北京市建築工程研究院
自2023年出現波特蘭水泥以來，水泥便以優於其它膠結材料的優越性能配製混凝土，作為土建工程的重要材料。至今己發展為從房屋建築、道路、橋梁、隧道、採油平台、核反應堆等包括高強、耐火、防滲、耐酸鹼、耐沖刷、防幅射等多種效能要求的土建工程的主要建設材料。
混凝土是由以水泥為主的膠結材漿體與多種不同粒徑砂石混拌均勻成型的土建工程材料。要配製良好的混凝土，除要求優質的膠結材和質地堅固的集料外，主要有兩個配製原則。一是填充密實性原則，對於幹硬性混凝土、低塑性混凝土和塑性混凝土要求細集料填充粗集料空隙，膠結材填充細集料空隙，填充飽滿密實，並有一定程度便於運輸施工的餘裕;對於流動性混凝土和大流動性混凝土(含自密實混凝土)則除要求填充密實外，還要求集料均勻的懸浮在膠結材漿體中，具有不離析的施工流動性。
為満足前一種要求，粗細集料均需要具有盡可能優良的級配，較低的空隙率;而満足後一種要求，則還需要集料具有較好的粒形和滿足漿體流動性的外加劑。除此之外，不同細度細集料的表面積差異對於與之相匹配的漿體效能與數量影響較大，因而了解細集料的比表面積，對於配製效能優良的混凝土至關重要。
目前廣泛採用的以「細度模數」表述砂子細度的方法有乙個不足之處，即細度模數與不同細度砂子的比表面積沒有相關性，而配製混凝土時砂漿的需漿量與混凝土的拌合水量卻與集料的表面積直接相關。許多混凝土工作者對此感到困惑，從而各自積累或歸納若干經驗性規律。例如美國墾務局denver實驗室的經驗，以細度模數2.
75為標準狀態，砂子細度模數每增減0.1，混凝土砂率相應增減0.5%;同時砂率每增減1%，混凝土用水量相應增減1%。
由於細度模數與砂子比表面積不存**性關係，顯然這種經驗規律很難應用到特粗砂或特細砂。筆者也曾摸索積累過若干經驗性規律，但仍然為找不到科學的規律性而困惑多年。近期筆者終於在擺脫」細度模數」框框的情況下，探索出一種既能表述砂子細度同時能表述砂子比表面積的規律，稱之為」集料粒度與表面積關係法則」。
並進一步提出了」比粒度」這種表述砂、石粒度的新概念。
這是乙個專門針對混凝土集料顆粒粗細程度與比表面積關係的規律，而且不僅適用於砂子細度指標與表面積關係，而且適用於不同粒度粗集料粒度與表面積關係，進一步還可能適用於水泥與摻合料的顆粒粒度與表面積關係。本文就此加以闡述。
一．集料粒徑與表面積關係法則：
從以下計算中探索砂石粒徑與表面積關係，
1．正方體（邊長2m）
則體積v1=2*2*2= 8m3
表面積s1=1*6*2*2=24m2
將其切為8個小正方體，
則總體積v2=8*1*1*1=8m3
總表面積s2=8*6*1*1=48m3
計算結果：v2=v1
s2=2s1
所以正方體邊長小一半，總體積相同，總表面積增加一倍。
2．球體：正方體內接球體
球直徑=正方體邊長，則球體積v=πd3/6
球表面積s=πd2
若將球直徑減半，則 8個小正方體的8個內接球體，總體積與總表面積的關係為：
8小球總體積v1=8*π(d/2)3/6=πd3/6
8個小球總表面積s1=8*π(d/2)2=2πd2
計算結果：v1=v2
s1=2s2
所以球體直徑小一半，則在總體積不變的情況下，小球體的總表面積增加一倍。
雖然球體一般處於自然堆積狀態，但只要總體積相同，（比重相同的物質的總重量相同）則直徑小一半的球體總表面積增加一倍。
3．十四面體
正方形的岩石經流水沖刷滾動，逐漸削掉尖角而成十四面體，甚至逐漸將尖角磨圓。
為便於計算，可以設想河道中的砂石為邊角磨圓的正十四面體、長十四面體和扁十四面體，則與相同質量的某粒徑砂石相比，粒徑小一半的砂石，其總表面積增加一倍。
從上面的算例使我們認識乙個規律：a批集料的粒徑為b批集料粒徑的n倍，則b批集料的總表面積為a批集料總表面積的1/n。可以稱這種規律性為集料粒徑與表面積關係法則。
前面均是n=2或1/2的計算例，為說明n值的廣泛適用性，再以改變n值的立方體計算一次。例如邊長為3m的立方體，將其切為邊長1m的小立方體27塊。則邊長為3m的立方體的
體積v1=3*3*3=27m3
表面積s1=6*3*3=54m2
切割為邊長1m的小立方體後，
其總體積v2=27*1*1*1=27m3
總表面積s2=27*6*1*1=162m2
162/54=3
通過此計算例，說明n值的廣泛適用性，進一步證明「集料粒徑與表面積關係法則」的正確性。
二、砂的比粒度：
眾所周知，混凝土用砂的細度以「細度模數」表述。細度模數是將一定量的砂子，經過常用的五種篩網（先過9.5mm篩，剔除大於9.
