工程案例
業務范圍
高性能混凝土配合比設計
發布時間：2014-08-05
一、前言隨著當前經濟快速發展及城市建設的需要，高性能混凝土應運而生，如何設計高性能混凝土成為關鍵，本文就針對高性能混凝土配合比設計及原材料選擇提出一些看法。
一、配合比設計
通過長時間的小級配試驗及生產的控制，初步確定了自己的計算方法。現行采用的計算方法是由體積法演化而來，先由砼強度等級、水泥標號及實際強度等因素來確定水灰比，再根據澆筑方式確定用水量。當原材料沒有太大變化時，一般泵送的料用水量取200Kg/m3，非泵取195Kg/m3，樁取210Kg/m3，然后得出水泥用量及摻合料用量。
與體積法的一點區別是，在計算中將摻合料（F、SG）及膨脹劑的體積也都考慮到砼體積內，而不是將其考慮成占用了砂的體積。
采用以下公式計算：
VC+VW+VS+Vg+VF+VSG+VUEA+0.01а=1000 …………………… ①
S/(S+G) …………………… ②
砂率根據現場砂的實際情況憑經驗選取，各組份的密度則由試驗確定。
這種計算方法，對于C40以下的砼不成多大問題，但對于C40以上的砼則需將計算后得出的各組份的用量在此基礎上稍加調整，具體調整方法還需進一步試驗，或者采用其他的計算方法。
二、原材料
（一）、水泥
“水泥進場時應對其品種、級別、包裝或散裝倉號、出廠日期等進行檢查，并應對其強度、安定性及其他必要的性能指標進行復驗，其質量必須符合現行國家標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175等的規定。
當在使用中對水泥質量有懷疑或水泥出廠超過三個月（快硬硅酸鹽水泥超過一個月）時，應進行復驗，并按復驗結果使用。
鋼筋混凝土結構、預應力混凝土結構中，嚴禁使用含氯化物的水泥。
檢查數量：按同一生產廠家、同一等級、同一品種、同一批號且連續進場的水泥，袋裝不超過200t為一批，散裝不超過500t為一批，每批抽樣不少于一次。
檢驗方法：檢查產品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告。”
對水泥的復試主要包括以下幾個方面：
一、 細度（GB/T1345-2005）
水泥細度通常用篩析法或比表面積測定。篩析法稱25g用80µm方孔篩的篩余量或10g用45µm方孔篩的篩余量來表示，比表面積法以1Kg水泥所具有的總表面積（m2/Kg）表示。通常在生產中，只使用篩析法，其篩余量不得超過10%，凡細度不符合規定者為不合格品。
水泥顆粒越細，與水反應的表面越大，因而水化較快而且完全，水泥的早期和后期強度都較高，但是細度太細在預拌砼中會帶來一定的不利影響。細度小，所帶來的最直接的影響就是水泥的凝結時間縮短，反映到預拌砼中，則是坍落度損失加大，會對預拌砼的泵送、振搗帶來一定的麻煩，特別是水泥采用新標準后，各廠家為了強度能達標，往往將水泥磨的很細，一般水泥細度小于1%后，就會對砼性能產生較明顯的影響。因此，在生產中要經常檢測水泥細度，一旦發現水泥細度較小時，可在砼拌合料中加入適量礦粉取代等量的水泥，以“稀釋”砼拌合料中水泥的比例。
二、 標準稠度用水量（GB/T1346-2001）
水泥標準稠度凈漿對標準試桿的沉入具有一定的阻力，通過試驗不同含水量水泥凈漿的穿透性（沉入34±1mm），以確定水泥標準稠度凈漿中所需加入水的量即為標準稠度需水量。硅酸鹽水泥標準稠度需水量一般在126~142ml之間最理想。小于126ml時，砼拌合料對用水量太敏感，稍微加減水就會使坍落度變化很大，使得坍落度難以控制，但是，如果將坍落度控制好的話，那會改善砼的保坍性，給預拌砼帶來一些好處；大于142ml時，會使砼拌合料中的用水量增加，直接影響到砼強度，同時會使坍落度損失加大。在遇到標準稠度需水量偏大時，可采取以下幾種方法來改善砼性能：1、增加理論用水量以保證砼強度；2、提高外加劑摻量以保證保坍性；3、摻入適量礦粉以“稀釋”水泥的比例。
