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1234最佳浆骨比配合比设计方法MehtaPK和AitcinPC基于该方法是在现有HPC实践经验的基础上，对主要的配合比设计参数作出一些假设，从而得到试拌用的第一盘配料的配合比。其主要假设有：一、水泥浆与骨料的体积比为35∶65。二、用水量根据混凝土强度等级取不同的设定值。三、假定含气量，再根据用水量和水泥浆体积，算出水泥用量。四、近似假设水泥与矿物掺合料(粉煤灰、硅灰及矿渣等)的体积比为75∶25，复合双掺时，硅灰与粉煤灰或矿渣的体积各为10%，15%；五、粗细骨料体积比设为60∶40；六、高效减水剂的掺量设为1%。由于这种方法中有许多假设，所以第一盘配料经计算出的配合比仅能起引导作用，为了获得正确的配合比，尚需进行大量的试验。1英国的DomonePLJ等基于最大密实度理论的配合比设计方法一、使集料所占据的相对体积尽可能地多，集料颗粒之间的空隙由具有一定水胶比的浆体填充。二、浆体的水胶比根据混凝土的设计强度确定。但是如果浆体仅仅填充集料间的空隙，则混凝土拌和物将不能流动，必须使浆体有一定的富裕，以对集料起润滑作用。三、此外还要考虑细集料颗粒的表面积效应，使实际使用的最优砂率小于集料颗粒堆积最密实时的砂率。“最大密实度理论”可使混凝土在具有良好工作性的前提下胶结浆体的含量达到最小，以降低混凝土工作度的经时损失、水化热、收缩、徐变以及碱一集料应的可能性。1法国路桥实验中心基于Feret公式和Farris模型建议的配合比设计方法一、混凝土的强度可用Feret公式通过有限的配合比参数进行预测；按照Farris模型，认为混凝土是砂、石、水泥三类固相颗粒形成的复合悬浮液体，混凝土的工作性与拌合物的粘性密切相关。二、根据上述理论，对混凝土的配合比作以下三项假设：有一定组成的混凝土强度主要受浆体性质的控制；不含砂、石的浆体可有最高的强度；当混凝土集料的组成一定时，拌和物的工作性取决于浆体的体积和浆体的流动性；三、满足一定的强度及工作性要求时，需要浆体体积最小的砂率为最优砂率；对于等体积、等粘度、不同组成的浆体，最优砂率相同。基于以上假设，大部分试验就可用模型材料进行，即用砂浆进行力学试验，用浆体进行流变试验。这样可大大减少试验的工作量。1全计算法陈建奎基于Mehta和Aitcin教授的观点和混凝土材料组成的四项假定：一、混凝土各组成材料（包括固、气、液相）具有体积加和性；二、石子的空隙由干砂浆来填充；三、干砂浆的空隙由水来填充；四、干砂浆由水泥、细掺料、砂和空隙所组成。五、水胶比决定强度。对高性能混凝土配合比设计，提出一种全计算方法，修正了传统的绝对体积法，使高性能混凝土配合比设计从半定量走向定量、从经验走向科学，是混凝土配合比设计上一较大的改进。1《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55中的质量法和体积法20世纪70年代末，配合水泥国家标准的修订，颁布《普通混凝土配合比设计技术规定》（JGJ55-81）。经历的几次修订：《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/T55-96、JGJ55-2000、JGJ55-2011）。其它设计规程《水工混凝土配合比设计规程》DL/T5330-2005《自密实混凝土应用技术规程》CECS203：2006《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ51-2002）这些设计规程对相应的混凝土进行了设计方法的规定。11935年保罗米提出强度直线式，其理论基础即建立在水泥石在水化过程中的空隙率取决于水灰比。R=A𝐶𝑊−𝐵在混合料能充分捣实的基础上，其强度和水灰比之间呈双曲线形状。强度与灰水比呈直线关系是目前我国混凝土配合比设计的依据。fcu,k=b+a(B/A)上述Bolomey公式也是美国ACI(211.1)、英国(BRE1988)、法国(Dreux1970)、日本等配合比设计的基础。