土木工程材料第3章 混凝土7混凝土的配合比设计

七混凝土拌合物的配合比设计ProportioningofMixture土木工程材料2混凝土的配合比是指混凝土中水泥、水、砂、石子四种主要组成材料用量之间的比例关系。设计混凝土配合比的任务，是根据材料的技术性能、工程要求、结构形式和施工条件来确定混凝土各组分的配合比例。土木工程材料3配合比设计的基本内容得出生产每立方米混凝土所需要的各组分材料用量。配合比表示方法：1)1立方米混凝土中各种材料的质量(kg/m3)例如：水泥＝(?)kg/m3、水＝(?)kg/m3、砂＝(?)kg/m3、石子＝(?)kg/m3。2)各种组成材料的质量比，取水泥为1，其它材料除以水泥用量，就得出比例关系例如：水泥:水:砂:石＝1:(?):(?):(?)3)在现场施工时，可根据搅拌机的实际容积，以每次实际投料量表示。土木工程材料4一、混凝土配合比设计的基本要求和依据1、混凝土配合比设计必须达到以下4项基本要求满足结构设计的强度等级要求；应使混凝土拌合物具有良好的和易性；应满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求，符合经济原则，在保证混凝土质量的前提下，应尽量做到节约水泥，合理地使用材料和降低成本。土木工程材料51)拌合物的和易性施工工艺坍落度(mm)碾压混凝土0滑模摊铺混凝土30~50泵送混凝土100~200自密实混凝土240土木工程材料62)配制强度fcu.0≥fcu.k+tσ式中：fcu.0—混凝土配制强度；fcu.k—设计混凝土立方体抗压强度标准值；t—保证率系数；σ—混凝土强度标准差(MPa)取决于强度保证率，表3－23取决于施工企业的生产管理水平和设计的混凝土强度等级！土木工程材料73)耐久性钢筋混凝土结构耐久性的整体论方法土木工程材料82、混凝土配合比设计的三个关键参数原材料、工艺条件、外界条件一定的情况下，要满足上述要求关键在于合理确定三个重要的设计参数。水灰比砂率单位用水量这三个参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系。土木工程材料93、三个关键参数的确定1）水灰比—决定强度的主要因素在使用同一品种水泥的情况下，混凝土的强度主要取决于水灰比。充分密实的混凝土不完全密实的混凝土振动手工捣实抗压强度W/C，水灰比10水灰比的计算混凝土强度等级小于C60级时，混凝土水灰比可按下式计算：A、B–回归系数；fce–水泥28天抗压强度实测值(MPa)为了保证混凝土必要的耐久性，水灰比还不得大于规定的最大水灰比值，如计算所得的水灰比值时，应取规定的最大水灰比值。cecucefBAffACW土木工程材料11回归系数的确定回归系数A和B与工程所使用的水泥、骨料，等因素有关。当不具备上述试验统计资料时，其回归系数可按下表选用：石子品种系数碎石卵石A0.460.48B0.070.33摘自«普通混凝土配合比设计规程»JGJ55-2000。土木工程材料123、混凝土用水量的确定当使用确定的材料拌制混凝土时，水泥用量在一定范围内，为达到一定的流动性，所需加水量为一常值。一般是根据选定的稠度或坍落度，参考下面的两表,选用1m3混凝土的用水量。土木工程材料13拌合物稠度卵石的最大粒径(mm)碎石的最大粒径(mm)项目指标102030162040维勃稠度(s)16~2017516014518017015511~151801651501851751605~10185170155190180165干硬性混凝土的用水量（kg/m3）摘自«普通混凝土配合比设计规程»JGJ55-2000。土木工程材料14拌合物稠度卵石的最大粒径(mm)碎石的最大粒径(mm)项目指标102031.540162031.540坍落度(mm)10~3019017016015020018517516535~5020018017016021019518517555~7021019018017022020519518575~90215195185175230215205195塑性混凝土的用水量（kg/m3）摘自«普通混凝土配合比设计规程»JGJ55-2000。