建筑材料13第五章06

第五章（6）21、配合比设计重点、难点：配合比设计课堂讲授第六节普通混凝土配合比设计一、混凝土配合比设计的基本要求二、混凝土配合比设计中的三个重要参数三、混凝土配合比设计的基本资料四、混凝土配合比设计的方法和步骤五、施工配合比六、例题练习本教学过程：一、混凝土配合比设计基本要求：混凝土配合比是指1m3混凝土中各组成材料的用量，或各组成材料之重量比。（一）、配合比设计的四项基本要求：1．满足施工要求的和易性。2．满足设计的强度等级，并具有95%的保证率。3．满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求。4．经济合理，最大限度节约水泥，降低混凝土成本。（二）、混凝土配合比设计中的三个基本参数：为了达到混凝土配合设计的四项基本要求，关键是要控制好水灰比（W/C）、单位用量（W0）和砂率（Sp）三个基本参数。这三个基本参数的确定原则如下：1．水灰比：水灰比根据设计要求的混凝土强度和耐久性确定。确定原则为：在满足混凝土设计强度和耐久性的基础上，选用较大水灰比，以节约水泥，降低混凝土成本。2．单位用水量：单位用水量主要根据坍落度要求和粗骨料品种、最大粒径确定。确定原则为：在满足施工和易性的基础上，尽量选用较小的单位用水量，以节约水泥。因为当W/C一定时，用水量越大，所需水泥用量也越大。3．砂率：合理砂率的确定原则为：砂子的用量填满石子的空隙略有富余。砂率对混凝土和易性、强度和耐久性影响很大，也直接影响水泥用量，故应尽可能选用最优砂率，并根据砂子细度模数、坍落度要求等加以调整，有条件时宜通过试验确定。（三）、混凝土配合比设计的算料基准：1、计算1m3混凝土拌合物中各材料的用量，以重量计。2、计算时，骨料以干燥状态重量为准，所谓干燥状态，是指细骨料含水率小于0.5%，粗骨料含水率小于0.2%。二、混凝土配合比设计的方法和步骤：（一）、设计方法和原理：混凝土配合比设计的基本方法有两种：一是体积法（又称绝对体积法）；二是重量法（又称假定表观密度法），基本原理如下：1.体积法基本原理：体积法的基本原理为混凝土的总体积等于砂子、石子、水、水泥体积及混凝土中所含的少量空气体积之总和。若以Vh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk分别表示混凝土、水泥、水、砂、石子、空气的体积，则有：Vh=Vc＋Vw＋Vs＋Vg＋Vk若以C0、W0、S0、G0分别表示1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量（kg），以ρw、ρc、ρs、ρg分别表示水、水泥的密度和砂、石子的表观密度（g/cm3），10α表示混凝土中空气体积，则上式可改为：式中，为混凝土含气量百分率（%），在不使用引气型外加剂时，可取=1。2.重量法基本原理：重量法基本原理为混凝土的总重量等于各组成材料重量之和。当混凝土所用原材料和三项基本参数确定后，混凝土的表观密度（即1m3混凝土的重量）接近某一定值。若预先能假定出混凝土表观密度，则有：C0＋W0＋S0＋G0=ρ0式中ρ0为1m3为混凝土的重量（kg），即混凝土的表观密度。可根据原材料、和易性、强度等级等信息在2400～2450kg/m3之间选用。混凝土配合比设计中砂、石料用量指的是干燥状态下的重量。水工、港工、交通系统常采用饱和面干状态下的重量。（二）、混凝土配合比设计步骤：混凝土配合比设计步骤为：首先根据原始技术资料计算“初步计算配合比”；然后经试配调整获得满足和易性要求的“基准配合比”；再经强度和耐久性检验定出满足设计要求、施工要求和经济合理的“试验室配合比”；最后根据施工现场砂、石料的含水率换算成“施工配合比”。第一步：计算配合比的确定1．计算混凝土配制强度（fcu,t）fcu,t=fcu,k＋1.645σ2．计算水灰比（W/C）（1）根据强度要求计算水灰比。由式：BWCfAfcetcu,，则有：cetcuceABffAfCW,（2）根据耐久性要求查p47页表4-14，得最大水灰比限值。（3）比较强度和耐久性要求的水灰比，取两者中的最小值。