三、 凝結時間（GB/T1346-2001）
標準規定普通硅酸鹽水泥初凝時間（沉入36±1mm）不得早于45min，終凝不得遲于600min。凡初凝不合規定者為廢品，終凝不合規定者為不合格品。
規定水泥的凝結時間在施工中具有重要的意義，初凝不宜過快是為了保證有足夠的時間在初凝之前完成砼泵送、澆搗等各項工序的操作；終凝不宜過遲是為了砼在澆筑完畢后，能盡早凝結硬化產生強度，以利于下一道工序的及早進行。
四、 安定性（GB/T1346-2001）
水泥的體積安定性是指水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻性，體積安定性不合格者作廢品處理。
水泥安定性用試餅法或雷試夾法測定，有異議時以雷試夾法為標準。
五、 強度（GB/T17671-1999）
水泥強度是評定其質量的重要指標，也是預控砼質量的首要因素。水泥強度不合格時為不合格品。
當水泥強度變化時，則需調整水灰比，以保證砼強度。
對于商品混凝土生產企業試驗室，水泥的以上幾項性能是必檢項目，同時也是預控商品砼質量的首要考慮因素。
（二）、骨料
“普通混凝土所用的粗、細骨料的質量應符合國家現行標準《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ52-2006的規定。
檢查數量：按進場的批次和產品的抽樣檢驗方案確定。
檢驗方法：檢查進場復驗報告。”
混凝土拌合料中用的骨料按其粒徑大小分為細骨料和粗骨料兩種。粒徑為0.08~5mm的骨料稱為細骨料，粒徑大于5mm的稱為粗骨料。
從骨料的概念中，可以分析出以下兩點：1、從砼拌合料的宏觀角度考慮，骨料不應有砂和石之分，而是粒徑從0.08mm開始到最大粒徑這一系列顆粒組成的連續級配；2、從原材料檢驗及生產質量控制角度考慮，要嚴格區分區分砂和石：5mm及其以上粒徑的為石子，以下的為砂，即5mm這一粒徑的骨料也屬于石子。
立足于這兩點，在配合比設計及施工配合比確定中，就能找出一些規律。
首先是石子最大粒徑的確定。石子公稱粒級的上限稱為該粒級的最大粒徑。最大粒徑增大時，石子的總表面積減小，因此包裹其表面的所需的水泥漿體也減少，可節約水泥，且在一定和易性及水泥用量的條件下能減少用水量而提高強度。不過對于強度等級較高（>C40）時，使用粗骨料最大粒徑超過40mm時，對強度并無多大好處，因為此時由于減少用水量而獲得的強度提高被大粒徑骨料造成的不均勻性和較少粘結面積的不利影響所抵消。按GB50204-2002規定：“混凝土用的粗骨料，其最大顆粒粒徑不得超過構件截面最小尺寸的1/4，且不得超過鋼筋最小間距的3/4。”同時考慮到預拌砼泵送的特點，最好將石子的最大粒徑控制在31.5mm以下。
其次，由于我們采用的是5~16mm和16~31.5mm兩種石子的復配來組成粗骨料的，因此在粗骨料內，我們同樣得遵循第一條原則，將粗骨料復配成5~31.5的連續級配。通過顆粒級配試驗可以確定兩級配的比例。
另外，由于自然砂內有部分卵石（5mm及其以上的顆粒），因此必須將這部份骨料在粗骨料中扣除，由于砂中的卵石粒徑一般都小于16mm，所以，直接扣除5~16mm的骨料即可。
最后，通過以上幾點，可以獲得較為理想的骨料組合體。但是由于砂顆粒級配狀況的變化，必須通過小級配試驗來確定最佳砂率，以獲得最佳的組合體，即獲得最佳砂率。
（三）、摻合料
