某種計(jì)算公式“迷信”，但不論所迷信的公式及系數(shù)設(shè)定如何合理，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，彼時(shí)彼地的原材料和施工工藝、氣候乃至施工工人總存在一些有利或者不利的因素使計(jì)算結(jié)果發(fā)生某種變異。配合比計(jì)算本身不復(fù)雜，無非是五、七種原材料，三、四個(gè)配合比參數(shù)，組成配合比的要素?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)及其生產(chǎn)應(yīng)用過程中本身綜合了很多不確定的未知因素，需要一線混凝土技術(shù)人員隨機(jī)應(yīng)變、見機(jī)行事，巧妙應(yīng)對各種因素。一線混凝土技術(shù)人員，在實(shí)踐過程中耳濡目染，積累大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)且具有豐富的