混凝土配合比设计.

混凝土配合比设计东南大学材料科学与工程学院庞超明[e-mail]1内容提要1.实验背景2.基本理论3.设计思路4.普通混凝土配合比设计2背景3性能由原材料性质及其相对含量决定混凝土4拌合、凝结硬化胶材B(C、粉煤灰FA、矿粉SL、硅灰SF）(12~20%）砂S/石G集料（65~80%）水W（6~10%）外加剂A(0.5~2.0%）配比设计基础鲍罗米（Belomey）公式fcu,0=αafb(B/W-αb)混凝土强度←水泥石性能←自身的孔隙率。5配比设计理论—级配堆积理论颗粒运动时,粒子间留有适当距离,恰使次小颗粒能够穿过并填塞在空隙。7流变学颗粒级配的关键结论Fuller公式：n=0.25~0.7Fuller:1/2,Talbot:1/3,Birebent:1/4日本n=0.35～0.45,美国取n=0.45水泥混凝土：0.25~0.45我国集料:Bolomey：8设计总体思路91.明确设计指标要求2.综合考虑原材料性能3.配合比设计4.实验室试拌调整关键参数确定：水灰/胶比、灰砂比、掺合料品种和用量、外加剂品种和用量…水泥：抗压强度，密度等…集料：砂石级配，表观/堆积密度…外加剂;掺量，减水率，强度比…FA：等级，需水量比，活性指数…SL：等级，活性指数…设计指标10•水胶比W/B决定；抗压C20～C100；抗折4.0～6.5MPa，1.强度等级•坍落度T、保水性、粘聚性；单位用水量、砂率Sp、外加剂品种和掺量等决定2.工作性•抗裂、抗渗、抗化学侵蚀、抗冻等；水泥用量、矿物掺合料用量、外加剂等决定3.耐久性•最高；使用矿物掺合料4.经济性•特殊结构(如承台、预应力、路面等),可泵性，外观5.其他参数设计中其他参数要求决定因素：工程结构部位、施工、耐久性…路面：抗折，耐磨，吸声，弹模等。一般设计T不大，集料Dmax大，级配好等预应力：3~5d施加预应力，规范要求达到设计75%，实际85~90%,7d达到设计强度；弹模30GPa承台：大体积，抗裂性，变形性等：测试抗裂性，水化热，变形…地下：抗渗性…海洋工程：离子腐蚀，钢筋锈蚀，干湿循环…北方：抗冻性…11设计要求一般要求强度等级:如C35；工作性良好：如坍落度T=160±20mm，粘聚性和保水性良好；体现经济性，耐久性等。12原材料性能C：P·II42.5R，28d强度52.9MPa，密度3.10g/cm3；FA：Ⅰ级粉煤灰，活性指数72.7%，密度2.24g/cm3，需水量比91%；S：中砂，MX=2.4，密度2.68g/cm3；G：5-25mm连续级配碎石，密度2.86g/cm3；A：萘系粉剂高效减水剂，推荐掺量1.0%，减水率20%；W：饮用水。13设计基本经济性：C：400~550元/t；FA：120~180元/t；SL：180~280元/t；砂石：45~50元/t；外加剂：3000~6000元/t工作性：FA颗粒球状，减水，增稠；SL，基本不减水，泌水，；耐久性：水泥强度高，水化热高，收缩大，抗裂性差；FA降低水化热和收缩，提高抗Cl-和SO42-侵蚀，抗渗，抑制碱-骨料反应；SL抗冻，抗化学侵蚀高于FA，水化热和收缩也高于FA；环保性：FA，SL节能减排，低碳经济。14高性能混凝土设计原则低单位用水量，低单位水泥用量：最大堆积密度：适当水胶比：太低，抗裂性差，收缩大FA、SL双掺，次第反应，优势互补，叠加效应。但也要视具体情况15降低水化热，提高抗裂性，提高经济性使用外加剂、FA、SL堆密理论，集料最小空隙率混凝土配合比设计16配合比计算176、试配和调整5、确定砂率（石子种类最大粒径及水胶比）计算砂子和石子用量（体积法和质量法）4、确定水泥用量和矿物掺合料用量（FA&SL)3、单位用水量（石子种类最大粒径及坍落度），注意外加剂减水与粉煤灰减水（注意水剂外加剂）2、初步确定水胶比（碎石与卵石、矿物掺合料掺量）1、配制强度的确定000000/////Awsgcfmmmmmm配合比计算11、试配强度确定C60,fcu.o≥fcu.k+1.645×σ;≥C60,fcu，t=1.15*fcu，k计算C30/C35配制强度：C60,fcu，t=fcu，k+1.645σ0=38.2/43.2MPa（95%强度保证率，C25~C45,σ0=5）18C25C25~C45C45σ取值/MPa4.05.06.0配合比计算2w/c=αaαbfce/(fcu,o+αaαbfce)碎石：JGJ55-2000:αa＝0.46，αb＝0.07JGJ55-2011:αa＝0.53，αb＝0.20fce水泥28d强度.如无实测值，则32.5级水泥取系数1.12，42.5级取1.16，52.5级取1.1。19掺量01020304050γf取值1.000.85～0.950.75～0.850.65～0.750.55～0.65-γs取值1.001.000.95～1.000.90～1.000.80～0.900.70～0.852.初步确定水胶比（碎石与卵石）1.