（一）水灰（胶）比的演变
混凝土强度主要决定于水灰﹙胶﹚比的原理，最早是1918年D.A.Abrams提出混凝土强度的水灰比定则，认为混凝土强度随水灰比的增大而降低，随灰水比的增大而提高，其数学式如下：
1932年瑞士的J.Belomey（鲍罗米）提出混凝土的水灰比定则：对于一定的材料，强度取决于一个因素——水灰比，即混凝土强度与水胶比成反比，与胶水比成正比。
保罗米公式中是没有水泥强度因素的，水泥强度和砂石及其他因素都含在回归系数中。前苏联将鲍罗米公式进行改造，将混凝土配制强度和水泥材料考虑进去以后就变成：
20世纪80年代后，矿物掺合料和高效减水剂的大量使用，在多年工程实践经验积累的基础上，《普通配合比设计规程》（JGJ55-2011）又将此定则改为水胶比：
混凝土工程技术经过一百多年的发展，由普通配合比设计发展到当前的高强、高性能、各种特殊领域内应用的混凝土，对混凝土各项性能指标的要求都有了很大的变化，然而强度与用水量的关系仍以水灰（胶）比定则为基础。正确地理解和灵活掌握水灰（胶）比定则是混凝土配合比设计的基础。
常用混凝土配合比设计中，美国（ACI211.1）、英国（BRE1988）、法国（Dreux1970）以及日本等国也都是以水灰（胶）比定则或鲍罗米定律为基础的。
（二）根据混凝土配制强度确定水胶比
（1）利用规范计算水（胶）比
《普通配合比设计规程》（JGJ55-2011）给出混凝土水胶比的计算公式：
W/B=(αa·fb)/(fcu,0+αa·αb·fb)
式中：W/B——混凝土水胶比；
αa,αb——回归系数；
fb——胶凝材料28d抗压强度，MPa；
fcu,0——混凝土配制强度，MPa。
根据《普通配合比设计规程》（JGJ55-2011）所给出的水胶比计算公式，再结合规范中关于水胶比公式中各参数确定的方法，逐步确定各参数，就可以计算出混凝土配制强度对应的水胶比。虽然很多专家认为混凝土水胶比不是算出来的，而是试验出来的，但规范给定的公式可以计算出所配制混凝土的大致水胶比范围，便于初学者试验。
（2）建立水（胶）比的一元回归方程
在混凝土的生产过程中，根据所使用的原材料，根据预拌混凝土生产实际，建立“胶水比——混凝土强度”的回归方程。从生产和试验中随机选取C10～C60的W/B与R28关系对应数据，使用电脑建立两者的关系，在配合比设计时直接利用两者的关系确立水胶比。建立胶水比为x，对应的混凝土强度值为y，建立如下关系式：
y=ax+b
在混凝土配合比试验时，直接利用根据生产实践所建立的关系式，直接确定混凝土配制强度所对应的胶水比，然后取其倒数即为水胶比。
生产中产品的质量波动是不可避免的，只能使波动减至最小，控制在许可范围。所谓控制，实际上是在生产过程中对混凝土强度的质量控制，即按要求R28的预期平均值在要求的置信度范围内﹙Y1,Y2﹚内取值时，相应的X值应控制的范围，才能满足在预定的置信度范围内合格，尽早发现问题，做到预防在先。因此，在选定混凝土的水胶比时，不是选定某一个确定的数值，而是选定一个水胶比区间。矿物掺合料掺量的选择应根据工程部位的强度、耐久性以及工作性确定矿物掺合料的掺量范围，见表1。
表1 各强度等级矿物掺合料掺量与水胶比推荐选用表
强度等级 | 粉煤灰单掺 | 粉煤灰、矿粉双掺 | ||
水胶比 | 掺量 | 水胶比 | 掺量 | |
C10 | 0.70~0.66 | 30%~40% | 0.68~0.64 | 40%~50% |
C15 | 0.66~0.63 | 0.63~0.60 | ||
C10 | 0.68~0.64 | 40%~50% | 0.66~0.62 | 50%~60% |
C15 | 0.63~0.60 | 0.61~0.58 | ||
C20 | 0.62~0.57 | 20%~30% | 0.60~0.58 | 30%~40% |
C25 | 0.56~0.52 | 0.55~0.52 | ||
