混凝土配合比是指单位体积的混凝土中各组成材料（水泥、水、砂、石）用量之间的比例关系。确定这种数比例关系的工作，称为混凝土配合比设计。常用的表示方法有两种：一种是以1m3混凝土中各项材料的质量表示，如水泥（mc）300kg、水（mw）180kg、砂（ms）720kg、石（mg）1200kg；另一种表示方法是以各项材料相互间的质量比来表示（以水泥质量为1），将上例换算成质量比为：mc∶ms∶mg∶mw＝1∶2.40∶4.00∶0.60。

5.4.1　混凝土配合比设计基本要求

（1）满足结构设计的强度等级要求。

（2）满足混凝土施工所要求的和易性。

（3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求。

（4）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。

5.4.2　混凝土配合比设计基本参数确定的原则

混凝土配合比设计，实质是确定水泥、水、砂与石子这4项基本组成材料用量之间的3个比例关系。即水与水泥之间的比例关系，用水灰比来表示；砂与石子之间的比例关系，用砂率来表示；水泥与骨料之间的比例关系，用单位用水量来反映。水灰比、砂率、单位用水量是混凝土配合比的3个重要参数，在配合比设计中正确地确定这3个参数，满足混凝土配合比设计的4项基本要求。

混凝土配合比设计中确定3个参数的原则是：在满足混凝土强度和耐久性的基础上，尽量选择较大水灰比值，以节约水泥；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，尽量选择较小用水量；砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定，在保证混凝土拌和物黏聚性和保水性要求的前提下尽量取小值。混凝土配合比设计以计算1m3混凝土中各材料用量为基准。

5.4.3　混凝土配合比设计的步骤

1.设计的基本资料

（1）混凝土的强度等级、施工管理水平。

（2）对混凝土和易性、耐久性要求的技术指标。

（3）原材料品种及其物理力学性。

（4）混凝土的部位、结构构造情况、施工条件等。

2.初步配合比计算

（1）确定混凝土配制强度（fcu，0）。

由于人、材、机、工艺、环境等施工条件的影响，混凝土的质量总是会产生波动，经验证明，这种波动符合正态分布。为使混凝土的强度保证率能满足规定的要求，在设计混凝土配合比时，必须使混凝土的配制强度fcu，0不小于设计强度等级fcu，k，可按式（5.9）估计：

式中　fcu，0——混凝土配制强度，MPa；

fcu，k——混凝土立方体的抗压强度标准值，MPa；

σ——混凝土强度标准差，MPa，若无统计资料时，可参考表5.18取值；

t——与混凝土要求的保证率所对应的概率度，可参考表5.19取值。

表5.18　混凝土强度标准差σ值　单位：MPa

注　采用本表时，施工单位可根据实际情况进行调整。

表5.19　不同t值的保证率P

JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规范》的规定，fcu，k为具有95%保证率时的抗压强度值，此时t＝－1.645，上式可写为：

若施工单位有近期的同一品种混凝土强度资料时，其混凝土强度标准差又称均方差（σ）按式（5.11）计算：

式中　fcu，i——第i组混凝土试件的强度值，MPa；

——n组混凝土试件强度的平均值，MPa；

n——混凝土试件组数（n≥25）。

对于C20、C25级混凝土，σ计算值小于2.5MP时，计算配制强度时取σ＝2.5MPa；对于C30级以上的混凝土，σ计算值小于3.0MPa时，计算配制强度时取σ＝3.0MPa。当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，根据GB50204—1992《混凝土结构工程施工及验收规范》，σ值可参考表5.18取值。

（2）计算水灰比（W／C）。

1）满足强度要求计算水灰比。根据已测定的水泥实际强度fce（或水泥强度等级fce，k）、粗骨料种类及所要求的混凝土配制强度fcu，0，按混凝土强度经验公式（5.6）计算水灰比，则有

2）满足耐久性要求的水灰比。根据表5.20、表5.21分别查出满足抗渗性、抗冻性要求的水灰比值，与表5.16（或5.17）对比，取三者中的较小值作为满足耐久性要求的水灰比。同时满足强度、耐久性的水灰比，取以上两种方法求得的水灰比中的较小值。

表5.20　抗渗等级允许的最大水灰比

表5.21　抗冻等级允许的最大水灰比

（3）选取单位用水量（mw0）。

1）干硬性和塑性混凝土用水量的确定。

当W／C＝0.4～0.8时，用水量根据施工要求的坍落度（参考表5.12、表5.13）和骨料品种、规格，参考表5.22、表5.23选取单位用水量。

2）流动性、大流动性混凝土用水量的确定。流动性、大流动性混凝土用水量按下列步骤计算：以表5.22中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增加20mm用水量增加5kg／m3，计算出未掺外加剂的混凝土用水量。

