土木工程材料4.4-混凝土配合比设计和混凝土质量控制

CementConcrete4.4混凝土配合比设计与混凝土的质量控制CementConcrete4.4混凝土配合比设计目的：确定混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。常用的表示方法：以每1立方米混凝土中各项材料的质量表示，水泥（mc）300kg、水（mw）180kg、砂（ms）720kg、石子（mg）1200kg；以各项材料的质量比来表示（以水泥质量为1）如水泥：砂：石子：水＝1：2.4：4：0.6CementConcrete混凝土配合比设计的基本要求满足混凝土结构设计——强度等级；满足混凝土施工——和易性；满足工程所处环境——耐久性要求；符合经济原则——尽可能采用当地材料。CementConcrete混凝土配合比设计的资料准备了解工程设计要求的混凝土强度等级，以便确定混凝土配制强度。了解工程所处环境对混凝土耐久性的要求，以便确定所配制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。了解结构构件断面尺寸及钢筋配制情况，以便确定混凝土骨料的最大粒径。了解混凝土施工方法及管理水平，以便选择混凝土拌和物坍落度及混凝土强度的标准差。CementConcrete掌握原材料的性能指标。水泥──品种、标号、密度；砂、石骨料──种类、表观密度、级配、最大粒径等；拌和用水──水质情况；外加剂──品种、性能、适宜掺量；掺和料——粉煤灰、矿渣、硅粉等。CementConcrete混凝土配合比设计中的三个参数Ⅰ、水与水泥之间的比例关系——水灰比表示；Ⅱ、砂与石子之间的比关系——砂率表示；Ⅲ、水泥浆与骨料之间的比例关系——单位体积用水量来表示。CementConcrete确定三个参数的基本原则：在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水灰比；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定混凝土的单位用水量；砂在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定砂率。CementConcrete混凝土配合比设计的步骤Ⅰ初步计算配合比Ⅲ实验室配合比Ⅱ基准配合比Ⅳ施工配合比调整坍落度校核强度、耐久性扣减工地砂石含水量CementConcrete一、初步计算配合比计算步骤：第一步：确定配制混凝土强度第二步：确定水灰比第三步：确定用水量第四步：确定水泥用量第五步：确定砂率第六步：确定砂石用量CementConcrete第一步：混凝土配制强度的确定依据公式：fcu.0＝fcu.k+1.645σ式中：fcu.0——混凝土配制强度（MPa）fcu.k——混凝土立方体抗压强度标准值；σ——混凝土强度标准差（MPa）。σ的确定：A、施工单位有强度历史资料时，依公式计算；B、施工单位无强度历史资料时，查表取用。CementConcrete第二步：初步确定水灰比（W/C）依混凝土强度公式：fcu,o=Afce(C/W-B)W/C=Afce/(fcu,o+A·B·fce)耐久性校核：水灰比还不得大于P125表6－7中规定的最大水灰比值结果——两者取最小值。CementConcrete第三步选取1m3混凝土的用水量（mwo)根据所用粗骨料种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查P109表6-5选取1m3混凝土的用水量。CementConcrete第四步计算1m3混凝土的水泥用量（mco）计算——根据确定的水灰比（W/C）和选用的单位用水量（mwo），可计算出水泥用量（mco）。W/C=mwo/mcomco=mwo/(W/C)校核——为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的水泥用量还应满足P125表6－7规定的最小水泥用量的要求；取值——两者最大值。CementConcrete第五步选取合理砂率值（βs）方法：Ⅰ、依据填充理论和砂石状态参数，计算砂率；Ⅱ、根据混凝土拌和物的和易性，通过试验求出合理砂率——坍落度最大的最小砂率；Ⅲ、如无试验资料，可根据骨料品种、规格和水灰比，按P110表6－6选用。CementConcrete混凝土的砂率（％）CementConcrete第六步计算粗、细骨料的用量（mgo）及（mso）A质量法：若原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌和物的表观密度将接近一个固定值。B体积法：假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和。CementConcreteA、质量法：假设1m3混凝土拌和物的质量为某一确定值mcp，则可列方程：式中mco───每立方米混凝土的水泥用量（kg）；mgo------每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）;mso──－每立方米混凝土的细骨料用量（kg）；βs────砂率（％）；mcp──1m3混凝土拌和物的假定质量,其值可取2400～2500kg.联立两式，即可求出mgo、mso。%100gosososcpwosogocommmmmmmmCementConcreteB、体积法假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌和物中所含空气体积之总和，可列出下式：式中ρc───水泥密度,可取2900～3100（kg/m3）；ρg───粗骨料的表观密度（kg/m3）；ρs───细骨料的表观密度（kg/m3）；ρw───水的密度,可取1000（kg/m3）；α─混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，又可取1。联立两式，即可求出mgo、mso。%100101.0gosososwwossoggoccommmmmmmCementConcrete以上求出的各材料用量，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，因而不一定能够完全符合具体的工程实际情况，必须通过试拌调整，直到混凝土拌和物的和易性符合要求为止，然后提出供检验强度用的基准配合比。