混凝土配合比设计

配合比设计谢俊配合比设计第一部分概述第二部分配合比设计一、配合比设计定义二、配合比设计流程1、配制强度2、原材料选择3、初步计算配合比4、混凝土配合比的试配、调整与确定第三部分配合比设计案例1、掺外加剂混凝土配合比设计2、掺粉煤灰混凝土配合比设计3、高强混凝土配合比设计概述配合比设计是实现预拌混凝土性能的一个重要过程，也是保证预拌混凝土质量的重要环节。施工配合比是以实验配合比为基础而确定的，普通混凝土的实验配合比设计是确定了相应混凝土的施工配制强度后，按照《普通混凝土配合比设计规程》的方法和要求进行设计确定。混凝土配合比设计要满足强度结构设计的等级要求，施工的和易性、耐久性和经济性。混凝土随着材料科学的不断发展，其用途也越来越广泛，已到了跨行业、跨学科，互相渗透得非常广泛的领域。混凝土的配合比设计不同于结构设计，不是单纯的理论计算，属于试验型而非经验型学科的范畴。混凝土配合比设计牵涉到多个方面，既要保证混凝土硬化后的强度和耐久性，又要满足施工和易性要求。通过经验表格和经验公式算出初步计算配合比后，还需要进行试配调整，以满足施工和易性要求，并应进行强度试验。在满足上述性能的前提下，尽可能节约水泥，降低成本。配合比设计一、配合比设计的定义配合比设计是指根据混凝土要求的性能和原材料的特性，确定混凝土的组成和成分。混凝土配合比设计必须达到以下四项基本要求，即：（1）满足结构设计的强度等级要求；（2）满足混凝土施工所要求的和易性；（3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；（4）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。二、配合比设计流程混凝土配合比设计基本参数确定的原则水胶比、单位用水量和砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数。混凝土配合比设计中确定三个参数的原则是：在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水胶比；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单位用水量；砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。混凝土配合比设计以计算1m3混凝土中各材料用量为基准，计算时骨料以干燥状态为准。1、配制强度1.1混凝土的配制强度应按下列规定进行：1、当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度应按下式确定：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，这里取混凝土的设计强度等级值(MPa)；σ—混凝土强度标准差(MPa)。2、当设计强度等级不小于C60时，配制强度应按下式确定：fcu,0≥1.15fcu,k1.2混凝土强度标准差当具有近1个月～3个月的同一品种、同一强度等级混凝土的强度资料，且试件组数不小于30时，其混凝土强度标准差σ应按下式计算：（1.2-1）式中：σ—混凝土强度标准差(MPa)；fcu,i—第i组的试件强度(MPa)；mfcu—n组试件的强度平均值(MPa)；n—试件组数。22,11ncuifcuifnmn对于强度等级不大于C30的混凝土，当混凝土强度标准差计算值不小于3.0MPa时，应按式(1.2-1)计算结果取值；当混凝土强度标准差计算值小于3.0MPa时，应取3.0MPa。对于强度等级大于C30且小于C60的混凝土，当混凝土强度标准差计算值不小于4.0MPa时，应按式(1.2-1)计算结果取值；当混凝土强度标准差计算值小于4.0MPa时，应取4.0MPa。当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差σ可按下表取值。标准差σ值(MPa)混凝土强度标准值≤C20C25～C45C50～C55σ4.05.06.02、原材料选择2.1胶凝材料最大水胶比最小胶凝材料用量(kg/m3)素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土0.602502803000.552803003000.50320≤0.453302.1.1水泥水泥品种的选择：水泥品种应根据水泥的特性和工程特点及施工环境进行选择。用于建筑工程的常用水泥为五种，其特性如表2-1所示。根据工程特点及施工环境选用水泥时，可参照表2-2。五种常用水泥特性表2-1五种常用水泥的选用表2-2水泥强度等级的选择a、一般情况下，水泥强度为混凝土强度的1.5-2.0倍为宜。b、配制高强度混凝土（30MPa以上）时，水泥的强度等级可降低为混凝土强度等级的0.9-1.5倍。普通混凝土选用水泥强度等级的标准，可参考下表。水泥强度等级的选用混凝土等级≤C20C25-C30C30-C40≥C45水泥强度等级32.532.5、42.542.5、52.552.5、62.52.1.2矿物掺合料矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐时，钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量应符合表2.1.2-1的规定，预应力混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表2.1.2-2的规定。对基础大体积混凝土，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合掺合料的最大掺量可增加5%。采用掺量大于30%的C类粉煤灰的混凝土应以实际使用的水泥和粉煤灰掺量进行安定性检验。表2.1.2-1钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量表2.1.2-2预应力混凝土中矿物掺合料的最大掺量表2.1.2-2预应力混凝土中矿物掺合料的最大掺量2.2砂粒径小于4.75mm、大于150μm的骨料粒称为细骨料，简称砂。1）通常使用天然河砂或淡水湖砂；使用海砂时应进行冲洗，经检验合格后方可用于钢筋混凝土结构；山砂含矿物质较多，应经处理并检验合格后方可使用。2）砂的粗细程度用细度模数表示，如表2-3。普通混凝土用砂，其细度模数在2.7-3.4之间的中粗砂较好。砂子的颗粒级配应处于表2-4所列的三个级配区中。如为特细砂，应按照特细砂混凝土设计。3）砂按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类，选用时应与混凝土强度相匹配。如表2-5所示。表2-3表2-4表2-52.3石子粒径大于4.75mm的骨料粒称为粗骨料，简称石子。石子的选用尽量按照就地取材的原则，配制高强度混凝土时宜选用碎石。