“混凝土中摻用礦物摻合料的質量應符合現行標準《混凝土礦物外加劑應用技術規程》DB/T1013-2004 J10364-2004《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2005等的規定。礦物摻合料的摻量應通過試驗確定。
檢查數量：按進場的批次和產品的抽樣檢驗方案確定。
檢查方法：檢查出廠合格證和進場復驗報告。”
混凝土生產中為改善其某些性能、調節混凝土強度等級、節約水泥材料、而加入的人造或工業廢料及天然的礦物材料，稱為混凝土摻合料。其可分為活性摻合料和非活性摻合料。
活性摻合料是指某些自身具有水硬性的材料，如堿性粒化高爐礦渣、增鈣液態渣、燒頁巖灰等。或者某些自身不具有水硬性，但經磨細與石灰或石灰和石膏拌合在一起，加水后能在常溫下具有膠凝性的水化產物，既能在水中也能在空氣中硬化，這種材料稱為具有活性的水硬性材料，如酸性粒化高爐礦渣、硅粉、沸石粉、粉煤灰、燒頁巖以及火山灰質材料，如火山灰、浮石、凝灰巖、硅藻土、蛋白石等。
非活性摻合料是指某些不具有水硬性或活性甚低的人造或天然礦物材料，一般與水泥不起化學反應或反應很小，摻入混凝土中主要起填充作用和改善混凝土的和易性，如磨細石英砂、石灰石、粘土等。
1.粉煤灰（GB1596-2005）
粉煤灰是由電廠煤粉爐排出的煙氣中收集到的灰白色顆粒粉末，是將磨成一定細度的煤粉在溫度高達1100℃~1500℃的煤灰鍋爐中燃燒后收集得到的細灰。在高溫懸浮燃燒過程中，煤粉中含炭成分被燒掉，而其所含的頁巖及黏土質礦物被熔融成液滴，當它們被煙道氣帶出并急速冷卻時，即形成粒徑大約在1μm~50μm的微細球狀顆粒。它表面光滑呈球形，密度1.95~2.40g/cm3。粉煤灰的成分與高鋁粘土相接近，主要以玻璃體狀態存在，另有一部分為莫來石、α石英、方解石及β硅酸二鈣等少量晶體礦物。其主要化學成分為SiO2占40%~60%;Al2O3占20%~30%;Fe2O3占5%~10%，以及少量的氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉、氧化鉀、三氧化硫等。粉煤灰的活性主要取決于玻璃體的含量，以及無定形的氧化鋁和氧化硅的含量，而粉煤灰的細度、需水量比也是影響活性的兩個主要物理因素，因此粉煤灰應有嚴格的質量控制。
1.1 細度
細度表示顆粒的粗細程度，目前各國粉煤灰細度指標的表征方法主要有兩種，一種用比表面積（cm2/g）表示，一種用45μm篩篩余量（%）表示（Ⅰ級：≤12%；Ⅱ≤25%；Ⅲ≤45%）。我國用后者表征細度指標，篩余量越多，則細度指標值越大，粉煤灰顆粒越粗。
細度對粉煤灰質量的影響主要表現在三個方面。第一，影響粉煤灰的需水量。光學顯微鏡下觀察，粉煤灰由結晶體、玻璃體和少量未燃燒碳組成。其中玻璃體（主要成分是Al2O3和SiO2）占有較大的比例（約50%~80%）。細度大則顆粒粗，意味著疏松多孔的玻璃體含量和粗大的未燃碳含量偏多，這些補規則多孔玻璃體和碳顆粒表面粗糙，蓄水孔多，粉煤灰需水量增加。所以，就一般情況而言，粉煤灰細度越大，其需水量越大，摻入該粉煤灰混凝土的單位用水量也增加，造成混凝土性能劣化。相關研究也表明了粉煤灰細度與粉煤灰需水量，粉煤灰需水量與混凝土用水量的這種相關關系。第二，影響粉煤灰混凝土拌合物的粘聚性。第三，影響粉煤灰的活性。粉煤灰愈細，其活性成分參與反應的表面積愈大，反應速度則愈快，反應程度也愈充分。有資料認為：5μm~45μm顆粒愈多，粉煤灰活性愈高，大于80μm的顆粒對粉煤灰活性不利。研究也表明，粉煤灰的膠凝系數隨細度的增大（顆粒增粗）而減少。
1．2 需水量比
