普通混凝土配合比设计
贵大主页-学校教育教学工作总结
混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式
和施工条件来确定各组成材料数量之间的
比例关系。
常用的表示方法有两种:
一种是以1m
3
混凝土中各项材料的质
量表示,如
某配合比:水泥240kg,水180kg,砂630kg,石子
1280kg,矿
物掺合料160kg,该混凝土1m
3
总质量为
2490kg;
另一种是以
各项材料相互间的质量比来表示(以
水泥质量为1),将上例换算成质量比为:水泥∶砂∶
石∶
掺合料=1∶∶∶,水胶比=。
1.混凝土配合比的设计基本要求
市政工程中所使用的混凝土须满足以下五项基本
要求:
(1)满足施工规定所需的和易性要求;
(2)满足设计的强度要求;
(3)满足与使用环境相适应的耐久性要求;
(4)满足业主或施工单位渴望的经济性要求;
(5)满足可持续发展所必需的生态性要求。
2.混凝土配合比设计的三个参数
混
凝土配合比设计,实质上就是确定胶凝材料、
水、砂和石子这四种组成材料用量之间的三个比例关
系:
(1)水与胶凝材料之间的比例关系,常用水胶比
表示;
(2)砂与石子之间的比例关系,常用砂率表示;
(3)胶凝材料与集料之间的比例关系,常用单位
用水量(1m混凝土的用水量)来表示。
3.混凝土配合比设计步骤
混凝土配合比设计步骤包括配合比计算、试配和
调整、施工配合比的确定等。
(1)初步配合比计算
1)计算配制强度(
f
cu,o
)。根据《
普通混凝
土配合比设计规程》(JGJ
55—2011)规定,混凝土配
制强度应按下列规定确定:
①当混凝土的设计强度小于C60时,配制强度应
按下式确定:
3
f
cu,o
≥
f
cu,k
+
σ
式中
f
cu,o
——混凝土配制强度,MPa;
f
c
u,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当混凝土的设计强度不小于C60时,配制强度
应按下式确定:
f
cu,o
≥
,k
混凝土强度标准差σ
应根据同类混凝土统计资
料计算确定,其计算公式如下:
式中
f
cu,i
——统计周期内同一品种混凝土第i组试
件的强度值,MPa;
mf
cu
——统计周期内同一品种混凝土
n
组试件
的强度平
均值,MPa;
n
——统计周期内同品种混凝土试件的总组
数。
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
应按上式进行计算。
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时,应按混凝土强度标准差计
算公式计算结果取值;当混凝土强度
标准差计算值小
于时,应取。
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时,应按混凝土强度
标准差计算公式计算结果取值;当混凝土强度标准差<
br>计算值小于时,应取。
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
可按表6-3取值。
混凝土强
度标准差
σ
值
表6-3
混凝土强度
等级
≤C20 C25~C45 C50~C55
σ
(MPa)
2)计算水胶比(
W
B
)。
混凝土强度等级小于C60
时,混凝土水胶比应按下式计算:
式中
α
a
、
α
b
——回归系数,回归系数可由表6-4
采用;
f
b
——胶凝材料28d胶砂抗压强度,可实
测,MPa。
回归系数
α
a
和
α
b
选用表
表6-4
系 数 碎 石
卵 石
α
a
α
b
当胶凝材料28d抗压强度(
f
b
)无实测值时,其
值可按下式确定:
f
b
=
γ
f
·
γ
s
·
f
ce
式中
γ
f
、
γ
s
——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉
影响系数,按表6-5选用;
f
ce
——水泥28d胶砂抗压强度,可实测,MPa。
粉煤灰影响系数
γ
f和
粒化高炉矿渣粉影响系数
γ
s
表6-5
掺 量
(%)
0
10
20
30
40
50
粉煤灰影响系数粒化高炉矿渣粉影响
(
γ
f
)
~
~
~
~
—
系数(
γ
s
)
~
~
~
~
注: 1.采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰宜取上限值;
2.采用S75级粒化高炉矿渣
粉宜取下限值,采用
S95级粒化高炉矿渣粉宜取上限值,采用S105