5mm的顆粒，再依次順序通過4.75mm、2.36mm、1.
18mm、0.6mm、0.3mm、0.
15mm篩至篩底留餘）篩分後，計算出每種篩網的篩餘百分數，然後以每種篩網上累計篩餘百分數之和稱為「細度模數」，用以表述砂的細度。有了這樣一種砂子細度的表述方法，就可以使土建工程師對砂子的細度有乙個通用的概念。大家都知道，.
細度模數在2.3 ~3.0之間的為中砂，小於2.
3為細砂，大於3.0為粗砂。但不同細度模數的砂，其比表面積的差別如何，就不清楚了。
例如用細一些的砂子拌製混凝土，需要增加拌合水量，用細度模數2.0的砂子比細度模數2.8的砂子需要多用多少拌合水就很難估計了。
又如用某地的細砂或特細砂配製混凝土，工程技術人員都知道應減少砂子用量，但細度模數1.5的砂子比細度模數2.6的砂子其比表面積差多少，僅憑細度模數這個概念也是很難估計的。
如果能將表述砂子細度的方法與砂子比表面積聯絡起來，不但可以更清楚的表述砂子的細度，而且可以立即了解不同細度砂子比表面積的差異，為此提出「比粒度」的概念。
比粒度是砂子細度的一種新的表述方法。應用集料粒徑與表面積關係法則，以我國砂子篩網為例，以2.5-5.
0mm粒徑的砂為基數，即假定一定數量的粒徑為2.5-5.0mm粒徑的砂的總表面積為1，則同樣質量（設該批砂子的表觀密度相同）的粒徑為1.
25-2.5mm的砂的總表面積為2，相同質量的粒徑為0.63-1.
25mm的砂子的總表面積為4，相同質量的粒徑為0.315-0.63mm砂子的總表面積為8，相同質量的粒徑為0.
16-0.315mm砂子的總表面積為16。
因此將砂子細度的表述方法採取將2.5mm篩網上的篩餘百分數乘以1，將1.25mm篩網上的篩餘百分數乘以2，將0.
63mm篩網上的篩餘百分數乘以4，將0.315mm篩網上的篩餘百分數乘以8，將0.16mm篩網上的篩餘百分數乘以16，將這五個篩餘百分數乘積之和稱為比粒度，用以表述砂子的細度。
這樣，這批砂子的比粒度值恰恰是這批砂子總表面積相當於同質量粒徑為2.5-5.0mm砂子總表面積的倍數。
因此，只要求出該批砂子的比粒度，就可以較清楚地了解該批砂子的細度，而且可以立即知道該批砂子的總表面積為粒徑為2.5-5.0mm砂子總表面積的多少倍，也即是以粒徑為2.
5-5.0mm砂的表面積為基數的比表面積值。
一般適於配製混凝土的中砂的比粒度約在4.5-7之間，但比粒度與細度模數的計算方法不同，兩者之間不存**性關係。因此，比粒度為7的砂子，其細度模數並不等於2.
