0前言

配合比设计是混凝土材料科学中最基本而又最重要的一个问题。然而，由于混凝土是一种高度非均质的多相复杂体系，且随着原材料的变化和性能要求的不断提高，混凝土配合比设计越来越复杂，配合比设计要素也越来越多，浆体比就是其中之一。浆体比是指混凝土中胶凝材料和水的体积之和与混凝土总体积的体积之比，可由式（1）计算：

式中，Vp为浆体比；Vw、Vc和VMA分别代表水、水泥和掺合料的体积；V总为混凝土的总体积。浆体比影响混凝土的新拌性能、力学性能、收缩性能和耐久性能等，浆体比过低使得骨料表面包裹的浆体量减少，影响混凝土的和易性；而浆体比过高又会增大混凝土内部的水化热和不均匀收缩，导致混凝土结构的稳定性下降，影响混凝土的耐久性和抗裂性。

基于复合材料学理论可知，浆体组分中的孔隙和裂缝的体积要远高于骨料的孔隙，因此，适量减小浆体所占的比例将会有效地获得混凝土的最小孔隙率，使拌制出的混凝土具有较好的工作性、较高的强度及优异的耐久性和抗裂性。因此，选择浆体比的原则是：在满足混凝土各项性能要求的前提下，尽可能选择最小的浆体比。目前，我国铁路行业标准TB/T3275—2011《铁路混凝土》、普通混凝土标准GB/T50746—2008《混凝土结构耐久性规范》和道路用混凝土都分别提出了对浆体比的要求。

1浆体比对混凝土性能的影响

1.1浆体比对混凝土新拌性能的影响

混凝土的新拌性能又称工作性能，主要是指混凝土的和易性，影响因素包括用水量、胶凝材料和骨料等，因此，浆体比的大小对混凝土的新拌性能影响很大。

王林等研究发现在新拌混凝土中，浆体主要起润滑作用，赋予混凝土较好的和易性。如果浆体比过小，混凝土中浆体含量较少，砂石表面包裹的浆量就少，此时混凝土的流动性较差。许朝阳认为浆体比过小时，骨料比重较大，不仅使混凝土流动性降低，而且易发生泌水、离析现象，随浆体比增加，和易性会逐渐变好。以上学者的研究表明，浆体比过小影响混凝土的和易性，为使混凝土具有较好的新拌性能，不应将浆体比定的过小。

1.2浆体比对混凝土力学性能的影响

通常所说的混凝土力学性能主要是指混凝土的抗压、抗折和抗拉等各项强度指标和耐磨性等。郭洪娟等研究了等级为C30的混凝土在不同浆体比条件下3d、7d、28d、56d的抗压强度，结果表明，浆体比较小的混凝土早期强度较高，但浆体比较大的混凝土后期强度发展迅速。这是因为混凝土早期水泥没有充分水化，影响混凝土强度的主要是骨料，浆体比小的混凝土中骨料含量相对较高，因此早期强度较高；随着混凝土中水泥的逐渐水化，浆体比大的混凝土强度的增长速度一般高于浆体比小的混凝土的增长速度；同时还应考虑水灰比的作用，不同水灰比条件下，浆体比对混凝土强度的作用规律也是不同的，因为水灰比的不同影响了浆体与骨料的粘结界面。

吴继兰等通过研究高强混凝土28d抗压强度与浆体比的关系发现，浆体比对高强混凝土抗压强度的影响有一个明显的区间，在这一区间内强度会随浆体比的增大而明显提高，超过该区间，二者的关系开始钝化。这说明混凝土浆体比存在一个最佳值，即在满足强度要求的同时，又可以节约水泥。美国学者Mehta、Aitcin教授对高性能混凝土进行了大量的研究，认为要使混凝土同时达到最佳的施工和易性和强度性能，混凝土的浆体比应在0.35左右。

郑秀华等研究了浆体比对轻骨料混凝土28d抗压强度和耐磨性的影响规律。研究表明，在一定范围内，随着浆体比的增大，混凝土28d抗压强度增大，耐磨性提高。

刘广同等研究发现在一定范围内，混凝土各龄期抗压强度均随浆体比的增大出现先升高后降低的趋势，如图1所示，各龄期抗压强度达到最大值时的浆体比为0.35。但通过研究浆体比对混凝土Cl-扩散系数的影响，最终将最佳浆体比定为0.325。

以上学者的研究表明，无论是普通混凝土、高强混凝土、高性能混凝土还是轻骨料混凝土，在一定的范围内增大浆体比对提高混凝土的强度和耐磨性有利，但是浆体比的最佳值不一定是使混凝土强度达到最高的值，应根据实际工程对混凝土的强度要求结合其他性能要求来确定此最佳值。

1.3浆体比对混凝土收缩性能的影响

混凝土的收缩性能也会受到用水量、胶凝材料用量和骨料用量等的影响。因此，研究学者对浆体比与混凝土收缩性能的关系做了大量研究。郭洪娟等研究了C30混凝土在不同浆体比条件下各龄期的收缩性，结果表明，在一定的范围内，混凝土的各龄期收缩值都会随浆体比的增大而增大，浆体比较小的混凝土随龄期的增大收缩发展趋势也较缓。廉慧珍等也认为水胶比一定时，浆体比小的，抗收缩性强、体积稳定性好、开裂风险低，反之则相反。

