普通混凝土配合比设计

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2020年08月04日 23:44
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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

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
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

维勃

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


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

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

m
s
)。粗、细集料用 量(
m
g

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

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)


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