3．确定1m3混凝土的用水量（W0）根据施工要求的坍落度和骨料品种、粒径、由p47页表4-15选取4．计算1m3混凝土的水泥用量（C0）（1）计算水泥用量：CWWC00（2）查P47页表4-14，复核是否满足耐久性要求的最小水泥用量，取两者中的较大值。5．确定合理砂率（Sp）（1）可根据骨料品种、粒径及W/C查P48页表4-16选取。实际选用时可采用内插法，并根据附加说明进行修正。（2）在有条件时，可通过试验确定最优砂率。6．计算砂、石用量（S0、G0），并确定初步计算配合比。（1）重量法：C0＋W0＋S0＋G0=ρ0%100000GSSSP（2）体积法：%100000GSSSP（3）配合比的表达方式：①根据上述方法求得的C0、W0、S0、G0，直接以每立方米混凝土材料的用量（kg）表示。②根据各材料用量间的比例关系表示：C0：S0：G0＝1：S0/C0：G0/C0，再加上W/C值。第二步：基准配合比和试验室配合比的确定初步计算配合比是根据经验公式和经验图表估算而得，因此不一定符合实际情况，必经通过试拌验证。当不符合设计要求时，需通过调整使和易性满足施工要求，使W/C满足强度和耐久性要求。1．和易性调整——确定基准配合比：根据初步计算配合比配成混凝土拌合物，先测定混凝土坍落度，同时观察粘聚性和保水性。如不符合要求，按下列原则进行调整：（1）当坍落度小于设计要求时，可在保持水灰比不变的情况下，增加用水量和相应的水泥用量（水泥浆）。（2）当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的情况下，增加砂、石用量（相当于减少水泥浆用量）。（3）当粘聚性和保水性不良时（通常是砂率不足），可适当增加砂用量，即增大砂率。（4）当拌合物显得砂浆量过多时，可单独加入适量石子，即降低砂率。直到和易性满足要求后，调整和易性后提出的配合比即是可供混凝土试验用的基准配合比。2．强度和耐久性复核——确定试验室配合比：根据和易性满足要求的基准配合比和水灰比，配制一组混凝土试件；并保持用水量不变，水灰比分别增加和减少0.05再配制二组混凝土试件，用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。制作三组混凝土强度试件时，应同时检验混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性和表观密度，并以此结果代表相应配合比的混凝土拌合物的性能。三组试件经标准养护28天，测定抗压强度，以三组试件的强度和相应灰水比作图，确定与配制强度相对应的灰水比，并重新计算水泥和砂石用量。计作Cb、Wb、Sb、Gb。在混凝土和易性满足要求后，测定拌合物的实测表观密度（ρc,t），并按下式计算每1m3混凝土的各材料用量——即实验室配合比：令：混凝土计算表观密度ρc,c＝Cb+Wb+Sb+Gb则有：校正系数cctc,,Csh=Cb·δWsh=Wb·δSsh=Sb·δGsh=Gb·δ式中：ρc,c——试拌调整后，各材料的实际总用量（kg）；ρc,t——混凝土的实测表观密度（kg/m3）；Cb、Wb、Sb、Gb——试拌调整后，水泥、水、砂子、石子实际拌合用量（kg）；Csh、Wsh、Ssh、Gsh——实验室配合比中1m3混凝土的各材料用量（kg）。如果初步计算配合比和易性完全满足要求而无需调整，也必须测定实际混凝土拌合物的表观密度，并利用上式计算Csh、Wsh、Ssh、Gsh。否则将出现“负方”或“超方”现象。亦即初步计算1m3混凝土，在实际拌制时，少于或多于1m3。当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，则初步计算配合比即为基准配合比，无需调整。当对混凝土的抗渗、抗冻等耐久性指标有要求时，则制作相应试件进行检验。强度和耐久性均合格的水灰比对应的配合比，称为混凝土试验室配合比。第三步：施工配合比的计算试验室配合比是以干燥（或饱和面干）材料为基准计算而得，但现场施工所用的砂、石料常含有一定水分，因此，在现场配料前，必须先测定砂石料的实际含水率，在用水量中将砂石带入的水扣除，并相应增加砂石料的称量值。