普通混凝土是以水泥、砂、石、水、外加劑、外加劑為基礎(chǔ)，按一定比例摻合而成。 混凝土配合比的原則：它是以各種原料密實1m3混凝土拌合物的緊密堆積為基礎(chǔ)的，即1m3混凝土的體積等于各原料絕對密實體積（不包括內(nèi)部孔隙）之和每種原材料）。 根據(jù)建設(shè)部現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，混凝土配合比設(shè)計中粗細(xì)級配的估算方法有兩種：一種是質(zhì)量法，另一種是體積法。 質(zhì)量法以1m3混凝土拌和物的質(zhì)量為定值來估算粗、細(xì)級用量。 體積法假設(shè)1m3混凝土拌和物的體積等于混凝土中組成材料和空氣的體積之和，以此來估算粗、細(xì)級配料的用量。 過去，混凝土的原材料是水、水泥、沙子和石頭，成分比較簡單。 原料的表觀密度變化不大，配制的混凝土的表觀密度變化不大。 因此，為簡化試拌，假設(shè)配比為0.5左右的水灰混凝土表觀密度為/m3，試拌后實測差異不大。
隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，混凝土中不僅需要加入水、水泥、砂、石等材料，還需要加入礦物外加劑和各種物理外加劑。 當(dāng)?shù)V物摻合料加入混凝土中時，其表觀密度可能會發(fā)生變化。 僅憑經(jīng)驗估計砂石料量時，不可能把握某一固定假定質(zhì)量值的準(zhǔn)確性。 根據(jù)許多水泥混凝土配合比設(shè)計實踐，筆者認(rèn)為，采用體積法時，混凝土配合比體積的估算值可以與實測值一致，而采用質(zhì)量法時，混凝土配合比要么是“赤字”或“膨脹”。 （當(dāng)混凝土拌合物表觀密度實測值大于假定質(zhì)量時，表現(xiàn)為體積“虧”；當(dāng)混凝土拌合物表觀密度實測值小于假定質(zhì)量時，表示為“膨脹方塊”體積）。 采用質(zhì)量法進(jìn)行現(xiàn)場混凝土施工或成本控制時，容易出現(xiàn)兩種情況：①計算的混凝土用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)場混凝土的實際用量，造成材料的浪費； ②計算混凝土用量遠(yuǎn)大于現(xiàn)場混凝土用量，實際用量會影響施工的連續(xù)性。 本文以C40水泥混凝土的配合比設(shè)計為研究對象，對質(zhì)量法和體積法的估算結(jié)果進(jìn)行分析。
1 次測試
1.1 設(shè)計依據(jù)
具體如下： ①設(shè)計硬度等級：C40； ②設(shè)計撓度：140mm~180mm； ③按《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2011）執(zhí)行。
1.2 原材料
具體如下： ①水泥：P.O42.5，湖南岳陽海螺水泥，密度3.04g/cm3； ②黃砂：中砂，蘇州中青實業(yè)有限公司，表觀密度2.620g/cm3，粒徑模數(shù)2.68； ③碎石：(5-25)mm連續(xù)骨料，杭州新開元砂石有限公司生產(chǎn)，表觀密度2.636g/cm3； ④ 細(xì)渣：F級二類，北京高韶實業(yè)有限公司，密度2.12 g/cm3； ⑤礦渣粉：S95，北京寶田新型建材有限公司，密度2.82g/cm3； ⑥減水劑：TMS-YJ-3，四川西卡米斯建材有限公司，減水率：26%； ⑦水：飲用水。
2 結(jié)果與討論
2.1 質(zhì)量法
估算公式：
mf0+mc0+mg0+ms0+mw0=mcp(1)
βs=ms0/(mg0+ms0)×100%(2)
式中：mf0——每立方米混凝土的礦物摻合料用量（kg/m3）；
mg0——每立方米混凝土粗級配用量（kg/m3）； ms0——每立方米混凝土細(xì)級藥劑用量（kg/m3）； mw0——每立方米混凝土的耗水量（kg/m3）； βs——含砂率（%）； mcp——假定每立方米混凝土拌和物的質(zhì)量（kg/m3）。
由式（1）和（2）可知，用質(zhì)量法估算砂石料用量的關(guān)鍵是假定質(zhì)量的取值。 當(dāng)原料穩(wěn)定，混凝土拌和物的表觀密度接近某一定值時，采用質(zhì)量法估算簡單方便。 當(dāng)混凝土原料中一種或幾種材料的密度發(fā)生變化時，如果仍采用固定值估算砂石料的用量，容易造成混凝土混合料表觀密度的估算值不準(zhǔn)確與實測值不符，混凝土拌和物表現(xiàn)為“虧邊”或“凸邊”，可通過以下兩種情況來說明。
案例1，混凝土配合比中膠凝材料的總數(shù)相同，礦物摻合料的用量為某一定值。 取三個不同的假設(shè)質(zhì)量值，利用公式（1）和（2）估計各組的混合。 砂石料用量配比，經(jīng)試拌，結(jié)果見表1。