二、基准配合比——和易性的调整CementConcrete按初步计算配合比称取实际工程中使用的材料进行试拌，混凝土的搅拌方法，应与生产时使用的方法相同。混凝土搅拌均匀后，检查拌和物的性能。当试拌出的拌和物坍落度或维勃稠度不能满足要求，或粘聚性和保水性不良时，应在保持水灰比不变的条件下相应调整用水量和砂率，直到符合要求为止。然后提出供检验强度用的基准配合比。CementConcrete三、实验室（设计）配合比——强度校验采用三个不同的配合比，其一为基准配合比，另外两个配合比的W/C较基准配合比分别增加或减少0.05。每种配合比至少制作一组（三块）试件，标准养护到28d时进行强度测试。由试验得出的各灰水比及其对应的混凝土的强度关系，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,并确定出设计配合比。CementConcrete设计配合比的确定：用水量（mw）──取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度，进行适当的调整；水泥用量（mc）──以用水量乘以选定出的灰水比计算确定；粗、细骨料用量（mg、ms）──取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按选定的灰水比进行适当的调整。CementConcrete四、施工配合比——现场砂石含水量的扣减设计配合比是以干燥材料为基准的，而工地存放的砂、石的水分随着气候而变化。所以现场材料的实际称量应按工地砂、石的含水情况进行修正，修正后的配合比，叫做施工配合比。现假定工地存放砂的含水率为a（%），石子的含水率为b（％），则将设计配合比换算为施工配合比，其材料称量为：m/c=mc（kg）；m/s=ms(1+a%)（kg）；m/g=mg(1+b%)（kg）；m/w=mw-a%ms-b%mg（kg）。CementConcrete普通混凝土配合比设计实例【例题】某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土的设计强度等级为C30，施工要求坍落度为30～50mm（混凝土由机械搅拌，机械振捣），根据施工单位历史统计资料，混凝土强度标准差σ＝4.8MPa。采用的原材料：525号普通水泥（实测28天强度56.7MPa），密度ρc＝3100kg/m3；中砂，表观密度ρs=2650kg/m3；碎石，表观密度ρg＝2700kg/m3，最大粒径Dmax=20mm；自来水。要求：1、试设计混凝土配合比（按干燥材料计算）。2、施工现场砂含水率3％，碎石含水率1％，求施工配合比。CementConcrete【解】：初步计算配合比的计算⑴、确定配制强度（fcu,o）fcu,o＝fcu,k+1.645σ＝30＋1.645×4.8=37.9MPa⑵、确定水灰比（W/C）碎石A＝0.48B=0.52W/C=Afce/(fcu,o+ABfce)=0.48×56.7/(37.9+0.48×0.52×56.7)=0.52由于框架结构梁处于干燥环境，查表6－14，（W/C）max=0.65，故可取w/c=0.52。CementConcrete⑶、确定单位用水量（mwo）查表取mwo＝195kg⑷、计算水泥用量（mco）mco＝mwo/(W/C)=195/0.52=375(kg)查表最小水泥用量为260kg/m3，故可取mco＝375kg。⑸、确定合理砂率值（βs）根据骨料及水灰比情况，查表取βs＝35％CementConcrete⑹、计算粗、细骨料用量（mgo）及（mso）用质量法计算:假定每立方米混凝土拌和物重mcp=2400kg则%100gosososcpwosogocommmmmmmm%352400195375gosososogommmmm解得：mgo＝1189kgmso=641kgCementConcreteB、用体积法计算方程略解得：mgo＝1211kgmso＝652kg两种方法计算结果相近。CementConcrete配合比的试配、调整1、按初步计算配合比试拌15L，其材料用量为水泥0.015×373=5.63kg水0.015×195=2.93kg砂0.015×641=9.62kg石子0.015×1189=17.84kg搅拌均匀后做和易性试验，测得的坍落度为20mm，不符合要求。增加5％的水泥浆，即水泥用量增加到5.91kg，水用量增加到3.08kg，测得坍落度为30mm，粘聚性、保水性均良好。试拌调整后的材料用量为：水泥5.91kg，水3.08kg，砂9.62kg，石子17.84kg，总重量36.45kg。混凝土拌和物的实测表观密度为2410kg/m3，则拌制1m3混凝土的材料用量CementConcrete检验强度在基准配合比的基础上，拌制三种不同水灰比的混凝土，并制作三组强度试件。其一是水灰比为0.52的基准配合比，另两种水灰比分别为0.47及0.57，经试拌检查和易性均满足要求。经标准养护28天后，进行强度试验，得出的强度值分别为：水灰比0.47（灰水比2.13）………45.5MPa水灰比0.52（灰水比1.92）………39.6MPa水灰比0.57（灰水比1.75）………34.5MPaCementConcrete确定设计配合比根据上述三组灰水比与其相对应的强度关系，计算（或作图）出与混凝土配制强度（37.9MPa）对应的灰水比值为1.86，即水灰比为0.54。则初步定出混凝土的配合比为：水mw=204kg水泥mc=204/0.54=378kg砂ms=636kg石子mg=1180kgCementConcrete现场施工配合比将设计配合比换算成现场施工配合比，用水量应扣除砂、石所含水量、而砂、石则应增加砂、石的含水量。所以施工配合比：m/c＝378kgm/s=636×（1+3%）=655kgm/g=1180×（1+1%）=1192kgm/w=204-636×3%-1180×1%=173k•掺减水剂时，用水量=m/w（1-β）β为外加剂减水率CementConcrete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拌合物的工作度CementConcrete混凝土的质量控制为保证结构的可靠，必须在施工过程的各个工序对原材料、混凝土拌和物及硬化后的混凝土进行必要的质量检验和控制。CementC