表5.22　水工混凝土单位用水量参考表　单位：kg／m3

注　1.本表适用于卵石、中砂所拌制的混凝土；使用细砂时，用水量酌加5～10kg／m3；使用碎石时，用水量酌加10～15kg／m3。
2.使用火山灰硅酸盐水泥时，用水量酌加10～20kg／m3。
3.使用人工砂时，用水量酌加5～10kg／m3。
4.使用引气剂或减水剂时，用水量酌减10～20kg／m3。

表5.23　混凝土单位用水量选用（JG55—2000）　单位：kg／m3

注　1.本表用水量是采用中砂时的平均取值，采用细砂时，1m3混凝土用水量可增加5～10kg，采用粗砂则可减少5～10kg。
2.掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。
3.本表不适用于水灰比小于0.4或大于0.8的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土。

3）掺外加剂时混凝土用水量按式（5.13）计算：

式中　mwa——掺外加剂混凝土的单位用水量，kg／m3；

mw0——未掺外加剂混凝土的单位用水量，kg／m3；

β——外加剂的减水率，%，应经试验确定。

（4）确定混凝土的单位水泥用量，mc0。根据已确定的W／C和mw0，可求出1m3混凝土中水泥用量mc0，由式（5.14）计算：

为保证混凝土的耐久性，由式（5.14）得出的水泥用量还应大于表5.16（或表5.17）规定的最小水泥量；如算得的水泥用量小于表5.16（或表5.17）规定值，应取表5.16（或表5.17）规定的最小水泥用量值。

（5）选择合理的砂率值（βs）。合理砂率可通过试验、计算或查表求得。

1）试验法。试验是在水灰比和用水量不变的条件下，拌制5组以上不同砂率的式样，每组相差2%～3%。检测拌和物坍落度，能获得最大流动性的砂率为最佳砂率（见图5.7）。

2）查表法。坍落度为10～60mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按表5.24（或表5.25）选取。

表5.24　水工混凝土砂率参考值

注　1.本表适用于卵石混凝土，砂的细度模数为2.7。
2.砂的细度模数每增减0.1，砂率相应增减0.5%～1.0%。
3.使用碎石时，砂率需增加3%～5%。
4.使用人工砂时，砂率应增加2%～3%。
5.掺引气剂时，砂率可减少2%～3%；掺用减水剂时，砂率可减少0.5%～1.0%。

表5.25　混凝土砂率选用（JGJ55—2000）　单位：%

注　1.本表数值是中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增加砂率。
2.本表适用于坍落度10～60mm的混凝土。对坍落度大于60mm的混凝土，应在表的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整；坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。
3.对薄壁构件，砂率取偏大值。
4.只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。

（6）计算1m3混凝土中粗骨料（mg0）、细骨料（ms0）用量。

1）体积法（绝对体积法）法。假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积及拌和物中所含空气的体积之和，即用式（5.15）计算1m3混凝土拌和物的各组成材料用量：

式中　mc0——每立方米混凝土的水泥用量，kg；

ms0——每立方米混凝土的细骨料用量，kg；

mg0——每立方米混凝土的粗骨料用量，kg；

mw0——每立方米混凝土的水用量，kg；

βs——砂率，%；

ρc——水泥密度，kg／m3，可取2900～3100kg／m3；

ρg——粗骨料的表观密度，kg／m3；

ρs——细骨料的表观密度，kg／m3；

ρw——水的密度，kg／m3，可取1000kg／m3；

α——混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，α可取为1。

2）质量法（假定表观密度）法。如果原材料比较稳定，可先假设混凝土的表观密度为一定值，混凝土拌和物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。

式中　ρcp——每立方米混凝土拌和物的表观密度，kg；其值可取2350～2450kg。

解式（5.16），即可求出ms0、mg0。

（7）得出初步配合比。将上述的计算结果表示为：(www.daowen.com)

3.试拌、调整，确定基准配合比

混凝土试配时，应采用工程中实际使用的原材料及搅拌方法。

（1）拌和物取料。试配时，每盘混凝土的最小量按初步配合比计算出配制15～30L混凝土的材料用量拌制成混凝土拌和物。当采用机械搅拌时，其搅拌量不应小于搅拌机额定搅拌量的1／4。