熊剑平认为浆体与骨料相比，其属于道路混凝土中薄弱的多孔部分，加上浆体是水化收缩作用的根源，所以也是耐久性和抗裂性设计控制的因素之一。因此，针对属于薄壁大平面板结构的道路混凝土而言，仍需要通过限制其浆体比达到控制施工抗裂性和早期抗裂性的目的。通过研究可以发现，当浆体比按一定比例增大时，混凝土的早期收缩变形值几乎增大相同的比例，这说明了浆体比与道路混凝土的早期收缩有显著关联。这是因为浆体是混凝土内部水化热和毛细管可蒸发水量的主要来源，增大浆体比，混凝土内部的水化热增大，可蒸发毛细管中水量的增加导致了毛细管拉力的增大，再加上增大浆体比会相应降低起限制收缩开裂作用的骨料含量，这三者的综合作用导致了混凝土早期抵抗收缩变形能力的降低。

F.M.Lea不加掺合料，制作了不配筋的素混凝土试件，测试其6个月的标准收缩，然后将水灰比为0.5、特征强度为50MPa条件下测得的骨灰比对混凝土试件标准干缩值的影响单独作图，结果如图2所示。实验结果表明，水灰比一定（特征强度基本相同）时，骨灰比越高，标准收缩越小。这是因为骨灰比越大，水泥用量就越少，即浆体比越小，引发收缩的浆体含量越少；而骨料含量越多，限制浆体收缩的约束越强。

以上学者的研究表明，在一定范围内，浆体比越小，混凝土的抗收缩开裂性能越好。

1.4浆体比对混凝土耐久性能的影响

郭洪娟等还研究了等级为C30的混凝土在不同浆体比条件下各龄期的抗氯离子渗透性，结果见图3。结果表明，在一定范围内，混凝土各龄期的抗氯离子渗透性均随浆体比的增大而变弱，即浆体比小的混凝土抗氯离子渗透性更强，最佳浆体比为0.325。刘广同等也研究了浆体比对混凝土氯离子扩散系数的影响，选择的浆体比范围更宽，在此范围内，混凝土的氯离子扩散系数随浆体比的增大呈现先减小后增大的趋势，根据最小氯离子扩散系数选择的最佳浆体比为0.325，与郭洪娟等研究得出的最佳浆体比一致。

樊晓红研究了无砂透水混凝土的抗冻性与浆体比的关系。研究表明，水胶比相同时，在一定范围内，混凝土的抗冻性随着浆体比的增大而增强。

以上学者的研究表明，浆体比对不同的耐久性能影响趋势不同，因此，合理的浆体比要根据实际工程的需要进行确定。

2合理浆体比的确定

2.1高速铁路用混凝土的浆体比

在我国铁路行业标准TB/T3275—2011中，对混凝土的浆体比提出了如表1所述的要求。

高速铁路工程所使用的混凝土构件很多，如：桥梁承台和墩台身、涵洞的侧墙和盖板、各种混凝土梁、无砟轨道及基座、电杆和路基支挡等，这些构件所使用的混凝土按规定必须是高性能混凝土，比普通铁路所使用的混凝土使用年限要求更久，即无论是强度、耐磨性还是工作性、耐久性的要求都更高，强度的选择一般至少为C50等级以上。

然而，根据以上学者的研究，减小浆体比对混凝土的强度、耐磨性、工作性和抗冻性不利，而对抗裂性、抗氯离子侵蚀等性能有利，由于这一矛盾的存在，浆体比的限值不能太低也不能太高。因此，高铁混凝土浆体比的限值参照表1所示较为合理。

2.2预拌混凝土的浆体比

根据北京某混凝土搅拌站各强度等级混凝土的配合比计算其浆体比如表2所示。

从表2各强度等级混凝土的浆体比可以看出，搅拌站配制的混凝土的浆体比稍高于铁路用混凝土，这是由于预拌混凝土为大坍落度混凝土，需要较好的施工工作性，因此,浆体体积所占的比例较高，即可以选择比铁路用混凝土稍高的浆体比。

2.3海工混凝土的浆体比

海工工程使用的混凝土主要用于建防波堤、码头胸墙和防浪冲击用扭王字块等。

表3、表4分别为通过某海工工程1和某海工工程2所使用的混凝土配合比计算得到的浆体比。

由表3和表4可以看出，现有海工混凝土的浆体比小于高铁用混凝土和预拌混凝土的，这是由于海工混凝土相对于高铁用混凝土和预拌混凝土有着更加特殊的要求：体积稳定性要求更高，严格控制收缩开裂，抗氯离子渗透性能更好等。由以上学者的研究可知，为了满足这些要求，需要降低混凝土的浆体比。然而，降低混凝土的浆体比存在着施工工作性差的问题，不利于施工。为解决这一问题，海工工程通常在施工现场设立搅拌站来缩短运输距离和运输时间。结合海工工程实际情况和相关标准，建议浆体比满足表5所述的要求。

3结论

（1）在一定范围内，浆体比的减小对混凝土各性能的影响不同：使混凝土流动性降低，造成施工和易性变差；使混凝土抗压强度和耐磨性降低；使混凝土抗收缩能力增强，有效控制开裂；使混凝土抗氯离子渗透性增强，但会降低混凝土的抗冻性。

（2）由于以上矛盾的存在，使得各项工程所使用的混凝土浆体比各有不同，合理的浆体比需要根据不同工程所处的环境条件和设计要求来确定，这对保证工程的质量和使用年限十分重要。

（3）由于海工混凝土相对于其他工程使用的混凝土有着更加特殊的要求，因此，在满足其他性能要求的前提下，应选择最小的浆体比。