設計機制砂高性能混凝土時，為使設計出的混凝土滿足強度、和易性、耐久性以及經(jīng)濟性等方面的要求，設計前應充分了解其用途及使用條件，包括工程規(guī)定的設計強度，結(jié)構(gòu)配筋情況、施工條件以及構(gòu)件和工程的使用條件，原材料的性能、價格等。在此基礎上，根據(jù)需要選取設計參數(shù)。

設計參數(shù)包括試配強度、水泥品種、強度等級及水泥用量、用水量、砂率、骨料性能、礦物摻合料及外加劑等。設計參數(shù)的選擇是輕骨料混凝土配合比設計的關鍵環(huán)節(jié)，參數(shù)選擇得當，可配制出符合設計性能指標要求的混凝土，同時可降低成本。

一、試配強度

機制砂高性能混凝土的強度受很多因素的影響，每種組成材料的性能及攪拌、運輸、成型和養(yǎng)護工藝等施工條件的變化都可能引起其強度的波動。從統(tǒng)計學觀點來說，混凝土強度是一個隨機變量，即使同一批材料，按同一種配合比，采用同一種施工工藝的混凝土也會因其他可變因素的影響使其強度產(chǎn)生一定的波動。所以，在設計機制砂高性能混凝土配合比時，必須考慮可能產(chǎn)生的誤差，使混凝土的適配強度具有一定的保證率。

二、水泥品種、強度等級及水泥用量

 配制機制砂高性能混凝土所用水泥應符合國家標準《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007）和《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥》(GB 1344-1999)的要求。若采用其他品種的水泥時，其性能指標必須符合相應標準的要求。

機制砂高性能混凝土的配制，一般選用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，強度等級一般小于52.5或42.5，具體根據(jù)實際工程需要進行選擇。在機制砂高性能混凝土中，選擇需水量較小的水泥可以實現(xiàn)混凝土水灰比的降低，有利于強度的提高，較高的水泥強度也有利于形成較高的混凝土強度。如對于大體積施工的機制砂超高泵送混凝土，應采用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥機制砂自密實混凝土一般優(yōu)選穩(wěn)定性好、需水性低、并與高效減水劑相容的水泥，優(yōu)先選擇C3A和堿含量小、標準稠度需水量低的水泥。

水泥用量是影響機制砂高性能混凝土強度與密度的主要因素之一，合理的水泥用量在使混凝土達到設計性能要求的同時，還能節(jié)約水泥、降低成本。配制機制砂高性能混凝土的水泥用量與普通高性能混凝土相當。配制C50和C60高性能混凝土所用的水泥量不宜大于450kg/m3，配制C70和C80高性能混凝土所用的水泥量不宜大于500kg/m3。

此外，機制砂高性能混凝土的水泥用量還與機制砂的表面形狀、顆粒級配、石粉含量、含泥量等有關。由于機制砂為機械破碎而成，其顆粒多棱角，表面粗糙，因此相對于天然砂而言，機制砂顆粒需要更多的漿體包裹，即達到相同的工作性能時，機制砂混凝土需要更多的膠條材料用量，因此在選擇水泥用量時要根據(jù)所用機制砂的特點進行適當調(diào)整。

三、用水量

機制砂高性能混凝土的用水量應符合《混凝土用水標準》（JGJ 63—2006）的要求。

天然砂經(jīng)長期的水流搬運與磨蝕，表面光滑、圓潤，配制出的混凝土工作性能優(yōu)良，但機制砂為機械破碎而成，其顆粒多棱角，表面粗糙，因此一般來講，達到同樣坍落度的前提下，機制砂混凝土需要更多的用水量。在相同條件下，配制相同坍落度的混凝土，機制砂比天然河砂需水量增加5～10k5~10kg/m3。配制機制砂高性能混凝土時所需用水量較普通高性能混凝土高，用水量增大將導致混凝土極易發(fā)生泌水現(xiàn)象，因此在保證混凝土工作性能的前提下，要適當控制混凝土的拌合用水量。