土木工程材料154、砂率砂率是指混凝土中砂的重量占砂、石总重量的百分比，即砂率表示砂与石子的组合关系。砂率的变动会使集料的空隙率和集料的总表面积发生显着改变，因而直接影响着混凝土拌合物的和易性。%100石质量砂质量砂质量pS16砂率与坍落度和水泥用量之间的关系合理砂率坍落度mm水泥用量kg/m3合理砂率（水与水泥用量一定）（达到相同的坍落度）土木工程材料17砂率的选用1、坍落度为10~60mm的混凝土的砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按表选取。水灰比(W/C)卵石的最大粒径(mm)碎石的最大粒径(mm)1020401620400.4026~3225~3124~3030~3529~3427~320.5030~3529~3428~3333~3832~3730~350.6033~3832~3731~3636~4135~4033~380.7036~4135~4034~3939~4438~4336~41摘自«普通混凝土配合比设计规程»JGJ55-2000。土木工程材料182、坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在上表的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。3、坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。土木工程材料19二、混凝土配合比设计的步骤初步配合比计算了解原始条件决定主要参数用重量法或体积法计算试配与调整，确定实验室配合比根据现场条件，确定施工配合比土木工程材料20强度标准差设计强度是否大体积化学侵蚀石子品种浇筑方法构件最小边长钢筋疏密每m3总用量配制强度水灰比初步配合比水泥用量砂用量石子用量水用量砂、石总用量砂率水泥用量用水量稠度石子粒径调整确定实验室配合比试配水泥品种及标号配合比设计流程第一阶段：了解初始条件第二阶段：决定主要参数第三阶段：用重量法或体积法进行计算确定施工配合比土木工程材料211、初步配合比的计算按选用的原材料性能及对混凝土的技术要求进行初步配合比的计算，以得出供试配用的配合比。土木工程材料22（1）配制强度(fcu,o)的确定根据«普通混凝土配合比设计规程»(JGJ55-2000)的规定：645.1,kcucuff即混凝土强度的保证率为95%，对应t＝-1.645。土木工程材料23强度标准差σ的确定根据同类混凝土统计资料经计算确定，并应符合下列规定：计算时，强度试件组数不应少于25组；当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值应按现行国家标准（GB50204）的规定取用。土木工程材料24(2)初步确定水灰比值(W/C)根据已测定的水泥实际强度fce(或选用的水泥标号fce.k)、粗集料种类及所要求的混凝土配制强度(fcu)，按混凝土强度公式计算出所要求的水灰比值：为了保证混凝土必要的耐久性，水灰比还不得大于规定的最大水灰比值，如计算所得的水灰比值时，应取规定的最大水灰比值。cecucefBAffACW土木工程材料25(3)选取每1m3混凝土的用水量(mw0)用水量的多少，主要根据所要求的混凝土坍落度值及所用集料的种类、规格来选择。所以应先考虑工程类别与施工条件，按国家现行标准«普通混凝土配合比设计规程»（JGJ55-2000）中4.0.1条的规定来确定每1m3混凝土的用水量。土木工程材料26(4)计算混凝土的单位水泥用量(mc0)根据已选定的每1m3混凝土用水量(mw0)和得出的水灰比值(W/C)，可求出水泥用量(mc0)：为保证混凝土耐久性，计算得出的水泥用量还要满足规定的最小水泥用量的要求，如算得的水泥用量少于规定的最小水泥用量，则应取规定的最小水泥用量值。CWmmwc00土木工程材料27(5)选取合理的砂率值(Sp)合理的砂率值主要根据混凝土拌合物的坍落度、粘聚性及保水性等特征来确定。一般应通过试验找出合理砂率。如无使用经验，则可按集料种类、规格及混凝土的水灰比，参考表-选用合理砂率。另外，砂率也可根据以砂填充石子空隙，并稍有富余，以拨开石子的原则来确定。