臺灣與中國大陸普通混凝土配合比設計差異性對比

混凝土配合比設計的目標是根據組成材料的性質，確定能夠達到設計要求且最經濟的各種材料的單位用量。混凝土配合比設計是土木工程材料科學中最基礎、最重要的內容之一。混凝土配合比設計方法並不是統一的，在不同國家或地區間也存在差異，現就我國大陸與臺灣地區進行對比分析。

我國大陸混凝土配合比設計主要參照由北京建築科學研究院主編的《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）（以下簡稱JGJ），臺灣地區配比設計方法主要有2種，一種是美國混凝土協會318委員會發布的《結構混凝土建築規範要求》（ACI318-11）（以下簡稱ACI）， 另一種是美國墾務局公佈的混凝土配合比設計方法，前者應用較多，因此，此處僅就JGJ和ACI 2種方法進行對比。

1 基本步驟

1.1 基本要求和表示方法

普通混凝土配合比設計的基本要求都是一致的， 即滿足對工作性、強度、耐久性和經濟性的要求。表示方法也有2種，質量法和比例法，其中質量法是以1m3混凝土中各種材料的用量來表示， 比例法是單位體積混凝土中以水泥的用量為1，其餘各材料用量除以水泥用量進行表示。

1.2 坍落度（坍度）選擇

這一值的確定方式相同， 要麼根據實際工程要求確定，要麼根據不同工程種類查表獲得，對於不同工程部位的適宜坍落度範圍略有差異。

1.3 骨料最大粒徑的選擇

臺灣要求骨料最大粒徑小於側模最小間距的1/5，小於板厚1/3，以及鋼筋最小淨距的3/4[1]。大陸要求不超過結構最小截面尺寸的1/4，不超過鋼筋最小淨距的3/4，不超過40mm[2]。從規範中看，臺灣允許的骨料最大粒徑要略大些。在滿足性能的前提下儘可能選擇較大粒徑的粗骨料，這一點相同。

1.4 拌合水用量

拌合水用量都是根據骨料最大粒徑及坍落度查表確定，在相同粒徑下，用水量隨著坍落度的增加而增加，在相同坍落度情況下，用水量隨骨料最大粒徑的增加而減少。基本趨勢一致。

1.5 空氣含量

單位體積混凝土中空氣含量的確定， 兩個規範有較大差異。大陸採用固定空氣含量，認為單位體積混凝土中空氣含量佔總體積的1%。臺灣規範中空氣含量是根據骨料最大粒徑查表確定的，含量從0.2%～3%不等，趨勢是空氣含量隨著骨料最大粒徑的增加而減少。當最大粒徑為38mm時，空氣含量為1%。加氣混凝土的空氣含量更高，此處不做討論。

1.6 水灰比

2種設計方法都強調，水灰比的確定主要取決於強度和耐久性，大陸的確定方式主要通過式（1）和式（2）[3]：

由公式（1）和（2）連立，可解得水灰比，這一值要滿足耐久性要求，還要進行校核。

臺灣地區按照ACI方式目標強度的確定主要有2種方式[4-5]：

（1）標準差σ已知依據CNS12891規定應取式（4）、式（5）中較大者。
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式（1）～式（4）指任何每連續3次實驗的平均強度低於fc′的次數100次不得超過1次，式（5）表示任意實驗結果強度低於fc′超過3.45MPa的次數，100次不得超過1次。即強度保證率要求達到99%。

（2）標準差σ未知fcr′值的確定就要根據設計強度查表得到， 這與大陸地區的確定方式相同，具體數值上有差異，如表2所示。
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在得出目標強度的基礎上，通過公式6確定水灰比：
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泥用量，另需根據所處環境（JGJ）或骨料最大粒徑（ACI）校驗最小水泥用量，滿足耐久性要求。

1.7 粗、細骨料用量

在JGJ中要求先根據水灰比和骨料最大粒徑確定合理砂率，再通過體積法或質量法求得砂、石含量。至此得到初步配合比。但臺灣地區不同，根據ACI318先由砂的細度模數和粗骨料最大粒徑查表確定粗骨料的體積用量。再通過體積差的方式，即1m3混凝土體積減去石子、水泥、水、空氣體積後得到砂子的體積。