级粒化高炉矿渣粉宜取
上限值加;
3.当超出表中的掺量时,粉煤灰和粒化高炉矿
渣粉影响系数应经试验测定。 <
br>在确定
f
ce
值时,
f
ce
值可根据3d强度或快测
强度
推定28d强度关系式得出。当无水泥28d抗压强度实
测值时,其值可按下式确定: <
/p>
f
ce
=
γ
c
·
f
ce,g
式中
γ
c
——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,可按表6-6
选用;
f
ce,g
——水泥强度等级值,MPa。
水泥强度等
级值的富余系数(
γ
c
)
表6-6
水泥强度等
级值
富余系数
3)每立方米混凝土用水量的确定。
①干硬性和塑性混凝土用水量的确定。
水胶比
在~范围内时,根据粗集料的品种、粒径
及施工要求的混凝土拌合物稠度,其用水量可按表
6-
7、表6-8选取。
干硬性混凝土的
用水量(单位:kgm
3
)
表6-7
拌合物稠度 卵石最大粒径(mm) 碎石最大粒径(mm)
项 指
目
维勃
标
16
175
180
160 145 170 155
稠度~
11
~
15
5~
10
180 165 150
170 155
185
190
175 160
180 165 (s) 20 185
塑性魂混凝土的
用水量(单位:kgm
3
)
表6-8
拌合物稠度
指
标
10
~
35
~55
~
卵石最大粒径
(mm)
碎石最大粒径
(mm)
项 目
81716
0 0 0
0 0 5 5 5
0 0 0 0 0 5 5 5
21918
22019
5 5 5 5 0 5 5 5
30
2817
坍落度(mm)
50 0 0 0 2 0 5 5 5
70
75
~
90
②流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步
骤计算:
A.以表6-8中坍落度9
0mm的用水量为基础,按坍
落度每增大20mm用水量增加5kg,计算出未掺外加剂
时的混
凝土用水量。当坍落度增大到180mm以上时,
随坍落度的相应增加的用水量可减少。
B.掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算:
m
wa
=
m
wo
(1-
β
)
式中
m
wa
——掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用
水量,kg;
m
wo
——未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用
水量,kg;
β
——外加剂的减水率,应经混凝土的试验
确定,%。
4)每立方米混凝土
胶凝材料用量(
m
bo
)的确定。
根据已选定的混凝土用水量
mwo
和水胶比(
W
B
)可求
出胶凝材料用量:
每立方米混凝土矿物掺合料用量(
m
fo
)的确定:
m
fo
=
m
bo
·
β
f
式中
β
f
——矿物掺合料掺量(%),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水泥时,钢筋
混凝土和预应力混凝土中
矿物掺合料最
大掺量宜分别符合表6-9和表6-10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。
钢筋混凝土中矿
物掺合料最大掺量 表6-9
矿物掺合料
种类
最大掺量(%)
水胶比
采用硅酸盐水采用普通硅酸
泥时
≤
>
≤
>
45
40
65
55
盐水泥时
35
30
55
45
粉煤灰
粒化高炉矿
渣粉
钢渣粉
磷渣粉
硅灰
复合掺合料
—
—
—
≤
>
30
30
10
65
55
20
20
10
55
45
预应力混凝土中
矿物掺合料最大掺量 表6-10
最大掺量(%)
矿物掺合料
水胶比
采用硅酸盐水采用普通硅酸
种类
泥时 盐水泥时
≤ 35 30
粉煤灰
> 25 20
≤ 55 45
粒化高炉矿
渣粉
> 45 35
钢渣粉 — 20 10
磷渣粉 — 20 10
硅灰
— 10 10
≤ 55 45
复合掺合料
> 45 35
每立方米混凝土水泥用量(
m
co
)的确定:
m
co
=
m
bo
-
m
fo
为保证混凝土的耐久性,由以上计算得出的胶凝
材料用量还要满足有关规定的最小胶凝材料用量的要
求,如算得的胶凝材料用量少于规定的最小胶凝材料
用量,则应取规定的最小胶凝材料用量值。
5)砂率的确定。砂率可以根据以砂填充石子空隙,
并稍有富余,以拨开石子的
原则来确定。根据此原则
可列出砂率计算公式如下:
式中
β
s
——砂率,%;
m
so
,
m
go
——每立方米混凝土中砂及石子用量,kg;
V
'
so
,
V
'
go
——每立方米混凝
土中砂及石子松散体积,
其中
V
'
so
=
V
'go
P
',m
3
;
ρ
'
so
,
ρ
'
go
——砂和石子堆积密度,kgm
3
;
P
′ ——石子空隙率,%;
β
——砂浆剩余系数(一般取~)。
6)粗集料和细集料用量的确定。
①当采用质量法时,应按下列公式计算:
m
co
+
m
fo
+
m
go
+
m
so
+
m
wo=
m
cp
式中
m
co
——每立方米混凝土的水泥用量,kg;
m
fo
——每立方米混凝土的矿物掺合料用量,kg;
m
go
——每立方米混凝土的粗集料用量,kg;
m
so
——每立方米混凝土的细集料用量,kg;
m
wo
——每立方米混凝土的用水量,kg;
m
cp
——
每立方米混凝土拌合物的假定质量(其
值可取2350~2450kg),kg;
β
s
——砂率,%。
②当采用体积法时,应按下列公式计算:
式中
ρ
c
——水泥密度(可取2900~310
0kgm
3
),
kgm
3
;
ρ
f
——矿物掺合料密度,kgm;
ρ
′
g
——粗集料的表观密度,kgm
3
;
ρ
′
s
——细集料的表观密度,kgm
3
;
ρ
w
——水的密度(可取1000kgm),kgm;
α
——混凝土的含气量百分数(在不使用引气
型外加剂时,
α
可取1)。 粗集料和细集料的表观密度
ρ
g
与
ρ
s
应按现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》
(JGJ 52—2006)规定的方法测定。
7)每立方米混凝土外加剂用量(
m
ao
)的确定。每
立方米混凝土
外加剂用量(
m
ao
)应按下列计算:
33
3
m
ao
=
m
bo
·
β
a
式中
m
ao
——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用
量,kgm;
3
m
bo
——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料
用量,kg
m;
3
β
a
——外加剂掺量,%,应经混凝土试验确定。
(2)配合比的试配、调整与确定
1)配合比的试配、调整。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,因而不一定符合实际情况,必须
通
过试拌调整,直到混凝土拌合物的和易性符合要求为
止,然后提出供检验混凝土强度用的基准
配合比。
2)配合比的确定。由试验得出的各胶水比值时的
混凝土强度,用作图法或计算求出
与
f
cu,o
相对应的胶
水比值,并按下列原则确定每立方米混凝土的材料用
量:
①用水量(
m
w
)和外加剂用量(
m
a)。在试拌配合
比的基础上,用水量(
m
w
)和外加剂用量(
m
a
)应根据
确定的水胶比作调整;
②胶凝材料用量(
m
b
)。胶凝材料用量(
m
b
)应以
用水量乘以确定的胶水比计算得出;
③粗、细集料用量(
m
g
及
m
s
)。粗、细集料用
量(
m
g
及
m
s
)应根据用水量和胶凝材料用量进行调整。
3)混凝土表观密度的校正。其步骤如下:
①计算出混凝土的计算表观密度值(
ρ
c,c
):
ρ
c,
c
=
m
c
+
m
f
+
m
g
+
m
s
+
m
w
②将混凝土的实测
表观密度值(
ρ
c,t
)除以
ρ
c,c
得出校正系数
δ
,即
③当
ρ
c,t
与
ρ
c,c<
br>之差的绝对值不超过
ρ
c,c
的2%
时,由以上定出的配合比,即为确
定的设计配合比;
若二者之差超过2%时,则要将已定出的混凝土配合
比中每项材料用量均乘以
校正系数
δ
,即为最终定出
的设计配合比。
(3)施工配合比
设
计配合比,是以干燥材料为基准的,而工地存
放的砂、石材料都含有一定的水分。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
工地测出的砂的含水率为
a
%、石子的含
水率为
b
%,则将上述设计
配合比换算为施工配合比,
其材料的称量应为:
水泥:
m
′
c
=
m
c
(kg)
砂:
m
′
s
=
m
s
(1+
a
%)(k
g)
石子:
m
′
g
=
m
g
(1+
b
%)(kg)
水:
m
′
w=
m
w
-
m
s
×
a
%-
m<
br>g
×
b
%(kg)
矿物掺合料:
m
′
f
=
m
f
(kg)