現行規范采用水泥砂漿的跳桌流動度試驗來測定需水量比。即在跳桌流動度相等的條件下，粉煤灰水泥砂漿需水量與不摻粉煤灰的水泥砂漿需水量之比。GB1596-2005附錄B規定：“所需達到的同一流動度為130~140mm范圍內，試驗樣品：75g粉煤灰，175g硅酸鹽水泥和750g 標準砂。”在實際操作中，考慮到與水泥及減水劑的檢測試驗達成統一，我們人為規定：“所需達到的同一流動度為180±5mm，試驗樣品：135g粉煤灰，315g硅酸鹽水泥和1350g標準砂，對比樣品：450g硅酸鹽水泥，1350g標準砂”。
與其他品種的火山灰材料相比，粉煤灰具有明顯的優越性，在混凝土中摻加粉煤灰不但不會增加混凝土的用水量，反而可能降低用水量，但也發現凡是含碳量較高的（燒失量較大），也會明顯增加用水量。
GB1596-2005規定：“需水量比，Ⅰ級：≤95%；Ⅱ≤105%；Ⅲ≤115%”。
1．3 燒失量
粉煤灰中未燃盡的炭份都可按燒失量指標來估量。炭粒一向被認為是對混凝土有害的物質。炭份的穩定性不好。大量研究證明，粉煤灰中炭份變成焦炭那樣的物質以后，其體積是比較安定的，也不會對鋼筋有害。但是惰性炭份增多，將導致粉煤灰的活性成份減少。鑒于炭份的種種不利影響，對于混凝土中粉煤灰，不得不強調炭份是一種有害成分，其含量越少越好。
燒失量副作用歸納起來有以下幾種：1需水量變大；2未燃碳遇水后會在顆粒表面形成憎水膜，阻礙水化導致活性下降；3碳對引氣劑等表面活性劑有較好的吸附，影響混凝土耐久性。
GB1596-2005規定：“燒失量，Ⅰ級：≤5%；Ⅱ≤8%；Ⅲ≤15%”。
1．4 含水量
粉煤灰中水分的存在往往會使活性降低，產生一定的粘附力，易于結團，影響干狀粉煤灰的包裝、運輸、貯存和應用。
1．5 SO3含量
含硫量高的母煤燒成的粉煤灰中含有較多的硫酸鹽，其含量一般以SO3質量的百分數來表示，此值通常在0.5~1.5%之間，有些高鈣粉煤灰的硫酸鹽含量達30%。由于硫酸鹽能影響水泥的水化作用，尤其能提高早期強度。此應當說，在一定條件下，可看作是有益成分，但由于混凝土中其他材料中的SO3含量都有限制，主要怕SO3過高產生破壞性的鈣礬石，因此把SO3視做有害成分而限制。
GB1596-2005規定：“SO3含量，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級≤3%”。
1．6 安定性
用于混凝土中的粉煤灰應同水泥一樣，對過燒游離CaO也應有嚴格的含量限定。通常燃煤所含雜質（灰份）大都是一些硅酸鹽礦物質，含鈣的硅酸鹽礦物同石灰石在鍛燒的過程中有很大的不同，前者不會生成游離CaO，也不會在電廠的高壓高溫（通常大于1000℃）鍋爐中形成過燒游離CaO，因此盡管我們在粉煤灰的全化學分析中會看到列有CaO一欄（粉煤灰含CaO在5~10%），但這不是游離CaO或者說是活性CaO，一般不會造成意外的砼損害。而為了消除燃煤煙氣中的有害SO2，在燃煤中摻入石灰石或生石灰時，情況就不同了。在高溫鍋爐中CaO會與SO2生成CaSO4(石膏)，這些石膏在砼中也不會造成嚴重危害，而為了盡可能多地吸收煙氣中的SO2，勢必要過量摻加石灰石或生石灰才能達到預期效果，于是煤灰中就一定會有較多的過燒游離CaO出現，會在砼生產中產生危害。
粉煤灰安定性的檢測方法類似于水泥安定性的檢測方法，只是所用的試驗樣品不同，前者的試驗樣品為：水泥300g，粉煤灰200g，拌合水：標準稠度用水量（標準稠度用水量的測定方法也與水泥的類似，只是試驗樣品用上述樣品）。
安定性的檢測的凈漿試驗樣品按標準GB/T1596-2005第3.3條制備，安定性試驗按GB/T1346進行。但是對于預拌混凝土廠家，這一粉煤灰使用大戶，有必要定期對其檢測，以避免其在混凝土中產生不利影響。