配制强度的确定配合比计算2举例-水胶比2.W/B=0.46*fce，g/(fcu，t+0.46*0.07*fce，g20FAFAfcukFcuofceC富余fceoW/BJGJ55-200013038.242.51.146.750.54213543.242.51.146.750.48113038.242.5142.50.49413543.242.5142.50.439JGJ55-201113038.242.51.146.750.57413543.242.51.146.750.51513038.242.5142.50.52713543.242.5142.50.472200.853038.242.5136.130.45613543.242.51.1649.30.5413038.242.51.1649.30.6023、用水量W——JGJ55:按Dmax和T查表注：细砂加水5～10kg，粗砂减水5～10kg，增5kg/20mmT如掺A，考虑A减水率R%：W外=W（1-R%）21拌合物稠度卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)项目指标102031.540162031.540坍落度(mm)10~3019017016015020018517516535~5020018017016021019518517555~7021019018017022020519518575~90215195185175230215205195配合比计算33.单位用水量2.初步确定水胶比1.配制强度的确定配合比计算3举例3.单位用水量（1）查表(JGJ55):W=220kg/m3，W0=164.50+0.25T0-7.5MX+815.91/Dmax=214kg/m3，综合考虑：单位用水量取为215kg/m3；（2）综合考虑外加剂减水，掺NF1.0%，减水率20%；实际用水量W=215*（1-0.20）=172kg/m3。22配合比计算4/54.水泥用量：mC0=mwo/(w/c)如有FA,掺量15%:mFA=C0*15%；(原超量1.05~1.3)如掺外加剂mA，可外/内掺:1.0%：mA=mC0*1.0%5.砂率：根据W/C和Dmax查表,T60mm,增1%/20mm23水灰比(W/C)卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)1020401620400.4026-3225-3124-3030-3529-3427-320.5030-3529-3428-3333-3832-3730-350.6033-3832-3731-3636-4135-4033-380.7036-4135-4034-3939-4438-4336-415.确定砂率,确定砂石用量4.确定水泥用量和掺合料用量3.单位用水量2.初步确定水胶比1.配制强度的确定配合比计算4-5举例4.C、FA、A用量B=172/0.48=358kg/m3A=358*1.0%=3.58kg/m3FA=358*15%=54kg/m3C=358-54=304kg/m3外加剂固含量如为20%，则含水3.58×(1-20%)=2.865.确定砂率SP（JGJ55-2000）查表得：35%~41%取SP=40%24配合比计算66.砂、石子重量：重量法：体积法：SP=ms0/(ms0+mg0)25例：重量法：W+C+FA+S+G+A=2400&S/(S+G)=SP=0.40得出：S=748kg/m3，G=1122kg/m3101.000000wwssggffccmmmmm2450~235000000cpwsgcfmmmmmm配合比计算结果注：为干材料质量。外加剂一般要扣水配合比01.0:13.3:09.2:151.0:849.0:48.058.3:1122:748:54:304:172:::::AGOSOFOCOWOmmmmmm26配合比参数每方用量kg/m3W/CSp/%FA/%A%WCFASGAC350.4840151.01723045474811223.58配合比计算及调整1m3用量kg/m310L干材料用量/kg砂含水2.0％/kg调整调整后配合比C3043.043.04FA540.540.54W1721.72-0.15-0.031.54砂7487.48+0.157.63石112211.2211.22A3.580.0360.036T27按计算配合比确定材料用量C0、S0、G0及W0，检定拌合物性能。试配中的和易性调整1若T（或维勃稠度）不能满足要求，或粘聚性和保水性不好时，应进行和易性调整。对于普通混凝土配合比，T较小，≤90mm1.T过小，W/C不变,分次掺入5％~10％水泥浆或外加剂2.T过大，粘聚性、保水性良好时，可保持砂率不变，酌情增加砂和石子；3.当粘聚性、保水性不好时，可适当改变砂率。28对于高性能混凝土，T较大：1.坍落度，主要通过调整外加剂掺量来调节；坍落度差别不大时也可以通过保持W/C不变增加5%的水泥浆来调节。2.调节配合比中的胶凝材料用量等来改变粘聚性3.保水性不好，一般为外加剂掺量过高，浆体少，砂率低有关29配合比调整普通混凝土以基准W/C和基准W/C±0.05，配制3组配比，用水量不变，砂率±1％。检验稠度、粘聚性、保水性及表观密度，每种配比制作1组（3块）试件，标养28d试压。根据不同W/C的抗压强度，用作图或计算求出与配制强度对应的灰水比值。高性能混凝土变动掺合料品种或掺量:10~40%FA/10~50%SL/5~20%SF流动性调整：外加剂品种和掺量高强：W/C±0.0330设计值的确定配合比表观密度校正校正系数δ实测与计算值之差不超过计算值2％，不必校正。超过2％时，配比中每项材料用量乘以校正系数δ。31计测＝ococ/G+S+C+W＝计oc测oc作业和思考思考：配合比设计中有哪些关键参数？每个参数怎么确定？流动性不满足要求时，如何进行合理的调整？普通/高性能混凝土如何区别对待作业：设计：C35混凝土，T=50~70mm/（140~160mm）工作性良好。原材料：P.II42.5、S95矿粉，掺量25%、中砂、5~25mm碎石、外加剂掺量1.0%，减水率20%。经济性：C：450元/t；FA：160元/t；SL：250元/t；砂石：50元/t；外加剂：4000元/t思考：如为C20混凝土，有何问题？32Theend!33