（2）和易性的调整，得到基准配合比。按计算的配合比试拌，以检查拌和物的性能。当试拌得出的拌和物坍落度（或维勃稠度）不能满足要求，或黏聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率。调整原则如下：若流动性太大，可在砂率不变的条件下，适当增加砂、石用量；若流动性太小，应在保持水灰比不变的条件下，增加适量的水和水泥；黏聚性和保水性不良时，是因为混凝土拌和物中砂浆不足或砂浆过多，可适当增大砂率或降低砂率，调整到和易性满足要求时为止。其调整量可参考表5.26。当试拌调整工作完成后，应测出混凝土拌和物的表观密度（ρct），重新计算出每立方米混凝土的各项材料用量，即为混凝土满足和易性要求的基准配合比。设调整和易性后试配15～30L混凝土的材料用量为水mwb、水泥mcb、砂msb、石子mgb，则基准配合比为：

式中　mwJ、mCJ、msJ、mgJ——混凝土基准配合比中每立方米的水、水泥、砂、石子用量，kg；

ρct——混凝土表观密度实测值，kg／m3。

表5.26　条件变化时材料用量调整参考表

4.检验强度和耐久性，确定试验室配合比

基准配合比能否满足强度要求，需进行强度检验。一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定表观密度。各种配比制作两组强度试块，如有耐久性要求，应同时制作有关耐久性测试指标的试件，标准养护28d进行强度、抗渗、抗冻指标测定，并做混凝土强度与灰水比的直线关系图，求出符合确定要求，又符合耐久性要求的灰水比。然后按下列原则确定各材料用量。

（1）用水量（mw）应取基准配合比中的用水量，并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）应以用水量除以选定水灰比计算确定。

（3）粗、细骨料用量（ms、mg）应取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按定出的水灰比进行调整。

（4）确定混凝土实验室配合比前，还要按下列步骤进行校正：

1）计算出混凝土以上配合比的表观密度计算值（ρcc），即：

2）计算校正系数δ

式中　ρcc——混凝土表观密度计算值，kg／m3；

ρct——混凝土表观密度实测值，kg／m3。

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，则上述得出的配合比即可确定为混凝土的实验室配合比。若两者之差超过2%时，则须将以上配合比中每项材料的用量均乘以校正系数δ值，即为最终定出的混凝试验室配合比。

5.换算混凝土施工配合比

混凝土实验室配合比计算用料是以饱和面干状态骨料（工民建以干燥状态）为基准的，但实际工地使用的骨料常含有一定的水分，因此必须将实验室配合比进行换算，换算成扣除骨料中水分后，工地实际施工用的配合比。其换算方法如下。

设施工配合比1m3混凝土中水泥、水、砂、石的用量分别为、、、；并设工地砂子含水率为a%，石子含水率为b%。则施工配合比1m3混凝土中各材料用量为：

式中　mc、ms、mg、mw——每立方米混凝土拌和物中，试验室所用的水泥、砂、石子、水量，kg；

、、、——每立方米混凝土拌和物中，施工所用的水泥、砂、石子、水量，kg。

【例5-2】某混凝土坝，所在地区最冷月月平均气温为－8℃，河水无侵蚀性，该大坝上游面水位变化区的外部混凝土，一年内的总冻融次数为45次，最大作用水头50m，混凝土设计强度等级为C30，施工采用机械搅拌、机械振捣，要求混凝土坍落度为30～50mm，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差σ＝5.0MPa。所用原材料情况如下：

水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为ρc＝3.10g／cm3，水泥强度等级标准值的富余系数为1.13；

砂：中砂细度模数为2.60，级配合格，砂子表观密度ρos＝2.60g／cm3；

石：碎石，最大粒径为80mm，级配合格，石子表观密度ρog＝2.65g／cm3；

试求：（1）进行混凝土试验室配合比设计；

（2）若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为3%，石子含水率为1%，试进行混凝土施工配合比设计。

解　1.设计混凝土初步配合比

（1）确定混凝土配制强度（fcu，0）。

fcu，0＝fcu，k＋1.645σ＝30＋1.645×5＝38.2（MPa）

（2）确定水灰比（W／C）。

1）满足强度要求的水灰比。

2）满足耐久性要求的水灰比。由题意，查表5.14和表5.15得混凝土抗渗等级为P6，抗冻等级为F150。由P6查表5.20得满足抗渗性要求的水灰比为0.55～0.60；由F150，查表5.21得满足抗冻要求的水灰比为0.55；查表5.16，在寒冷地区，上游水位变化区允许的最大水灰比为0.55。所以满足耐久性共同要求的水灰比为0.55。同时满足强度和耐久性要求的水灰比为0.55，所以取水灰比为0.55。