配合比确定原理2设计原则及基本规定应根据工程性质和所处的环境确定混凝土性能指标和选择原材料。当混凝土有多项性能要求时，应采取措施确保主要技术要求，并兼顾其他性能要求。最大水胶比应符合《混凝土结构设计规范》GB50010-2010的规定。2设计原则及基本规定矿物掺合料用量应符合有关规定，并经试验确定。计算出的胶凝材料用量应符合《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011的规定。冬期配合比的设计应符合《建筑工程冬期施工规程》JGJ/T104-2011的要求。其它的性能指标，如含气量、碱总量等应参考相关标准规定。2配合比设计流程工作性能强度胶凝材料品质及掺量配制强度水胶比胶凝材料、集料、砂石用量系列水胶比试配原始用水量外加剂砂石种类砂率质量控制水平σ强度保证率、保证系数耐久性能2争议一：质量法与体积法质量法（前称重量法、假定容重法）是JGJ55提出的新的设计方法，当时是从使用者的角度出发，尽量简化设计程序而确定的。它用不太精确的假定来代替以前体积法繁琐的试验和计算，最后用修正系数来校正，确保了配合比的计算精度。标准在条文说明中指出“在实际工程中，混凝土配合比设计通常采用质量法。……体积法对技术要求略高。”标准中没有明确说明体积法和质量法的区别和优劣，对于标准使用者来说，无法判断哪个方法的好坏，多数就偏向于使用简单的质量法。其实，随着现代办公软件的普及，例如微软Excel软件的运用，可以很方便的对配合比设计的各个参数和公式进行计算，从而得到精确的配合比。22质量法和体积法的优缺点质量法优点：简单易学。缺点：误差较大，需频繁校正体积法优点：准确。适用面较广。缺点：需要精确测定原材料的表观密度。2举例质量法和体积法的最大差别之处还在于混凝土配合比调整方面。现代混凝土原材料的质量波动很大，施工配合比的调整非常频繁，调整的各个参数可能有：砂率、外加剂掺量、掺合料取代比例、原始用水量等。质量法的弊端：调整后的混凝土体积发生了一定程度的变化。如果要精确到1m3，需要频繁进行校正。体积法：调整后的混凝土配合比体积始终为1m3。利用Excel函数和公式，可以准确、快速的实现体积法的参数调整。设计引气混凝土配合比时的差异体积法可以通过设置含气量参数α，来设计不同含气量的混凝土配合比。而质量法对此无能为力，只能辅助于实际含气量时的校正。举例：分别设计含气量为1%、2%、3%的混凝土配合比2注意：体积法设计的不同含气量配合比需要考虑含气量损失、振捣等因素导致的亏方问题，在设计时可根据容重和实测的含气量结果进行修正。修正好的配合比不会影响实际使用过程中的配合比调整。2争议二：应采用何种干燥状态的骨料骨料表面干燥的状态分为：1、全干，2、气干（干燥），3、饱和面干，4、湿润。全干状态（或称烘干状态）：是砂在烘箱中烘干至恒重，达到内、外部均不含水。气干状态（或者干燥状态）：在砂的内部含有一定水份，而表层和表面是干燥无水的，砂在干燥的环境中自然堆放达到干燥往往是这种状态。饱和面干状态：骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥。湿润状态：砂的内部不但含水饱和，其表面还被一层水膜覆裹，颗粒间被水所充盈。2饱和面干状态饱和面干状态，即砂的内部和表层均含水达到饱和状态，而表面的开口孔隙及面层却处于无水状态。拌合混凝土的砂处于这种状态时，与周围水的交换最少，对配合比中水的用量影响最小。因此，建议使用饱和面干的砂子进行混凝土配合比的试配。争议来自：JGJ55-2011规定使用骨料：细骨料含水率小于0.5%，粗骨料含水率小于0.2%，接近于气干的状态；而从配合比理论上说，应该用饱和面干状态的骨料。到底应该使用什么样干燥状态的骨料？我认为如果从实用的角度可使用接近气干的骨料，从准确的角度宜使用饱和面干状态的骨料。