C20 | 0.59~0.54 | 30%~40% | 0.57~0.53 | 40%~50% |
C25 | 0.53~0.50 | 0.51~0.49 | ||
C20 | 0.57~0.53 | 35%~45% | 0.55~0.52 | 45%~55% |
C25 | 0.51~0.48 | 0.49~0.47 | ||
C30 | 0.49~0.46 | 20%~30% | 0.48~0.45 | 30%~40% |
C35 | 0.44~0.41 | 0.43~0.40 | ||
C30 | 0.47~0.44 | 30%~40% | 0.47~0.43 | 35%~45% |
C35 | 0.42~0.39 | 0.42~0.38 | ||
C40 | 0.41~0.38 | 15%~25% | 0.40~0.37 | 20%~30% |
C45 | 0.38~0.36 | 0.38~0.35 | ||
C40 | 0.40~0.37 | 20%~30% | 0.39~0.36 | 30%~40% |
C45 | 0.36~0.34 | 0.35~0.33 | ||
C50 | 0.34~0.32 | ≤15% | 0.34~0.32 | ≤20% |
C55 | 0.32~0.30 | 0.32~0.30 | ||
C60 | 0.31~0.29 | 0.31~0.29 | ||
C50 | 0.33~0.31 | 15%~25% | 0.33~0.31 | 20%~30% |
C55 | 0.32~0.29 | 0.32~0.29 | ||
C60 | 0.31~0.28 | 0.31~0.28 | ||
＞C60，＜C80 | 0.28～0.33 | —— | —— | —— |
≥C80，＜C80 | 0.26～0.28 | —— | —— | —— |
C100 | 0.24～0.26 | —— | —— | —— |
注： | ①所用水泥为P·O42.5 ，矿物掺合料为：Ⅱ级粉煤，S95级矿渣粉； ②矿物掺合料的掺量根据气温变化，可以调整幅度±5%左右，即夏季比春秋季、比冬期掺量逐步增多； ③单掺要比复掺的掺量低10%左右； ④使用P.O52.5水泥时，水胶比可以增加0.03左右； ⑤高强混凝土使用S105级矿粉，适当加入硅灰.。 | |||
（三）根据混凝土耐久性修正水胶比
在混凝土配合比设计工作中，混凝土耐久性是根据工程环境的特点，在满足混凝土强度的基础上，必须满足的技术指标。混凝土强度是各项指标中最容易检测的，在某种程度上混凝土强度可以反映混凝土的耐久性指标。但为了满足工程实际对耐久性的需求，应有一个最大水胶比和最小胶凝材料总量的限制。
水胶比：（W/B）≤（W/B0）max＝0.75－0.05H[1]
胶凝材料总量：C0≥Cmin＝275＋25（H＋I）
式中：H——耐久性环境作用等级；
I——配筋情况。
根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50746-2008）标准，把耐久性所要求的环境类别分为：一般环境、冻融环境、海洋氯化物环境、除冰盐等其他氯化物环境、化学腐蚀环境，并把这些环境类别等级分为A（轻微）、B（轻度）、C（中度）、D（严重）、E（非常严重）、F（极端严重）六个等级，其H分别取1、2、3、4、5、6；对于I的取值，有配筋要求取I＝1，无配筋取I＝0。
当耐久性确定的最大水胶比，小于依据强度确立的水胶比时，取依耐久性确定的水胶比进行试配。如果强度超出配制强度的要求，调整矿物掺合料掺量，对混凝土强度进行调整。最终找到一个既满足混凝土耐久性要求，有符合混凝土强度要求，经济合理的水胶比。
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