保罗米公式还能用来确定现代混凝土的水胶比吗_.docx

编 者 按 ： JGJ55—2011《 普 通 混 凝 土 配 合 比 设 计 规 程 》 使 用 了 “水 灰 比 定 则 ”， 根 据 混 凝 土 强 度 要 求 推 导 混凝 土 的 水 灰 比 这 在 没 有 使 用 混 凝 土 减 水 剂 的 时 候 没 有 什 么 问 题 但 随 着 外 加 剂 的 发 展 与 应 用 ， 它 已 经 成 为 了 混 凝 土 必 不 可 少 的 一 个 组 分 那 么 加 入 减 水 剂 对 水 灰 比 定 则 ， 或 者 说 对 混 凝 土 强 度 是 否 有 影 响 ？ 如 果 有 影 响，那么是什么样的影响？本期特别策划邀请专家和搅拌站一线工作人员参与探讨这些问题特别策划 ： 减水剂的应用对使用水灰比定则的影响谈水灰比定则的二维属性钱晓倩（浙江大学建筑材料研究院，教授）水 灰 比 定 则 的 一 维 属 性 是 指 “灰 ”性 能 一 定 时 ， 水 灰 比决 定 其 浆 体 硬 化 后 强 度 ， “灰 ”变 成 “胶 ”后 ， 若 将 “胶 ” 理 解 成 为 宏 观 概 念 上 的 “灰 ”其 相 关 关 系 同 样 成 立 ； 水 灰 比 定 则 的 二 维 属 性 是 通 过 “经 验 系 数 ”建 立 起 硬 化 后 浆 体 强 度 与 混 凝 土 强 度 的 相 关 性 ， 是 一 种 衍 生 关 系 。

以 前 “灰 ”性 能 取 向 比 较 单 一 ， 粗 细 骨 料 相 对 唯 一 ， 因 此 ， 经 验 系 数 适 应 性 比 较 强 现 在 的 “灰 ”， 特 别 是 “胶 ”的 性 能 变 得 多 样 ， 粗 细 骨 料 已 经 不 是 那 时 的 骨 料 ， 经 验 系 数 的 适 用 性 本 来 已 面 临 挑 战 ， 而 要 重 新 建 立 相 对 通 用 的 经 验 系 数 难 度 更 大 因 此 ， 从 某 种 意 义 上 说 ， 即 使 不 掺 减 水 剂 ， 水 灰 比 定 则 也 已 经 成 为 概念掺 入 减 水 剂 后 ， 如 果 减 水 剂 提 供 的 是 纯 物 理 属 性 的 减水 ， 那 么 上 述 理 念 仍 成 立 然 而 所 有 减 水 剂 ， 更 不 要 说 缓 凝 、 引 气 、 早 强 等 复 合 型 减 水 剂 ， 均 有 其 化 学 属 性 ， 即 使 是 引 气 、 吸 附 等 物 理 现 象 ， 不 仅 改 变 了 凝 结 硬 化 过 程 ， 更 改 变 了 浆 体 硬 化 后 的 最 终 性 能 同 一 减 水 剂 与 不 同 “胶 ”将 具 有 不 同 的 过 程 和 不 同 的 浆 体 ， 同 一 “胶 ”与 不 同 减 水 剂 也 将 形 成 不 同 浆 体 ， 因 此 ， 同 一 水 灰 比 将 形 成 不 同 的 硬 化 浆 体 ， 显 然 ， 掺 入 减 水 剂 后 的 一 维 属 性 既 已 改 变 ， 水 灰 比 定 则 只 能 更 加成为概念。