2. 礦渣粉
《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T18046-2000）標準中定義：符合GB/T203（《用于水泥中的粒化高爐礦渣》）標準規定的粒化高爐礦渣經干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）達到相當細度且符合相應活性指數的粉體稱為粒化高爐礦渣粉，簡稱礦渣粉，以下稱礦粉。
礦粉是經過粉磨工藝制成的。粉磨過程主要以介質研磨為主，顆粒的棱角大部分已磨圓，顆粒形貌比較接近卵石，可以在新拌水泥漿中起到類似“軸承”的作用，大大增加了水泥漿體的流動性。因此，在流動性相同的情況下，可減小標準稠度用水量。
礦粉摻入混凝土中，是以等量取代的方式取代部分水泥，降低了水泥在砼拌合物中所占的質量比例，由于礦粉具有火山灰效應，因此，礦粉取代后的混凝土28d強度并不會有顯著的降低，反而會帶來一些有利于商品砼的性能，主要有：
1) 減小坍落度損失，礦粉的水化速度明顯小于水泥，因此，在礦粉取代水泥后，降低了砼拌合料中粉料的整體水化速度，這種性能在夏天外界溫度較高時體現更為明顯。
2) 降低水化熱。
3) 增加砼拌合物的流動性，提高可泵性。
4) 提高混凝土的耐久性能，由于礦粉要比水泥細，可以在粉料內形成一 個擁有不同粒徑的顆粒級配組合，提高水泥石的密實度。
特別要引起注意的是，礦粉對混凝土自收縮的影響，一般認為當礦粉的比表面積小于400m2/Kg時，對減少混凝土自收縮有利，隨礦粉摻量的增加，自收縮減少；當礦粉的比表面積大于400m2/Kg時，礦粉活性明顯提高，隨其摻量的增大而收縮值增大，但當摻量大于75%時，自收縮因膠凝材料活性減低而使混凝土自收縮減少。
同時，需要注意的是，由于摻入礦粉會降低混凝土的早期強度，因此，在冬季外界溫度較低時應調整礦粉摻量，以減少對施工的影響。
（四）、外加劑
外加劑的品種繁多，我們所用的是建虹外加劑廠生產的JHN系列的高效減水劑。
《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204-2002中規定：
“混凝土中摻用外加劑的質量及應用技術符合現行國家標準《混凝土外加劑》GB8076、《混凝土外加劑應用技術規范》GB50119等和有關環境保護的規定。
預應力混凝土結構中，嚴禁使用含氯化物的外加劑。鋼筋混凝土結構中，當使用含氯化物的外加劑時，混凝土中氯化物的總含量應符合現行國家標準《混凝土質量控制標準》GB50164的規定。
檢查數量；按進場的批次和產品的抽樣檢驗方案確定。
檢驗方法：檢查產品合格證、出廠檢驗報告和進場復驗報告。“
在商品砼廠家，需密切注意減水劑的兩項性能指標：水泥適應性和減水率。
1．水泥適應性
在混凝土材料中水泥對外加劑混凝土性能影響最大。不同減水劑品種對水泥的分散、減水、增強效果不同；對于同一種減水劑由于水泥礦物組成、混合材料品種和摻量、含堿量、石膏品種和摻量等不同，其減水增強效果差別很大。
水泥的礦物組成中C3S和C3A對水泥水化速度和強度的發揮起決定作用。減水劑加入到水泥-水系統后，首先被C3A吸附。在減水劑摻量不變的條件下，C3A含量高的水泥，由于被C3A吸附量大，必然使用于分散C3S和C2S等其他組分的量顯著減少，使得外加劑的適應性變差。通常C3A含量在6~8%范圍內的水泥能獲得較好的流動性。
如果水泥熟料中的堿含量過高，就會使水泥凝結時間縮短，使其流動性降低。一般最佳可溶性堿含量（N2O+0.658K2O）為0.4~0.5%.
