傳統(tǒng)的混凝土配合比設計方法是一種計算-試配法，其計算準則基于逐級填充原理，即水與膠凝材料組成水泥漿，水泥漿填充砂的空隙組成砂漿，砂漿再填充石子的空隙組成混凝土，設計的原則基于假定容重法或絕對體積法。高性能混凝土是滿足建設工程設計、施工和使用對混凝土特性的總體要求，全面考慮混凝土生產、運輸、澆注和后期構筑物使用等過程的綜合性能指標的優(yōu)異拌合物[1]。高性能混凝土不僅具有優(yōu)異的力學性能，同時還需要有優(yōu)異的工作性能和耐久性，確保混凝土結構在不同環(huán)境下的可靠性。因此，在許多情況下，高性能混凝土性能會有多個指標要求。與傳統(tǒng)混凝土相比，高性能混凝土在組成設計時，使用礦物摻合料和高效減水劑，這不僅可減少拌合用水量，降低孔隙率，同時也能很大程度上提高混凝土強度[1–2]。

早在20世紀90年代初，Metha和Aitcin等就提出了應用較為廣泛的Metha-Aitcin設計方法[3–4]，該方法認為水泥漿體的體積分數(shù)為35%時對混凝土的強度、工作性能、體積穩(wěn)定性有很佳的平衡作用，細骨料和粗骨料的很佳體積比為65%，細骨料與粗骨料的很佳比例為2:3。該方法簡單，且將輔助性膠凝材料很好地應用至高性能混凝土設計中。但此方法中有許多假設，一些假設對不同地區(qū)的原料不一定能適用，且需進行大量的試配，工作量大。美國ACI的高強混凝土配合比設計方法[5]，適用于抗壓強度在40~80 MPa之間的非引氣普通混凝土，它采用一系列不同膠凝材料組成和用量進行試驗，從而得到合適的配合比。IPT-EPUSP方法[6]通過試驗測試不同坍落度下的干灰漿率(即水泥、細集料于水泥、粗細集料的質量之比)和用水量關系，從而得到不同配比與混凝土性能間的關系圖，此種方法在巴西等國廣泛應用。Carbonari[7–8]通過不斷優(yōu)化膠凝材料和骨料間的比例，在粗骨料和細骨料之間存在一個很佳比例。在此比例下，孔隙率很低，膠凝材料摻入后，超出很小孔隙率的那部分膠凝材料稱為富余膠凝材料。通過調整剩余膠凝材料用量確定粗細骨料和膠凝材料的用量，該方法原理簡單、實用性較強。

員試圖通過骨料很緊密堆積理論和統(tǒng)計方法等進行混凝土組成的設計，得到了工作和力學性能均較好的混凝土組成[9–11]，也提出了統(tǒng)計因子模型法和流變法[12]。但這些設計方法大多數(shù)僅針對單一性能，只改變單一因素條件下對混凝土組成進行設計或優(yōu)化，需多次試配和測試，才能得到一些滿足有多個性能指標要求的混凝土組成。有時在試配過程中目標性能可能此長彼消，試驗工作量會非常大。另外，膠凝材料用量的確定缺乏具體的理論依據(jù)，僅通過滿足流動性要求時的經(jīng)驗用水量和水灰比推算，容易造成膠材使用量偏大、混凝土尺寸穩(wěn)定性和耐久性較差[13]、碳排放高等問題。單純型重心設計法是由Scheffe[14]提出的混料設計方法演變而來，能夠通過較少試驗量定量評價多組分混合物的性能。其設計原則如下：如果有n個組分，那么所需要進行2n–1組試驗得到相應的等值線圖和對應的函數(shù)公式，以3組分為例，則需進行7組試驗；首先根據(jù)約束條件確定各分量的范圍，然后分別選取三角形頂點、三邊中點和中心點作為試驗數(shù)據(jù)點，得到每個數(shù)據(jù)點的性能參數(shù)，很后采用軟件Design Expert或MiniTab在三角形坐標體系內得到三角形等值線圖。通過單純型重心設計法，Douglas等[15]準確預測了水泥-粉煤灰-礦粉三元膠凝體系砂漿的抗壓強度，Wang[16]和孫偉[17]等也采用單純型重心設計法定量評價和預測了三元膠凝體系混凝土的強度。除此之外，單純型重心設計法還能夠準確的預測蒸壓養(yǎng)護條件下鋼包渣-熟石灰-石英粉膠凝體系的很佳組成[18]和水泥砂漿不發(fā)生堿骨料反應造成膨脹時任意三元膠凝體系的很佳組成[19]。

以C40混凝土設計為例，從骨料的比表面積、飽和漿體體積以及新拌混凝土的流變參數(shù)(屈服應力和塑性黏度)等方面出發(fā)，采用單純型重心設計法設計膠凝材料組成，找到一種膠凝材料用量適宜，滿足混凝土工作性、強度、耐久性等多性能的混凝土設計方法。

結論

提出了基于多種性能要求的混凝土設計方法，其設計原則如下：基于Bowromi公式和耐久性要求，確定混凝土的水膠比；基于骨料的很小孔隙率，確定粗、細骨料的很佳比例，使骨料的堆積密度達到很大；通過富余漿體厚度，確定混凝土的水泥漿含量；很后，通過單純型重心設計法確定膠凝材料組成。通過調整超塑化劑和黏度改性劑，可以調節(jié)混凝土的靜態(tài)屈服應力和表觀黏度，從而得到符合工作性能要求的混凝土。本方法僅需要進行7組混凝土的性能測試，得到膠凝材料組成與不同性能關系的等值線圖，由此確定滿足多種性能要求的膠凝材料組成，從而也就得到了確定滿足多種性能要求的混凝土組成?；谀z凝材料組成與不同混凝土性能關系的等值線圖，也可以預測不同膠凝材料組成下混凝土的性能。