但 是 水 灰 比 定 则 的 概 念 仍 是 指 导 生 产 和 科 研 的 重 要 工 具，我们需要的是如何修正、如何拓展保罗米公式还能用来确定现代混凝土的水胶比吗？梁文泉（武汉大学水利水电学院，教授）很 高 兴 应 《 商 品 混 凝 土 》 杂 志 之 邀 在 贵 刊 第 三 期 “特别 策 划 ”栏 目 中 谈 谈 混 凝 土 配 合 比 设 计 中 的 “水 灰 比 定 则 ” 问 题 ， 也 就 是 混 凝 土 的 抗 压 强 度 与 所 用 水 灰 比 之 间 的 关 系 问 题 ， 即 混 凝 土 科 研 界 和 工 程 界 普 遍 关 心 的 水 胶 比 公 式 问 题 这 个 问 题 一 直 困 扰 着 混 凝 土 工 程 界 并 为 此 争 论 不 休 ， 因 为 区 别 于 传 统 混 凝 土 材 料 组 成 ， 现 代 混 凝 土 组 成 材 料 中 普 遍 使 用 化 学 外 加 剂 ， 尤 其 是 高 效 减 水 剂 或 高 性 能 减 水 剂 和 矿 物 掺 合 料 为 了 弄 清 楚 在 混 凝 土 拌 合 物 中 掺 入 减 水 剂 以 后 ， 水 胶 比 公 式 是 否 还 可 用 来 计 算 混 凝 土 水 胶 比 的 问 题 ， 或 者 说 现 代 混 凝 土 配 合 比 设 计 中 是 否 还 可 以 采 用 保 罗 米 （ Bolomy） 水 灰 比 公 式 确 定 水 灰 比 的 问 题 ， 本 文 谈 一 谈 我 个 人 的 观 点 ， 供 广 大 混凝土科研人员和工程技术人员参考。

1 水胶比与水灰比水 “胶 ”比 与 水 “灰 ”比 的 一 字 之 差 ， 体 现 了 在 原 材 料 组 成 方 面 ， 现 代 混 凝 土 区 别 于 传 统 混 凝 土 的 特 点 ， 现 代 混 凝 土 的 胶 凝 材 料 组 成 中 既 包 括 了 硅 酸 盐 水 泥 ， 也 包 括 了 根 据 所 要 配 制 混 凝 土 的 性 能 合 理 选 用 的 矿 物 掺 合 料 ， 例 如 粉 煤 灰 、 磨 细 矿 渣 粉 等 在 这 种 情 况 下 ， 有 一 个 非 常 重 要 的 概 念 就 必 须要搞清楚了某 技 术 人 员 做 了 一 个 试 验 ， 即 在 水 胶 比 一 定 的 前 提 下 采 用 粉 煤 灰 取 代 等 量 的 水 泥 并 保 持 胶 凝 材 料 用 量 不 变 ， 观 察 混 凝土 7d 和 28d 龄期抗压强度随粉煤灰掺量增加的变化，其试 验方案见表 1这 位 技 术 人 员 发 现 ， 随 着 粉 煤 灰 取 代 水 泥 量 的 增 加 ， 混·1·商品混凝土Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete特别策划 2013年第 3期凝土 7d 和 28d 的抗压强度依次降低，粉煤灰掺量越大，混凝土 抗 压 强 度 降 得 就 越 多 。

这 样 的 试 验 只 进 行 到 第 4 组 似 乎 完 全 没 有 必 要 再 接 着 往 下 进 行 ， 就 可 以 得 到 上 述 结 论 了 ， 所 以 这 就 造 成 了 目 前 混 凝 土 工 程 界 的 “普 遍 共 识 ”： 只 要 掺 了 粉 煤 灰 就 降 低 混 凝 土 的 强 度 ， 掺 得 越 多 ， 强 度 越 低 因 此 在 很 多 工 程 中 特 别 是 所 谓 的 “重 点 工 程 ”中 ， 包 括 工 程 建 设 方 、 设 计 方 、 监 理 方 和 施 工 方 在 内 的 参 建 各 方 均 异 口 同 声 地 “枪 毙 ”粉 煤 灰 ， 转 而 采 用 “纯 水 泥 ” 限 于 篇 幅 的 问 题 ， 这 里 暂 且 不 去 讨 论 到 底 要 不 要 掺 粉 煤 灰 以 及 掺 多 少 的 问 题 ， 我 想 讲的是出现这种认识上的偏差其原因究竟是什么？2 关于水灰比定则水 灰 比 定 则 是 瑞 典 混 凝 土 专 家 保 罗 米 （ Bolomy） 在 上 世 纪 20 年代将混凝土 28d 抗压强度与水灰比的曲线关系式改为 线 性 的 公 式 ， 即 混 凝 土 28d 抗 压 强 度 与 灰 水 比 的 关 系 式 。

