混凝土的配合比是其灵魂，对混凝土性能、质量和耐久性的好坏具有重要影响。在制定配合比时，我们必须遵循科学的理论依据和原则。
1. 配合比的演变
二十年前，混凝土的配合比主要基于比表面积法。该理论有助于理解混凝土的强度和收缩特性。随着混凝土技术的发展，尤其是高性能混凝土的出现，比表面积法已不再适用于指导现代混凝土的配合比设计。
2. 旧配合比和现代混凝土的不适应性
旧的比表面积法理论在指导现代混凝土的配合比方面遇到了以下挑战：
砂率对强度的影响不再明显。
水灰比与强度的关系不再线性，特别是对于 C40 以上的混凝土。
以比表面积理论为基础的旧配合比规程无法准确指导现代混凝土的配合比设计。
3. 原因和困惑
上述变化主要归因于以下因素：
现代破碎机械的改进，大大减少了粗骨料中的针片状含量。
高效减水剂和矿物掺合料的使用降低了混凝土所需要的水灰比。
现代建筑物中广泛使用的高强度混凝土。
水泥细度的提高。
其他导致变化的因素包括：
高性能混凝土的普及。
泵送技术的广泛使用。
大掺量粉煤灰的使用。
高效减水剂的应用。
水泥闭路磨的使用，导致水泥细度的提高。
混凝土科技的根基
混凝土理论犹如一座参天大厦，而近两百年的混凝土科学发展便是奠定其基础的必备要素。其中，配比技术中的比表面积理论、水灰比理论以及骨料和水泥的使用等，便是这座大厦的基石。现如今这座根基却出现了问题，这无疑是混凝土学科面临的重大挑战。
混凝土配比技术的现状
近二十年来，我国混凝土科技界呈现出一种异象：经验丰富的科技工作者、教授甚至院士无法有效指导现场常见的技术难题；权威著作和公认结论却常在施工现场被推翻。究其原因，便是用二十年前的比表面积理论和规范指导现代混凝土，尤其是高性能混凝土的配比，误差极大。
配比技术已从过去的半经验、半理论模式转向完全依赖经验的模式。工地上的配比工作主要由工程师的经验主导。必须建立新的配比理论，使其与现代混凝土技术进步相适应并适用于工程实践。这项工作绝非易事，也非个人之力所能为。本文便是作者在这个课题上所做的探索。
建立现代混凝土配比理论的原则
在探讨现代混凝土配比时，作者提出以下重要原则：
1. 坍落度
首先考虑坍落度，这至关重要。坍落度的大小取决于诸多因素，诸如混凝土结构的尺寸、强度要求、钢筋密度、施工作业条件、季节变化、水泥性能等。经验丰富的工程师应当根据具体情况确定工程所需的坍落度。
我们应坚持的基本原则是：坍落度越小，混凝土的抗冻、抗渗、抗裂缝、抗碳化和耐久性越好。尽管在一些特殊情况下，并非所有混凝土都能满足此原则（例如高温大风等），但作者认为，在目前的混凝土技术发展水平下，此原则总体上是正确的。
需要明确的是，坍落度是施工工艺的需要，而非混凝土或工程的需要。对于钢筋密集、体积较小、层高较高、采用混凝土泵输送的混凝土，我们的施工工艺水平不足以保证低坍落度混凝土的流注和密实。我们必须接受一个原则，即增加坍落度是当前施工工艺水平的需要。
20 世纪 70 年代以前，我国提倡使用干硬性混凝土，特别是在机场、码头和预制构件领域，通过强震成型等方法，大大减少了混凝土裂缝，提高了工程质量。当时我国的施工工艺和配比原则也是尽可能降低坍落度，使用干硬性混凝土。
20 世纪 70 年代末，高效减水剂的出现大幅降低了水灰比。当时人们认为，许多问题（如强度、裂缝等）都是水灰比过大造成的，而高效减水剂解决了水灰比问题。干硬性混凝土施工难度大，劳动强度高。施工中尽可能避免使用干硬性混凝土，除了机场、少数预制构件行业还在使用外，其他行业，尤其是房屋建筑行业，逐渐放弃使用干硬性混凝土。
工地上开始大量使用塑性混凝土、流动性混凝土和高性能混凝土，其特点便是坍落度越来越大。现在我们反思这一转变，对混凝土和工程质量，尤其是耐久性，是否有益？