3环境对混凝土破坏原因的分类3注：钢筋锈蚀本身是电化学作用，但从砼保护层的护筋性讨论主要是物理作用，碳化也有化学作用配合比设计时应考虑的提高耐久性措施破坏因素主要措施补充措施钢筋锈蚀碳化提高混凝土强度（C40~50以上）保证保护层厚度减少粉煤灰掺量，适当加大水泥用量氯离子加大保护层厚度，降低氯离子渗透系数（掺加粉煤灰、矿粉，适当提高混凝土强度）适当引气冻融交替掺合优质引气剂，保证混凝土的含气量盐冻掺合优质引气剂，含气量高于普通冻融交替配筋构件还须补充防氯离子钢筋锈蚀的措施3破坏因素主要措施补充措施碱集料反应选用非活性或低活性集料，限制混凝土中碱含量掺加粉煤灰、矿粉硫酸盐侵蚀选用低C3A水泥，掺加粉煤灰、矿粉适当提高强度，引气渗水提高强度，引气掺加粉煤灰、矿粉盐结晶掺加引气剂，保证含气量弱酸性腐蚀提高强度单项破坏因素的防止措施3耐久混凝土应该是抗裂性好的混凝土，耐久混凝土应考虑防止裂纹措施，而耐久和防裂措施许多是一致的。1．选用水泥低早强（防裂要求R24h10-12MPa）低水化热、低C3A含量、低含碱量2．坚固耐久的集料，用锤式破碎机破碎的碎石（级配和粒形较好），冲洗干净。3．尽可能减少胶凝材料总量，为此尽可能降低单方拌合水量。为此选择合适的坍落度（纠正现在不管场合追求200－220mm高坍落度）4．掺加粉煤灰、矿粉或两者复掺5．掺加优质引气剂设计和配制耐久性防裂混凝土的一般通用途径3（1）确定环境破坏的主要因素和次要因素。（2）根据破坏因素和服务年限确定耐久性的要求指标。（3）采取有效的提高耐久性的通用措施，综合兼顾耐久性、强度、防裂等要求，确定各项材料参数。（4）要考虑现场施工条件，施工质量水平，施工单位的质量保证体系。同时也要考虑经济性。其它具体设计细节可参考：《混凝土结构耐久性设计与施工指南(2005修订版)》CCES01-2004耐久性综合设计应注意的主要因素和指标3设计方法：质量法、体积法。4体积法设计流程混凝土强度等级小于C60，掺加外加剂和掺合料，混凝土出机坍落度设计值为180mm。（1）按照公式f𝑐𝑢,𝑜≥f𝑐𝑢,𝑘+1.645σ计算配制强度。（2）按照公式𝑊𝐵=𝛼𝑎𝑓𝑏𝑓𝑐𝑢,𝑜+𝛼𝑎𝛼𝑏𝑓𝑏计算水胶比。（3）从规程中查表选择用水量m𝑤𝑥𝑧。（4）按照公式m𝑤0′=m𝑤𝑥𝑧+180−9020×5计算坍落度为180mm时的用水量。（5）按照公式m𝑤0=m𝑤0′1−𝛽计算掺加外加剂后的用水量。（6）按照公式m𝑏0=𝑚𝑤0𝑊𝐵计算胶凝材料用量。（7）按照公式m𝑓0=𝑚𝑏0𝛽𝑓计算掺合料用量。（8）按照公式m𝑐0=m𝑏0−m𝑓0计算水泥用量。（9）按照公式m𝑎0=m𝑏0𝛽𝑎=(m𝑐0+m𝑓0)×𝛽𝑎计算外加剂用量。（10）从规程中查表选择砂率𝛽sxz。（11）按照公式𝛽𝑠=𝛽sxz+(180−60)20×1%计算坍落度为180mm时的砂率，或根据经验确定砂率。（12）按照公式V(𝑠+𝑔)=m𝑔0𝜌𝑔+m𝑠0𝜌𝑠=1−m𝑐0𝜌𝑐+m𝑓0𝜌𝑓+m𝑤0𝜌𝑤+0.01𝛼计算砂、石的总体积。（13）按照公式m𝑠0=𝛽𝑠𝜌𝑔𝜌𝑠𝑉(𝑔+𝑠)𝛽𝑠𝜌𝑔+𝜌𝑠−𝛽𝑠𝜌𝑠计算砂的用量。（14）按照公式m𝑔0=(V𝑠+𝑔−m𝑠0𝜌𝑠)×𝜌𝑔计算石的用量。44质量法设计流程质量法与体积法的区别在于砂、石用量计算步骤的不同。（1）～（11）与体积法相同。（12）按照公式𝑚(𝑠+𝑔)=m𝑠0+m𝑔0=𝑚𝑐𝑝−m𝑐0−m𝑓0−m𝑤0计算砂、石的总量。（13）按照公式m𝑠0=𝑚(𝑠+𝑔)×𝛽𝑠计算砂的用量。（14）按照公式m𝑔0=𝑚(𝑠+𝑔)−m𝑠0计算石的用量。配合比设计细化思路结合混凝土性能进行配合比设计不同强度等级混凝土的性能，决定了设计采取的思路和策略。例如C10~C15，C20~C45，C50~C60这三个系列的混凝土特性不同，需要分开进行设计。目前搅拌站常用的系列配合比设计方法是对《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的扩展和深化，比较适合搅拌站的实际情况。但系列配合比设计应以设计参数基本相同为原则，水胶比跨度不宜过大。44C10~