28粗、细集料的用量可用绝对体积法或假定表观密度法求得。a)体积法:假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气的体积之总和。1000100000wwssggccmmmm又根据已知的砂率可列出：%100mmmSsogosop(6)计算粗、细集料的用量(mg0)及(ms0)土木工程材料29b)假定表观密度法(质量法):原材料情况稳定，则所配制的混凝土拌合物的表观密度将接近一个固定值，即可先假设混凝土拌合物表观密度mcp(kg/m3)。即：同样根据已知砂率可列出下式：cpwosogocommmmm%100mmmSsogosop土木工程材料30式中mc0—1m3混凝土的水泥用量，kg；mg0—1m3混凝土的粗集料用量，kg；ms0—1m3混凝土的细集料用量，kg；mw0—1m3混凝土的用水量，kg；ρc—水泥密度(kg/cm3)，可取2900~3100kg/cm3；ρ0g—粗集料表观密度(kg/cm3)；ρ0s—细集料表观密度(kg/cm3)；ρw—水的密度(kg/cm3)；α—混凝土含气量百分率，不使用引气型外加剂，可取为1；Sp—砂率(%)；mcp—1m3混凝土拌合物的假定质量，其值可取2350~2450kg。土木工程材料312、配合比的试配、调整与确定以上求出的各材料的用量，是借助于一些经验公式和数据计算出来的，或是利用经验资料查得的，因而不一定能够符合实际情况，必须通过试拌调整，直到混凝土拌合物的和易性和强度符合要求为止，然后提出最终的混凝土配合比。土木工程材料32（1）配合比的试配、调整与确定过程混凝土计算配合比混凝土基准配合比混凝土设计配合比混凝土施工配合比借助经验公式和数据计算而得，不一定符合实际情况。和易性调整强度检验和表观密度校正含水率校正土木工程材料33（2）和易性调整混凝土拌合物搅拌均匀后应测定坍落度，并检查其粘聚性和保水性能的好坏。如坍落度不满足要求，或粘聚性和保水性不好时，则应在保持水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率。当坍落度低于设计要求，可保持水灰比不变，增加适量水泥浆。如坍落度太大，可在保持砂率不变条件下增加集料。如出现含砂不足，粘聚性和保水性不良时，可适当增大砂率；反之应减小砂率。每次调整后再试拌，直到符合要求为止。土木工程材料34（3）强度检验一般采用3个不同的配合比，其中1个为基准配合比，另外2个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，砂率值可分别增加或减少1%。每种配合比制作1组(3块)试块，标准养护28天试压，并以此结果作为代表这一配合比的混凝土拌合物的性能。土木工程材料35强度检验结果的处理强度满足fcu的要求，可选强度稍高于fcu的一组为强度调整后的基准配合比；强度低于fcu时，按强度较高的一组用降低水灰比的方法进行调整；强度过高时，如超强幅度不大，就不必调整，即以稠度调整后基准配合比为强度调整后配合比。如超强幅度过大，则用加大水灰比的方法进行调整。土木工程材料36（4）设计配合比的确定根据试验结果，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度fcu，o相对应的灰水比值，并按下列原则确定1m3混凝土的材料用量：用水量(mw)—用水量不应改变；水泥用量(mc)—应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；粗、细集料用量(mg和ms)—应在基准配合比中的粗、细骨料用量的基础上，按选定的水灰比进行调整后确定。土木工程材料37混凝土表观密度的校正配合比经试配、调整确定后，还需根据实测的混凝土表观密度(ρc,t)作必要的校正，其步骤为：a)计算出混凝土的计算表观密度值(ρc,c)：wsgcccmmmm,土木工程材料38b)按下式计算混凝土a配合比校正系数δ:当c,t与c,c之差的绝对值不超过c,c的2%时，由以上定出的配合比，即为确定的设计配合比；若二者之差超过2%时，则须将已定出的混凝土配合比中每项材料用