设砂的含水率为a%；石子的含水率为b%，则施工配合比按下列各式计算：%%%1%1bGaSWWbGGaSSCCshshshshshsh[例4-4]：某框架结构钢筋混凝土，混凝土设计强度等级为C30，现场机械搅拌，机械振捣成型，混凝土坍落度要求为50～70mm，并根据施工单位的管理水平和历史统计资料，混凝土强度标准差σ取4.0MPa。所用原材料如下：水泥：普通硅酸盐水泥32.5级，密度ρc=3.1，水泥强度富余系数Kc=1.12；砂：河砂Mx=2.4，Ⅱ级配区，ρs=2.65g/cm3；石子：碎石，Dmax=40mm，连续级配，级配良好，ρg=2.70g/cm3；水：自来水。求：混凝土初步计算配合比。[解]1、确定混凝土配制强度（fcu,t）。fcu,t＝fcu,k+1.645σ＝30+1.645×4.0＝36.58（MPa）2、确定水灰比（W/C）。（1）根据强度要求计算水灰比（W/C）：45.012.15.3203.046.058.3612.15.3246.0,cetcuceABffAfCW（2）根据耐久性要求确定水灰比（W/C）：由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，查47页表得最大水灰比为0.65，故取满足强度要求的水灰比0.45即可。3、确定用水量（W0）。查表4-15可知，坍落度55～70mm时，用水量185kg；4、计算水泥用量（C0）。根据表4-14，满足耐久性对水泥用量的最小要求。5、确定砂率（Sp）。参照表4-16，通过插值（内插法）计算，取砂率Sp=32%。6、计算砂、石用量（S0、G0）。采用体积法计算，因无引气剂，取＝1。解上述联立方程得：S0=577kg；G0=1227kg。因此，该混凝土初步计算配合比为：C0=411kg，W0=185kg，S0=577kg，G0=1227kg。或者：C：S：G=1：1.40：2.99，W/C=0.45[例4-5]：承上题，根据初步计算配合比，称取12L各材料用量进行混凝土和易性试拌调整。测得混凝土坍落度T=20mm，小于设计要求，增加5%的水泥和水，重新搅拌测得坍落度为65mm，且粘聚性和保水性均满足设计要求，并测得混凝土表观密度2392kg/m3，求基准配合比。又经混凝土强度试验，恰好满足设计要求，已知现场施工所用砂含水率4.5%，石子含水率1.0%，求施工配合比。[解]1、实验室配合比：（1）根据初步计算配合比计算12L各材料用量为：将初步配合比各种材料用量分别乘以0.012得：C=4.932kg，W=2.220kg，S=6.92kg，G=14.72kg（2）增加5%的水泥和水用量为：ΔC＝0.247kg，ΔW＝0.111kg（3）各材料总用量（计算表观密度）为；ρc,c＝（4.932+0.247）+（2.220+0.111）+6.92+14.92＝29.35（kg）（4）根据式校正系数cctc,,·V=81.5·V（V是现有拌合物的实有体积）Cb、Wb、Sb、Gb分别等于调整后各材料用量除以现有拌和物的实有体积V如Cb=5.179/VCsh=Cb·δWsh=Wb·δSsh=Sb·δGsh=Gb·δ计算得实验室配合比为：Csh=422，Wsh=190，Ssh=564，Gsh=1215。2、施工配合比：根据题意，施工配合比为：C＝Csh＝422kgS=564×（1+4.5%）＝589kgG＝1215×（1+1%）＝1227kgW＝190-564×4.5%-1215×1%＝152kg［例4-6］：承上题求得的混凝土实验室配合比，若掺入减水率为18%的高效减水剂，并保持混凝土落度和强度不变，实测混凝土表观密度ρh＝2400kg/m3。求掺减水剂后混凝土的配合比。1m3混凝土节约水泥多少千克？[解]（1）减水率18%，则实际需水量为：W＝190-190×18%＝156kg（2）保持强度不变，即保持水灰比不变，则实际水泥用量为：C=156/0.45=347kg（3）掺减水剂后混凝土配合比如下：各材料总用量＝347+156+5