四、砂率

 砂率是混凝土中砂的質(zhì)量與砂和石的總質(zhì)量之比。由于混凝土的密度取決于骨料的含量，因此砂率的大小影響混凝土的密度。砂率的變動，也會使骨料的總表面積有顯著改變，從而對混凝土拌合物的和易性有較大影響。

砂率的變動，會影響新拌混凝土中骨料的級配，使骨料的空隙率和總表面積有很大變化，對新拌混凝土的和易性產(chǎn)生顯著影響。在水泥漿數(shù)量一定時，砂率過大，骨料的總表面積增大，需較多水泥漿填充和包裹骨料，使起潤滑作用的水泥漿減少，新拌混凝土的流動性減?。簧奥蔬^小，骨料的空隙率顯著增加，不能保證在粗骨料之間有足夠的砂漿層，會嚴重影響混凝土的黏聚性和保水性，容易造成離析、流漿等現(xiàn)象。

砂率有一個合理范圍，處于這一范圍的砂率叫合理砂率。當采用合理砂率時，在用水量和水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大的流動性且能保持良好的黏聚性和保水性。合理砂率隨粗骨料種類、最大粒徑和級配，砂子的粗細程度和級配，混凝土的水灰比和施工要求的流動性而變化，需要根據(jù)實際施工條件，通過試驗來選擇。

目前工廠生產(chǎn)的機制砂級配一般較差，需要較高的砂率，隨著機制砂中石粉含量的增加，砂率相應地需要降低，也就是說采用機制砂配制混凝土時，其砂率的選擇不僅要考慮機制砂細度模數(shù)的大小，還要充分注意其石粉含量的影響。

五、機制砂性能要求及用量

機制砂的含泥量大，其針片狀顆粒含量高，使混凝土的需水量增大。這些均會對機制砂高性能混凝土的工作性、強度和耐久性產(chǎn)生不良影響。

配制機制砂自密實混凝土用機制砂須用質(zhì)地堅硬、母材強度＞80MPa，且不含對混凝土有害的化學成分的巖石，經(jīng)機械軋制而成。

機制砂顆粒粗糙，石粉含量高，這勢必減弱混凝土的流動性，增加需水量。在相同條件下，配制相同坍落度的混凝土，機制砂比天然河砂需水量增加5～10kg/m3。機制砂的石粉含量應控制在8%～10%之間，超過10%應在混凝土配合比設計中作為惰性礦物摻合料使用。

六、粗骨料用量

配制機制砂高性能混凝土所用粗骨料應符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》(JGJ 52-2006)的要求。

粗骨料應采用碎石，不得采用具有堿活性或潛在堿活性的粗骨料。骨料應為連續(xù)級配，宜采用兩個或三個粒級的粗骨料配制連續(xù)級配粗骨料。選擇用于制作粗骨料的巖石時，應進行巖石強度的檢驗，該巖石強度應比機制砂高性能混凝土強度等級高50%以上。工程中，可采用壓碎值指標進行粗骨料強度的質(zhì)量控制，壓碎值指標不應大于12%。粗骨料中含泥量不應大于1%，泥塊含量不應大于0.5%。用于水泥混凝土路面的機制砂高強混凝土的粗骨料應符合《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30）中的規(guī)定。

七、礦物摻和料

礦物摻合料在混凝土中的廣泛應用表明，其不僅能改善混凝土的相關性能，而且還能帶來顯著的經(jīng)濟效益。同時由于機制砂混凝土中骨料的特殊性，要求水泥用量較同等強度的普通混凝土多。因此，為了改善機制砂混凝土的和易性，同時降低成本，需要摻加適量的活性礦物摻和料。

在當前常用的礦物摻合料中，粉煤灰、磨細礦渣、硅灰在機制砂混凝土中的應用最為普遍。如在機制砂自密實混凝土的配制中，優(yōu)質(zhì)的粉煤灰(細度約4000m2/g)是機制砂自密實混凝土最常用的活性摻合料，可有效改善機制砂自密實混凝土的流動性；磨細礦渣(粒徑小于0.125mm)用于改善和保持機制砂自密實混凝土的工作性，提高機制砂自密實混凝土硬化后的強度；硅灰用于改善機制砂自密實混凝土的流變性能和抗離析能力。