混合材料對減水增強也有影響，摻礦渣混合材的水泥加減水劑后效果一般比較好。
用硬石膏或工業副石膏（如氟石膏、磷石膏）作調凝劑的水泥，對不同種類的減水劑使用效果不同，如木鈣、糖蜜緩凝劑摻入用硬石膏作調凝劑的水泥后會出現速凝、不減水等現象。
其他如水泥細度、溫度等也影響減水劑的減水增強效果。
GB50119-2003對混凝土外加劑對水泥的適應性檢測方法作了具體的闡述。由于進廠水泥和外加劑的質量都會有所波動，特別是水泥。因此，在商品砼的日常生產中應密切關注減水劑對水泥的適應性，以便及時作出相應的調整和對策。
2．減水率
減水劑的一個重要效應就是“減水增強”效應，而該效應則是通過“減水率”來反映的。減水率與水泥品種、混凝土的水灰比及水泥用量等因素有關，同時他也是反映減水劑質量的一個重要指標。
在商品砼的日常生產中，應對每一批進廠的減水劑進行減水率檢測。減水率發生變化時，應及時找出原因，并做出相應的調整及對策。
做好上述兩項指標的日常檢測工作后，還應對減水劑的摻量問題進行一番斟酌。
我們用的JHN系列高效減水劑推薦摻量為膠凝材料的1.8%，但實際生產中，我們將其控制在1.2~2.0的范圍內。隨著強度等級、施工結構部位及溫度的變化，摻量也應有變化。
1．強度等級
減水劑的摻量隨著強度等級的提高而提高。水泥在加水攪拌后會產生一些絮凝狀結構，在這些絮凝狀結構中包裹著不少拌和水，從而降低了新拌混凝土的和易性。摻入減水劑后，減水劑的憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，而親水基團指向水溶液，構成了單分子或多分子吸附膜。由于表面活性劑的定向吸附，使水泥膠料表面上帶有同性電荷，在電性斥力的作用下，不但能使水泥-水體系處于相對穩定的懸浮狀態，而且促使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結構分散解體，從而將絮凝狀凝聚體內的游離水釋放出來，達到減水目的，而隨著強度等級的提高，必然使得水泥等膠凝材料用量的增加，絮凝狀結構也隨之增多，就需要更多的減水劑來分解這些結構，因此需要提高減水劑的摻量。
當混凝土強度低于C20時，為提高混凝土和易性，又考慮經濟性，我們將減水劑摻量降為1.2%，通過降低減水劑摻量來降低減水劑在該等級混凝土中的減水率，以增加膠凝材料用量，改善混凝土和易性。
2．施工結構部位
在施工過程中，會碰到一些難以澆筑振搗的部位，如：鋼筋較密的柱、剪力墻等。在施工單位要求提高混凝土流動性，以減小施工難度；另外，如斜屋面、貝形基礎等要求混凝土的流動性盡量小。此時可以通過在允許的范圍內適當地改變減水劑的摻量，控制混凝土的流動性，來配合施工現場的施工。
3．溫度
雖然我們所用的JHN系列高效減水劑是經過復配的，當溫度變化時，減水劑內會摻入早強或緩凝組份，但仍應遵循“溫度提高，摻量提高；溫度降低，摻量降低”這一原則。更好地發揮減水劑的調凝作用。
另外，還需注意的是，在生產過程中應防止減水劑超量的現象發生。奈系高效減水劑超量時，混凝土會產生“板結”現象，同時也會產生緩凝，使混凝土的早期強度降低，但對后期強度的影響不是很大。
三、小級配試驗
小級配試驗就是一個組合的對比試驗，是將混凝土拌合物原材料等比例地縮小，攪拌后，觀測混凝土各項性能的試驗。
