传统的混凝土理论,即水泥石理论,已有近两百年的历史。这一理论认为混凝土主要由水泥石和
骨料组成,并提出了一个重要参数——
水灰比。然而,这种理论忽略了混凝土各组成部分对混凝土性能的影响,过度强调了水灰比的作用。在数学上,由于混凝土中有三个基本参数,除了单位用水量之外,其他两个参数必须有一个明确的规定,否则无法通过一个方程式来确定这三个参数。因此,增加了砂率和水灰比这两个参数。这些参数实际上是为了数学上的方便而引入的。传统理论认为水泥石强度是混凝土强度的主要来源,因此可以通过混凝土的设计强度来计算出水灰比。但是,水灰比并不是如保罗·米公式所述的与混凝土强度呈线性关系,尤其是对于高强度混凝土来说更为明显。砂率有两个方面的考虑,一个是
骨料的密实填充,另一个是混凝土强度的要求。砂率可以分为质量砂率(中国采用)和体积砂率(欧美采用)。体积砂率是在一定的水泥用量下,根据最佳细度模数得到的最佳砂石比例确定的。事实上,首先根据混凝土强度确定水泥用量,然后再确定砂石比例,这也是密实填充的一个过程,以满足保罗·米级配。体积砂率和质量砂率的理念是一致的,只是集料密度的比例不同。
王立久教授提出了混凝土组分的“三圆模型”,即混凝土由粗集料架构、
砂浆和界面过渡区组成。混凝土的强度来源于这三个部分的共同作用。由水泥石和细集料组成的砂浆被称为“混凝土砂浆”。粗集料架构指的是粗集料的空间布置,起到“增强效应”,类似于人体的“骨架”,而混凝土中的砂浆则相当于连接骨骼的“肌肉”,其中细集料就相当于“肌肉纤维”,在架构模型中起增强水泥石作用,混凝土砂浆起固胶结粗集料架构作用。粗集料与混凝土砂浆之间存在着界面过渡区。这个比喻形象地说明了混凝土中各个组成部分的重要性,缺少任何一个都会影响混凝土的整体性能。架构混凝土的一个重要参数是“
砂浆比”,即细集料体积与水泥浆的比率,它决定了混凝土的所有特性,包括强度和耐久性。“砂浆比的偏离”也是一个重要的概念,它指的是混凝土砂浆与所用水泥胶砂组分之间的差异。我们将使用标准砂制成的混凝土称为“标准混凝土”,从而建立了一个可供比较的标准。根据混凝土架构模型理论,只需要研究砂浆即可,特别是在砂浆比的偏离方面。这一理论开辟了一个新的研究和应用领域,但仍需要更多的同行共同努力。