不同類型的機制砂高性能混凝土對所用礦物摻合料的類型也有要求。如在配制機制砂超高泵送混凝土時，為控制混凝土的良好性能及成本，應合理使用不同品種的礦物摻合料。一般機制砂超高泵送混凝土優(yōu)選性能良好的I級粉煤灰、準I級粉煤灰或礦渣微粉，對于高強混凝土，應考慮復摻硅灰。配制機制砂高強混凝土時，粉煤灰宜選用I級灰，若無I級粉煤灰，也可選用II級粉煤灰；但II級粉煤灰的需水量、細度、燒失量、細度、燒失量三項技術(shù)指標中應只有一項達不到I級指標要求。

礦物摻合料摻量也隨著機制砂混凝土的應用領域及具體要求不同而不同，粉煤灰摻量、粉煤灰取代水泥的百分數(shù)及超量取代系數(shù)等一系列參數(shù)的選擇，應參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596)的有關規(guī)定執(zhí)行；磨細礦渣的使用應參照《用于水泥和混凝土硅灰的使用應參照《砂漿和混凝土用硅灰》(GB/T 27690-2011)的有關規(guī)定執(zhí)行。

八、外加劑

由于機制砂顆粒粗糙，石粉含量高，這勢必減弱混凝土的流動性，增加需水量。如果按天然砂的規(guī)律進行混凝土配比設計，機制砂的需水量大，和易性稍差，易產(chǎn)生泌水，特別是在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現(xiàn)明顯。因此在配制機制砂高性能混凝土時，可以根據(jù)需要摻入一定的外加劑，調(diào)整混凝土的工作性能，使混振上上達到設計要求。如配制機制砂自密實混凝土時，為保持混凝土具有大流動度，需要選用優(yōu)質(zhì)高效減水劑，宜選用減水率大于30%的聚羧酸系高效減水劑。使用外加劑時要注意以下幾方面:

（1）注意外加劑與水泥/摻合料的適應性，并通過試驗驗證減水劑的適用性.

（2）驗證試驗必須采用工地現(xiàn)場原材料，當原材料發(fā)生變化時，必須再次進行驗證試驗。

（3）對每個批次的外加劑進場時進行抽樣檢測，此外對于存放時間較長的外加劑，每個月要進行抽樣檢測，測試固含量，必要時試配混凝土，對比減水率的差別如有異常，及時處理。

（4）外加劑性能應符合《混凝土外加劑》(GB 8076)的要求，同時還應符合《混凝土外加劑應用技術(shù)規(guī)范》GB 50119)中的有關規(guī)定。

在實際工程中，為達到所需狀態(tài)和性能的混凝土，在配制機制砂高性能混凝土時需要幾種外加劑進行復摻，或選擇具有多重作用的高效外加劑，以滿足實際工程對混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能的要求。

在大粒徑骨料機制砂自密實混凝土施工中，為了保障混凝土的工作性，混凝土中常使用的外加劑主要有聚羧酸高效減水劑、引氣劑、增稠劑以及緩凝劑等。配制機制砂鋼管拱自密實混凝土時需要摻加復合膨脹劑，復合膨脹劑不僅要含有膨脹組分，還應摻有高效減水劑、保坍劑等。它除應具有適宜的微膨脹性外，還應具有很高的減水率(大于20%)，并應有較高的流化作用和保坍效果，使拌合物具有低水灰比、高流動度和保坍效果好的特性。同時，這種復合膨脹劑還應與所用水泥有良好的相容性。

使用外加劑時，應根據(jù)混凝土強度、使用要求及施工環(huán)境選擇適宜的外加劑摻量。不同種類的外加劑復摻時要根據(jù)實際工程需要和各種外加劑之間的相容性等進行摻加。

 砂超高泵送混凝土用外加劑主要包括減水劑、引氣劑、緩凝劑、泵送劑等，優(yōu)選高效聚羧酸減水劑。外加劑各種類的品種、摻量應根據(jù)環(huán)境溫度、泵送距離、泵送高度等進行調(diào)整，使用過程中需嚴格注意外加劑與水泥/摻合料的適應性，并通過相關試驗驗證。