混凝土性能是多個可變因素共同作用的結果。以混凝土和易性為例，他是由各種原材料的質量、砂率、單方用水量、水灰比、摻合料的種類及摻量、外加劑的種類和摻量等多種因素共同作用而產生的。他們可能相互疊加、也可能相互削減。但任一種和易性的外在表現都會有一項可變因素是處在主導地位的，是產生該種和易性的主要原因。而小級配則是將次要的可變因素近似相等，研究主要的可變因素對混凝土性能的影響。如研究砂率對和易性的影響時，我們可以將其余因素保持近似不變，增減砂率通過小級配試驗就可直觀地將和易性隨砂率的變化表現出來。因此，在小級配試驗之前必須確定試驗的目的，即確定研究何種可變因素對何種性能的影響。
小級配試驗的一個重要作用是在得到一種陌生原材料后，可以通過該試驗得出不同混凝土性能要求的合理配比。合理配比是將計算得來的配合比通過小級配試驗調整后得出，然后通過生產調整和驗證而確定的。
首先，確定單方用水量（簡稱用水量）。用水量對混凝土的性能有較大的影響，用水量大，會帶來混凝土強度降低，凝結時間延長等不利影響，甚至會使混凝土離析；用水量太小，則會使混凝土和易性變差，影響施工。
砼拌合物中所用的水可以由以下幾個部分組成：1、提供水泥水化所需的水，一般水泥在水灰比為0.2~0.4時就可能完全水化；2、骨料吸收的水；3、摻合料吸收的水；4、骨料中所帶的雜質吸收的水；5、潤滑用水；6、被膠凝材料包裹住的水，可以通過摻減水劑的方法來釋放被包裹住的水。前五個部分可以通過確定原材料的質量及坍落度后得到大致的確定，而被膠凝材料包裹住的水，在一般攪拌工藝下還與減水劑的摻量有關。
在此將未摻減水劑的混凝土稱為基準混凝土，其坍落度在60~100mm的范圍內，砂石比例較為理想。其坍落度可以通過增減用水量調整。而泵送混凝土則是在基準混凝土的基礎上摻入適量的減水劑，將坍落度提高到160~220mm的范圍內，和易性符合泵送要求的混凝土。
由此，在小級配試驗中可以將確定用水量和確定減水劑摻量結合起來考慮。用水量控制基準坍落度，減水劑控制泵送坍落度。具體操作方法是，先將基準混凝土攪拌均勻，增減用水量，將坍落度調整到60~100mm的范圍內，然后再摻入減水劑，慢慢將減水劑的摻量提高，直到坍落度達到160~220mm的范圍內為止；得出用水量和減水劑摻量后，再進行組合試驗，驗證其坍落度是否符合要求。
對于固定配合比的同一種泵送坍落度，用水量和減水劑摻量可以有多種搭配方式，但是從他們各自對混凝土性能的影響及經濟性方面考慮，可以得出兩者的合理組合。
其次，確定水泥用量。水泥用量是混凝土配合比中最敏感的一個部分，他不但對質量保證起著決定作用，也是追求混凝土經濟性的一個重要切入點。
由于用水量已確定，可以用變化水膠比的方法，找出合理的水泥用量。通過小級配試驗，得出水膠比與強度曲線，找出某一強度等級要求下的水膠比。
水泥用量的變化會引起摻合料用量的變化。粉煤灰用超量取代法確定用量；礦粉則用等量取代法確定用量，而我們上面講的水泥用量是指摻合料取代后的實際水泥用量。
最后，確定粗細骨料間的比例。骨料在混凝土中起到骨架的作用。只有在骨料能構成一個完整的連續級配組合，才能最大限度地發揮其骨架作用，同時對混凝土的其他性能也會起到促進作用。
對于粗骨料最好能采用5~25mm的連續級配。當無法獲得連續級配時，可以采用兩級配，用石子的顆粒級配試驗確定組成連續級配時兩級配的比例。然后根據“骨料是粒徑從0.08mm開始到最大粒徑這一系列粒徑組成的連續級配”這一原則確定粗細骨料的比例。另外，由于膠凝材料會取占部分砂的體積，因此對于不同膠凝材料用量的配合比，還需通過小級配試驗來調整砂率，以獲得較好的混凝土性能。
所有材料用量確定后，還需進行復核試驗，以檢驗該配合比的優劣。同時，該配合比是在原材料穩定的基礎上得出的，而在實際生產中，原材料是不斷變化的，還需在該配合比的基礎上，針對原材料的變化做相應的調整。
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