不 能 忘 记 的 是 得 到 该 关 系 式 即 水 灰 比 定 则 的 试 验 条 件 ， 当 时 使 用 的 是 硅 酸 盐 水 泥 、 级 配 良 好 而 清 洁 的 河 砂 以 及 粒 形 匀 称 的 石 子 ， 该 式 适 用 于 混 凝 土 拌 合 物 坍 落 度 30～ 90mm 的 塑 性 混 凝土现 代 混 凝 土 无 论 其 组 成 方 面 还 是 其 性 能 方 面 都 与 保 罗 米 当 时 的 试 验 条 件 和 要 求 相 去 甚 远 ， 例 如 现 代 混 凝 土 的 胶 凝 材 料 并 非 采 用 单 一 组 分 的 硅 酸 盐 水 泥 ， 再 如 通 常 混 凝 土 拌 合 物 的 流 动 性 均 大 于 90mm， 还 有 就 是 减 水 剂 的 普 遍 使 用 在 这 种 情 况 下 ， 仍 要 抱 着 保 罗 米 水 灰 比 公 式 不 放 ， 这 种 做 法 显 然 是 幼 稚 的 那 么 ， 保 罗 米 水 灰 比 公 式 中 混 凝 土 28d 抗 压 强 度 与 灰 水 比 的 关 系 是 不 是 仍 然 成 立 呢 ？ 答 案 是 肯 定 的 。

但 接 下 来 的 问 题 是 为 什 么 用 公 式 5.1.1 计 算 混 凝 土 的 水 胶 比 与 实 际水 胶 比 差 距 甚 大 呢 ？ 问 题 是 出 在 了  a 和  b 这 两 个 所 谓 的 与 骨 料 有 关 的 回 归 系 数 上 我 们 知 道 无 论 以 重 量 计 算 还 是 以 体积 计 算 ， 占 混 凝 土 重 量 或 体 积 一 半 以 上 的 是 骨 料 ， 这 就 意 味 着 影 响 混 凝 土 性 能 的 因 素 除 了 胶 凝 材 料 组 成 、 水 胶 比 和 用 水 量 以 外 ， 骨 料 的 品 质 和 用 量 是 非 常 重 要 的 然 而 ， 我 国 地 大 物 博 ， 岩 石 的 性 质 与 分 布 复 杂 而 广 泛 ， 各 地 的 骨 料 性 能 差 异 非 常 大 ， 也 就 是 说 这 两 个 与 骨 料 有 关 的 回 归 系 数 并 非 是 个 定 值，其差异因各地骨料品质的不同而非常大从 数 学 角 度 讲 ， 保 罗 米 水 灰 比 公 式 是 在 平 面 直 角 坐 标 系（ 纵 坐 标 为 混 凝 土 28d 抗 压 强 度 ， 横 坐 标 为 水 胶 比 的 倒 数 即 胶 水 比 ） 第 一 象 限 内 的 一 条 直 线 ， 当  a 和  b 确 定 后 ， 水 灰比 公 式 所 对 应 的 直 线 就 确 定 了 ， 即 是 唯 一 的 。

换 言 之 ， 如 果采 用 保 罗 米 水 灰 比 公 式 （ 或 经 过 改 形 的 ） 计 算 水 胶 比 ， 就 意 味 着 在 全 国 范 围 内 无 论 采 用 的 是 什 么 骨 料 、 无 论 拟 配 制 的 混 凝 土 的 性 能 如 何 ， 水 灰 比 公 式 所 确 定 的 直 线 在 全 国 只 有 两 条（ 因 粗 骨 料 品 种 不 同 ， 仅 仅 是 碎 石 还 是 卵 石 之 间 的 差 异 ） ， 这 怎 么 可 能 ？ ！ 保 罗 米 水 灰 比 公 式 之 所 以 不 能 用 于 现 代 混 凝 土 配 合 比 设 计 中 计 算 水 胶 比 ， 还 有 一 个 最 大 的 问 题 就 是 这 个公 式 赋 予 了  a 和  b 太 过 具 体 的 物 理 含 义 倒 是 美 国 硅 酸 盐 学 会 （ CPA） 的 Lyse 教 授 提 出 的 公 式 更 具 有 普 适 意 义 如 果设 y 为混凝土 28d 的抗压强度，x 为水灰比的倒数，a 和 b 分 别为直线 y=b+ax 的斜率和在 y 轴上的截距，这样就有普适性 的 公 式 ： y=b+ax。

各 地 、 各 厂 可 根 据 自 己 的 骨 料 品 质 情 况 回 归 出 适 用 于 自 己 的 a 和 b 系 数 这 就 意 味 着 ， 各 地 、 各 厂 根 据 自 己 的 实 际 情 况 可 以 有 不 同 的 线 性 方 程 ， 而 这 些 线 性 方 程 都 能 满 足 其 对 混 凝 土 性 能 的 要 求 ， 为 什 么。