首先需要研究高效减水剂带来的影响。主要体现为水灰比的大幅降低。目前工地很少使用水灰比大于 0.5 的混凝土，水胶比更低。混凝土的单方用水量也基本上控制在 160 公斤以下，这些都是高效减水剂带来的变化。
这些变化提高了混凝土的 28 天强度，降低了施工工人的劳动强度。但放弃优先使用干硬性混凝土的原则带来了一大变化，即单方混凝土的容重降低，粗骨料用量也随之降低。这使混凝土的体积稳定性变差，裂缝产生的可能性增加。
另一个较为严重的问题（也是科技界争论较多的问题）是高效减水剂对混凝土质量和耐久性的负面影响。许多试验表明，高效减水剂会增加混凝土的收缩，增大产生裂缝的可能性，还会加速干缩，这些都对耐久性产生了极不利的影响。作者根据自己的工程实践也赞同这一观点。
作者认为，尽可能降低坍落度，重新提倡优先使用干硬性、半干硬性或塑性混凝土，尽可能少用大流动性混凝土，仍然是当前做好配比的第一指导原则。过去放弃这一原则，主要是被高效减水剂对强度提高、水灰比大幅降低等正面影响迷惑，而对其负面影响研究较少，这一点值得反思。
2. 粗骨料
在满足强度和施工工艺要求的前提下，尽可能增加粗骨料用量应成为配比中的重要原则。粗骨料的减少会提高砂浆浆体的体积，而浆体体积的增加会增大裂缝发生的可能性。如果构件暴露在空气中，干缩会变得更加严重，耐久性下降。水泥用量也会增加，工程成本随之增加。
作者一直提倡使用连续级配，因为在满足碎石针片状含量规范要求的前提下，粗骨料的最大粒径应为 4 厘米，而不是2厘米（前提是当碎石采用锤破或反击破，而不是颚破）。
3. 水泥用量
在满足强度和施工工艺要求的前提下，尽可能降低水泥用量也是配比中的重要原则。水泥用量过大可能带来以下不利影响：水化热过高、裂缝增多、抗冻抗渗性能下降、发生假凝的可能性增大、耐久性变差、工程成本增加、对环境保护不利。尤其是细度大于 380 平方米/千克、终凝时间低于 3 小时的水泥，负面影响可能会更明显、更严重。我们应考虑尽可能降低水泥用量。
以上是作者认为做好现代混凝土配比的重要原则。与过去尽可能降低砂率和水灰比的指导原则相比，有较大变化。作者经过实践认为，对于现代 C40～C60 混凝土，砂率和水灰比对各项性能指标的影响已变得复杂，是提高好还是降低好要根据具体情况而定。尽可能降低砂率和水灰比已不能作为现代混凝土配比设计的指导原则。
优化混凝土配合比设计流程
本优化流程基于作者的丰富经验，旨在指导工程师设计符合工程要求和施工条件的现代混凝土配合比。
步骤 1：确定混凝土类型
根据工程需求和施工条件（如施工工艺、环境、构件尺寸和钢筋密度），选择合适的混凝土类型，例如干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土或高性能混凝土。优先选择干硬性混凝土，其次依次为半干硬性混凝土、塑性混凝土和高性能混凝土。
步骤 2：确定单位容重
经验表明，干硬性混凝土的容重为 2480-2550 公斤/立方米，半干硬性混凝土为 2430-2480 公斤/立方米，塑性和高性能混凝土为 2380-2450 公斤/立方米。具体选择以粗骨料的视比重为参考。
步骤 3：确定胶凝材料用量
根据混凝土的类型和要求的性能，确定胶凝材料（如水泥）的用量：
干硬性混凝土：280-330 公斤/立方米
半干硬性混凝土：320-360 公斤/立方米
塑性混凝土：380-450 公斤/立方米
高性能混凝土：450-500 公斤/立方米
步骤 4：确定粗骨料用量
根据混凝土的类型和单位容重，确定粗骨料的用量：
干硬性混凝土：1380-1450 公斤/立方米
半干硬性混凝土：1330-1380 公斤/立方米
塑性混凝土：1250-1350 公斤/立方米
高性能混凝土：1000-1300 公斤/立方米
通过完成上述四个步骤，可以为砂率和用水量等其他配合比参数设定限制范围，从而优化混凝土配合比设计，确保其符合所需性能和施工要求。