1.8 施工配合比

以上通過經驗公式或查表的方式基本確定了初步配合比，大陸地區混凝土配合比設計還包括基準配合比、實驗室配合比和施工配合比，每一步驟的調整內容和方法較明確。但臺灣參照ACI318《規範》沒有明顯的區分，對於工作性、強度、耐久性的調試沒有作過多說明。但根據砂石骨料的含水率進行調整得到施工配合比（現地材料拌合量）的部分做了細緻說明，在此就這一部分進行對比分析。

大陸地區按照JGJ進行配合比設計時採用的材料假定是乾燥的，不考慮材料本身的含水狀況，在根據含水量調整砂、石、水用量時採用的式（7）：

溼砂重量=ms×（1+a%）

溼石子重量=mg×（1+b%) （7）

需要水重量=mw-ms×a%-mg×b%

其中：ms、mg、mw—單位體積混凝土中幹砂重、幹石重、水重

a%—砂含水率

b%—石含水率

臺灣地區參照ACI進行設計時,前面計算的材料用量都是假設骨材不會釋放水分到拌合物中， 或從拌合物中吸收水分。因此在進行調整時，需水量的變化僅考慮骨料中所含自由水分（表面含水量），即含水率與吸水率之間的差值。如式（8）所示：

溼砂重量=ms×（1+a%）

溼石子重量=mg×（1+b%） （8）

需要水重量=mw-ms×（a-α）%-mg×（b-β）%

其中： ms、mg、mw—單位體積混凝土中幹砂重、幹石重、水重

a%—砂含水率；

b%—石含水率；

α%—砂吸水率；

β%—石吸水率。

2 普通混凝土配合比設計流程圖

這兩種配合比設計方式流程圖如圖1、圖2所示。
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3 設計實例對比

按照上面的步驟通過兩種方法進行配合比設計，假設用於乾燥環境中鋼筋混凝土梁之混凝土， 水泥：42.5或TypeⅠ型水泥（臺灣水泥沒有強度等級，當中不含礦物摻和料，配製混凝土時僅通過水灰比調整強度）,比重：3.15；設計抗壓強度20.7MPa，粗骨料（碎石）最大粒徑：40mm、20mm，比重：2.69，吸水率：0.8%，含水率：2%，幹搗單位重：1682kg/m3；細骨料比重：2.65，吸水率：6%，含水率：8%，細度模數：2.6。計算結果如表3所示。

儘管混凝土目標強度的確定方式不同， 但通過JGJ和ACI 2種方法即通過計算或者查表最終目標強度值相同都為29MPa.假定坍落度（或坍度）都為50mm，從表3配比計算結果看，隨著骨料最大粒徑的增加，水泥用量減少，水用量增加，細集料用量減少，粗集料用量用量增加，這一總體趨勢一致。但同等骨料粒徑條件下，各組成材料的用量差別較大，總體來說JGJ單位水泥用量和單位水用量都較ACI要少，水灰比較大。相對來說盡管骨料用量也有差別，但差別並不顯著，沒有明顯的規律性。

4 結論

以上配合比計算結果僅僅是理論上的數值。最終的配合比還要經過實際拌合和對相關性能進行檢驗，通過對相對含量的調整，最終得到滿足工作性、強度、耐久性及經濟性要求的合理配合比。不同的配合比計算方法都是基於當地原材料的實際情況及施工水平的基礎上總結得出的。不同地區的混凝土配合比計算有其相通之處，也有細節上的差別。因此，在不同地區要選擇與當地原材料相適應的配合比計算方法，才能減少後期調整的幅度， 得到與實際最相符的理論配合比。在2種方法中關於空氣含量的部分差別較大， 大陸目前採用統一的1%含量， 這一數值是否隨著骨料最大粒徑的改變而變化，還要更多的研究人員進行深入研究。

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