其性能应符合下列要求：1）石子的最大粒径应符合表2-6要求；2）级配合格，石子的颗粒级配应符合表2-7的要求；3）岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5，且火成岩的强度不应小于80MPa，变质岩的强度不应小于60MPa，沉积岩的强度不应小于30MPa。4）泥和泥块含量、针片状含量、有害物质含量，坚固性指标和压碎指标均应符合要求，如表2-8所示；5）石子按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类，选用时应与混凝土强度相匹配。如表2-5所示。表2-6表2-7表2-8表2-82.4水1）应采用饮用水或洁净的天然水；2）海水不经处理不得用于钢筋混凝土、预应力混凝土及有饰面要求的混凝土；3）工业废水须经适当处理后方可使用。《混凝土用水标准》JGJ63-2006规定的混凝土用水中得物质含量限值见表2-9。表2-92.5外加剂混凝土掺用外加剂是混凝土发展史上的一次重大变革，为混凝土的而发展提供了更大、更广阔的空间。随着建筑业的发展，混凝土外加剂已经成为混凝土中不可缺少的第五大组分。3、初步计算配合比初步计算配合比设计程序如下：1、根据所选用水泥的实际强度和混凝土的设计强度确定水胶比；2、根据粗骨料的最大粒径、工艺要求的坍落度和外加剂的性能，找出所需的用水量；3、根据水胶比和用水量，计算胶凝材料用量；4、根据水胶比和粗骨料的最大粒径，确定砂率；5、根据用水量、胶凝材料用量和砂率，计算出砂石用量。3.1水胶比当混凝土的强度等级小于C60时，混凝土水胶比宜按下式计算:W/B=式中：W/B——混凝土水胶比;、——回归系数，按回归系数取值表取值；——胶凝材料28d胶砂抗压强度（MPa），可实测，且试验方法应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671执行；也可按执行。,0abcuabbfffbabf3.1.1回归系数（、）回归系数宜按下列规定确定：1、根据工程所使用的原材料，通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系式来确定；2、当不具备上述试验统计资料时，可按下表选用。ab3.1.2胶凝材料28d抗压强度值当胶凝材料28天抗压强度值无实测值时，可按下式计算：、——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，按表2-10选用；——水泥28d胶砂抗压强度（MPa），可实测，也可按2.3.1.3确定。bfbfsceffcefsf表2-103.1.3水泥28d胶砂抗压强度当水泥28d胶砂抗压强度无实测值时，可按下式计算：式中：——水泥强度等级值的富余系数，可按实际统计资料确定；当缺乏实际统计资料时，可按下表选用；——水泥强度等级值（MPa）。,ceccegffcefc,cegf3.2用水量和外加剂用量每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量（mw0）应符合下列规定：1、混凝土水胶比在0.40-0.80范围时，可按表2-11和表2-12选取；2、混凝土水胶比小于0.40时，可通过试验确定。表2-11干硬性混凝土的用水量(kg/m3)拌合物稠度卵石最大公称粒径（mm）碎石最大公称粒径（mm）项目指标10.020.040.016.020.040.0维勃稠度（s）16～2017516014518017015511～151801651501851751605～10185170155190180165注：1、本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5kg-10kg，采用粗砂时，可减少5kg-10kg；2、掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。表2-12塑性混凝土的用水量(kg/m3)拌合物稠度卵石最大公称粒径（mm）碎石最大公称粒径（mm）项目指标10.020.031.540.016.020.031.540.0坍落度(mm)10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195注：1、本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5kg-10kg，采用粗砂时，可减少5kg-10kg；2、掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。掺外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量(mw0)可按下式计算：mw0=mw0，(1-β)式中：mw0—计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3);mw0，—未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量(kg/m3),以表2-12中90mm坍落度的用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5kg/m3用水量来计算，当坍落度增大到180mm以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。β—外加剂的减水率(%)，应经混凝土试验确定。每立方米混凝土中外加剂用量(ma0)应按下式计算：ma0=mb0βa式中：ma0—计算配合比每立方混凝土中外加剂用量(kg/m3)；mb0—计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量(kg/m3),计算应符合规定。βa—外加剂掺量(%)，应经混凝土试验确定。3.3胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量3.3.1每立方米混凝土的胶凝材料用量(mb0)应按下式计算，并应进行试拌调整，在拌合物性能满足的情况下，取经济合理的胶凝材料用量。式中：—计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量(kg/m3)；—计算配合比每立方米混凝土的用水量(kg/m3)；W/B—混凝土水胶比。00/wbmmWB0bm0wm3.3.2每立方米混凝土的矿物掺合料用量(mf0)按下式计算：mf0=mb0βf式中：mf0—计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量(kg/m3)；βf—矿物掺合料掺量(%)。3.3.3每立方米混凝土的水泥用量(mc0)应按下式计算：mc0=mb0-mf0式中：mc0—计算配合比每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3)。3.4砂率砂率(βs)应根据骨料的技术指标、混凝土拌合物性能和施工要求，参考既有历史资料确定。