（3）确定单位用水量（mw0）。查表5.22，对于最大粒径为80mm的碎石混凝土，当所需坍落度为30～50mm时，1m3混凝土的用水量可选用135kg。碎石用水量增加10～15kg，取13kg，则mw0＝148kg。

（4）计算单位水泥用量（mc0）。

由表5.16查得最小水泥用量为270kg／m3，所以取mc0＝270kg／m3

（5）确定砂率（βs）。查表5.24，对于采用最大粒径为80mm的碎石配制的混凝土，当水灰比为0.55时，其砂率值可选取26%，但由于砂的细度模数比表5.24中用砂小0.1，砂率应减小0.5%～1.0%，取0.7%，故βs＝25.3%；又因为骨料为碎石砂率应增加3%～5%，取4.5%，故最后βs＝25.3%＋4.5%＝29.8%。

（6）计算砂、石用量（ms0、mg0）。

1）用体积法计算，将mc0＝270kg；mw0＝148kg代入公式（5.15）得：

解得　ms0＝593（kg）　mg0＝1395（kg）

2）用质量法计算，假定1m3混凝土拌和物的表观密度为2400kg／m3，则由公式（5.16）得

解得　ms0＝590（kg）　mg0＝1392（kg）

两种方法计算结果相近。

若按体积法，则初步配合比为：水泥270kg；砂593kg；石子1395kg；水148kg。

或　mc0∶ms0∶mg0∶mw0＝270∶593∶1395∶148＝1∶2.20∶5.17∶0.55

2.试拌调整，确定基准配合比

按计算出的初步配合比，称取30L混凝土所用材料进行混凝土试拌，其试拌用料量为：

水泥　0.03×270＝8.1（kg）；水　0.03×148＝4.44（kg）；

砂　0.03×593＝17.79（kg）；石子　0.03×1395＝41.85（kg）。

搅拌均匀后做和易性试验，测其坍落度为20mm，黏聚性和保水性较好，则坍落度较要求的小20mm，应在保持水灰比不变的条件下增加水泥浆用量。根据表5.26查得每增减10mm坍落度时，加水量增减2%～4%，取3%计算，故增加用水量4.44×3%×2＝0.266（kg），水泥用量增加0.484kg。测其坍落度为40mm，黏聚性和保水性也较好。试拌调整后的材料用量为：水泥8.584kg，水4.706kg，砂17.79kg，石子41.85kg并测得其拌和物表观密度为2460kg／m3。则由公式（5.17）得基准配合比为：

3.检验强度及耐久性，确定实验室配合比

在基准配合比的水灰比0.55的基础上，另外取0.60和0.50共3种不同水灰比的混凝土，并制作3组试件，进行强度、抗渗、抗冻性试验。经检查均符合要求，测得各试件28d的强度如表5.27所示。

表5.27　例5-2强度试验结果

据上述3组灰水比与其相对应的强度关系，绘图（见图5.11），求出与配制强度fcu，0＝38.2MPa对应的灰水比1.78（水灰比0.56）。

则初步定出混凝土的配合比为：水mw＝158kg；水泥用量mc＝281kg；砂ms＝602kg；石子mg＝1419kg。最后，实测出混凝土拌和物表观密度ρct＝2400kg／m3，其计算表观密度ρcc＝mw＋mc＋ms＋mg＝2460kg／m3。

由于配合比校正系数δ＝0.975，两者之差超出计算值的2%，故需调整为：

mw＝158×0.975＝154（kg）

mc＝281×0.975＝274（kg）

ms＝602×0.975＝587（kg）

mg＝1419×0.975＝1384（kg）

1m3混凝土各材料用量为：水泥274kg、砂587kg、石子1384kg、水154kg。

该混凝土实验室配合比为：

mc∶ms∶mg∶mw＝274∶587∶1384∶154＝1∶2.14∶5.05∶0.56

4.计算混凝土施工配合比

将实验室配合比换算成现场施工配合比。用水量应扣除砂、石子所含水量，而砂、石子量则应增加为砂、石含水的质量。则1m3混凝土各材料用量为：

＝mc＝274（kg）

＝ms×（1＋a%）＝587×（1＋3%）＝605（kg）

＝mg×（1＋b%）＝1384×（1＋1%）＝1425（kg）

＝mw－（ms·a%＋mg·b%）＝154－（587×3%＋1384×1%）＝123（kg）

该混凝土施工配合比为：

∶∶∶＝274∶605∶1425∶123＝1∶2.21∶5.20∶0.45

图5.11　水灰比与混凝土强度关系图