由表1可知，假設(shè)質(zhì)量為/m3時，表觀密度實測值為/m3，且表觀密度實測值大于假設(shè)質(zhì)量值水的密度是多少每立方米，混凝土拌合物表現(xiàn)為“赤字廣場”； 當(dāng)假定質(zhì)量為/m3時，表觀密度實測值為/m3，表觀密度實測值小于假定質(zhì)量值，混凝土拌合物“鼓包”； 當(dāng)假定質(zhì)量為/m3時，表觀密度實測值等于假定質(zhì)量，說明混凝土配合物的估算體積與實測值一致。 可以看出，當(dāng)采用質(zhì)量法估算配合比時，當(dāng)假定的質(zhì)量值較大時，混凝土配合比將“不足”； 當(dāng)假定的質(zhì)量值較小時，混凝土混合物將“膨脹”。
在第二種情況下，混凝土配合比中膠凝材料的總量相同，礦物摻合料以三種不同的用量使用，并假定混合物的質(zhì)量為某一固定值。 采用式（1）和（2）估算砂石料摻量的配合比，經(jīng)試配后，結(jié)果見表2。
從表2可以看出，隨著礦物摻合料用量的減少，更多的水泥被礦物摻合料替代。 摻合料中粉狀礦渣的密度為2.12g/cm3，灰粉的密度為2.82g/cm3，水泥的密度為3.04g/cm3。 可以看出，外加劑的密度遠(yuǎn)大于水泥。 密度，導(dǎo)致每立方米混凝土拌和物的表觀密度較小，而礦物摻合料的用量越大，表觀密度越小。 文獻(xiàn)表明，采用假定質(zhì)量法估算砂石料摻量時，估算的體積會小于1，礦物摻量越大，體積越大，即更重要的是“不足”。
2.2 容積法
估算公式：
式中：ρc——水泥密度（kg/m3）； ρf——礦物質(zhì)人參的密度（kg/m3）； ρg——粗級配密度（kg/m3）； ρs——細(xì)級配密度（kg/m3）； /立方米); ρw——水的密度（kg/m3），宜為/m3； α——混凝土的含氣率，當(dāng)不適用引氣劑時，α可取1。
由式（3）和（4）可以看出，與質(zhì)量法相比，體積法的估算更為復(fù)雜，需要測量原材料的密度，技術(shù)要求相對較高. 而容量法可以根據(jù)材料密度的變化調(diào)整各材料的用量，使得到的混凝土拌和物體積的估算值與實測值一致，如表3所示。
采用容積法時水的密度是多少每立方米，混凝土配合比中膠凝材料的總數(shù)相同，礦物外加劑按三種不同的用量混合。 各組砂石料用量按式（3）、（4）估算。 試混后結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出，隨著礦物摻合料的減少，更多的水泥被礦物摻合料替代。 由于相同質(zhì)量的水泥體積大于礦物摻合料的體積，混凝土中膠凝材料的體積減少。由式（3）可知，混凝土拌合的組成
該材料各材料的體積之和等于1，當(dāng)膠凝材料的體積變大時，砂石材料的體積變小，用量也變小，測得的值混凝土混合物的表觀密度也會變小。 配合比表觀密度的估算值按1m3混凝土的材料用量之和估算。 當(dāng)材料劑量發(fā)生變化時，表觀密度的估計值也會發(fā)生變化。 將表3中的表觀密度估算值與實測值進(jìn)行比較，可以看出，采用體積法估算時，表觀密度估算值更接近于實測值，結(jié)果可以與表3一致材料的改變。
從以上分析可以看出，兩種估算方法的區(qū)別在于質(zhì)量法是根據(jù)經(jīng)驗取一個固定值來假設(shè)質(zhì)量，計算每立方米混凝土的用料量。 該技術(shù)沒有考慮材料密度變化對混凝土表觀密度的影響。 當(dāng)材料密度發(fā)生變化時，混凝土的表觀密度不再接近經(jīng)驗得出的假定質(zhì)量，從而使估算結(jié)果與實際情況不符。 體積法表觀密度估算值是根據(jù)物料密度的變化估算各物料的用量，然后求和得到的。 當(dāng)材料密度發(fā)生變化時，體積法可以調(diào)整各材料的用量，因此混凝土混合料體積的估算結(jié)果與實測結(jié)果是一致的。 可以看出，質(zhì)量法的估計結(jié)果比較簡單，而體積法的估計結(jié)果比較準(zhǔn)確。
3 結(jié)語
質(zhì)量法是體積法的簡化。 當(dāng)原材料比較穩(wěn)定，變化不大時，估算就比較簡單方便。 但是，隨著越來越多的礦物摻合料和外加劑的加入，普通混凝土的材料成分發(fā)生了很大的變化，因此質(zhì)量法對于目前配置的混凝土已不再具有普遍性。 體積法雖然操作技術(shù)要求較高，估算較為復(fù)雜，但估算結(jié)果較為準(zhǔn)確。 事實上，在采用容積法時，原料的密度測量是重點，在密度測量或數(shù)值計算中需要注意一些問題，以保證估算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 例如，文獻(xiàn)中研究了為什么采用體積法估算混凝土配合比各級配的密度，并采用飽和表干狀態(tài)進(jìn)行檢驗，以及如何劃分飽和表干狀態(tài)的漸變。