3；比粒度為4.5的砂子其細度模數並不等於3.0。
由於比粒度在表述砂子細度的同時，表述了不同細度砂子比表面積之間的關係，因而可以認為，它是一種優於細度模數的砂子細度表述方法。
三、混凝土粗集料的比粒度
與砂子的粒度關係同樣，應用集料粒徑與表面積關係法則，仍然以2.5-5.0mm粒度砂子的表面積為基數，則同等質量的5.
0-10.0mm粒徑石子的總表面積為1/2，同等質量的10.0-20.
0mm粒徑石子的總表面積為1/4，同等質量的20.0-40.0mm粒徑石子的總表面積為1/8，……。
這樣，對5-20mm石子或5-40mm石子，均可取樣通過篩分，計算出該批石子的比粒度。
國內商品混凝土多用5-25mm粒徑的石子，通過粒徑與表面積關係法則可以計算出粒徑為20-25mm石子的總表面積為1/6，通過篩分，就可以計算出所用石子的比粒度。
一般配製混凝土的石子的比粒度多在0.25-0.35之間。
四、比粒度概念與混凝土配製技術
混凝土是粉狀膠結材與水充分拌合形成的膠結材漿體，通過與砂、石混拌，使砂、石懸浮在膠結材漿體中的水泥基複合材料。不同稠度的漿體包蓋與懸浮不同比表面積砂石的量不同，不同表面積與粒形的粉質材料的需水量也各不相同；因此，了解從粉料到砂、石各種顆粒的比表面積，對配製出盡少離析、泌水、具有較好的施工性與粘聚性的混凝土拌合物是很必要的。
例如用中砂配製水膠比為0.5左右的幫浦送混凝土，當石子粒徑為5~~10mm時，砂率宜為55%左右，石子粒徑為5~20mm時，適宜的砂率宜為45%左右，石子粒徑為5~25mm時，適宜的砂率為40%左右。水膠比降低時，砂率要相應減少，砂子細度細(比表面積大)時，砂率相應減少。
對於不同使用要求的混凝土，如大壩混凝土、道路混凝土、幫浦送施工混凝土、自密實混凝土、纖維混凝土、輕骨料混凝土等，如何配製出漿體充分包裹砂石以及使砂石較好的懸浮在漿體中，獲得粘聚性好整體性強的混凝土，對於膠結材粒度、砂石粒度和表面積關係都有其內在的規律性。因此盡可能科學地運用膠結材、砂、石粒度與表面積關係規律，是不可忽視的重要環節。
至於粉狀礦物摻合料，由於其粒形與細度不同，配製膠結材漿體時的需水量不同。例如一級粉煤灰，由於其顆粒多為玻璃微珠，表面光滑，需水量少；又如沸石粉，由於沸石為多孔材料，其內比表面積大，拌製漿體時需水量大。工程界雖早已建立起與水泥需水量比的概念，並於實踐中較為方便的使用，但在配製自密實混凝土、高效能混凝土以至活性粉末混凝土時，則了解與掌握膠結材與摻合料粒度與表面積關係，進一步探求其內在的規律性是很必要的。
五、結論
集料粒度是配製混凝土的主要引數之一，其中砂子細度對於配製適宜工作度的混凝土尤為重要。目前國內外多用細度模數表述砂子細度，而細度模數只能賦予砂子的粗細程度的概念，無法表述砂子細度與表面積關係，很多混凝土配製與研究人員曾為此而困惑。
本文作者通過對混凝土集料粒度規律的研究，提出集料粒度與表面積關係法則和」比粒度」這一表述砂、石粒度的新概念，不但解決了砂子細度與表面積關係的規律性，同時還解決了粗集料粒度與比表面積的關係。進一步還可能將此規律運用於水泥與摻合料粒度與表面積關係。
伴隨混凝土科學技術的發展，混凝土配製技術及對砂、石等原材料的質量要求必將進一步提高。相信比粒度這一新的混凝土集料粒度表述方法，必將有益於研究配製效能更符合要求的自密實混凝土、輕骨料混凝土、活性粉末混凝土等現代混凝土配製技術的發展。
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