土木工程材料普通混凝土配合比设计

§4－4普通混凝土配合比设计一、配合比及其表示方法•混凝土的配合比–是指混凝土各组成材料用量之比。–主要有“质量比”和“体积比”两种表示方法。工程中常用“质量比”表示。•质量配合比的表示方法（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。例如水泥C0＝295kg，砂S0＝648kg，石子G0＝1330kg，水W＝165kg。（2）以各组成材料用量之比表示。例如上例也可表示为：C0：S0：G0＝1：2.20：4.51，W/C＝0.56。除施工配合比外，骨料均用干燥质量来表示。•配合比设计确定配合比的工作即配合比设计。二、配合比设计的要求四项基本要求•满足结构设计的强度等级要求；•满足混凝土施工所要求的和易性；•满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；•满足经济性的要求，即节约水泥以降低混凝土成本。三、配合比设计基本参数水灰比（W/C）、单位用水量（W0）砂率（SP）是配合比设计的三个基本参数。水泥水砂石子水泥浆骨料混凝土单位用水量W0砂率SP水灰比W/C与强度、耐久性有关与流动性有关与粘聚性、保水性有关•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，确定混凝土的水灰比；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。四、配合比设计的步骤与方法•设计的基本资料①混凝土的强度等级、施工管理水平，②对混凝土耐久性要求，③原材料品种及其物理力学性质，④混凝土的部位、结构构造情况、施工条件等。四、配合比设计的步骤与方法1.确定混凝土初步配合比主要是利用经验公式或经验资料而获得2.试配、调整，确定基准配合比和实验室配合比经过实验调整，得出满足和易性、强度等要求3.计算施工配合比考虑砂、石的含水率，计算出满足施工要求的配合比设计前应了解必要的信息.4.4.3.1.确定混凝土初步配合比(1).计算配制强度fcu,t(2).确定水灰比W/C(3).确定单位用水量W0(4).计算水泥用量C0(5).确定砂率SP(6).计算砂、石子用量S0、G04.4.3.1.确定混凝土初步配合比(1).计算配制强度fcu,t式中:fcu,t——混凝土配制强度，MPa；fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土强度等级值，MPa；σ——混凝土强度标准差，MPa。混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料确定，并应符合以下规定：645.1kcutcuff，，4.4.3.1.确定混凝土初步配合比计算时，强度试件组数不应少于25组；当混凝土强度等级为C20和C25级，其强度标准差计算值σ＜2.5MPa时，取σ＝2.5MPa；当混凝土强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算值σ＜3.0MPa时，取σ＝3.0MPa；当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值按现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204）的规定取用。强度等级＜C20C20～C35≥C35标准差σ，MPa4.05.06.0混凝土强度标准差4.4.3.1.确定混凝土初步配合比(2).确定水灰比W/C1）按混凝土强度要求计算水灰比式中：A、B——回归系数；应根据工程所用的水泥品种、集料，通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定；当不具备上述试验统计资料时，可取碎石混凝土A＝0.46，B＝0.07；卵石混凝土A＝0.48，B＝0.33。fce——水泥28d抗压强度实测值，MPa。cecucefBAffACWt，＝4.4.3.1.确定混凝土初步配合比2）复核耐久性•为了使混凝土耐久性符合要求，按强度要求计算的水灰比值不得超过规定的最大水灰比值，否则混凝土耐久性不合格，此时取规定的最大水灰比值作为混凝土的水灰比值。(3).确定单位用水量W01）根据固定用水量定则，水灰比在0.40～0.80范围内时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的坍落度，按下表选取。拌合物稠度卵石最大粒径，mm碎石最大粒径，mm项目指标102031.540162031.540坍落度，mm10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195塑性混凝土的单位用水量，kg干硬性混凝土的单位用水量，kg拌合物稠度卵石最大粒径，mm碎石最大粒径，mm项目指标102040162040维勃稠度，s16～2017516014518017015511～151801651501851751605～10185170155190180165(3).确定单位用水量W02）水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定。3）掺外加剂时混凝土的单位用水量可按下式计算：Wa＝W0（1－β）式中：Wa——掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg；W0——未掺外加剂时混凝土的单位用水量，kg；β——外加剂的减水率，应经试验确定。4.4.3.1.确定混凝土初步配合比(4).计算水泥用量C01）计算2）复核耐久性将计算出的水泥用量与规定的最小水泥用量比较：如计算水泥用量不低于规定的最小水泥用量，则耐久性合格；否则耐久性不合格，此时应取规定的最小水泥用量。CWWC/00＝4.4.3.1.确定混凝土初步配合比(5).确定砂率SP（1）坍落度为10～60mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按下表选取。（2）坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定；也可在下表基础上，坍落度每增大20mm，砂率增大1％确定。（3）坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。混凝土砂率，％水灰比mw/mc卵石最大粒径，mm碎石最大粒径，mm1020401620400.4026～3225～3124～3030～3529～3427～320.5030～3529～3428～3333～3832～3730～350.6033～3832～3731～3636～4135～4033～380.7036～4135～4034～3939～4438～4336～414.4.3.1.确定混凝土初步配合比(5).确定砂率SP•①表中数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；•②只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大；•③对薄壁构件，砂率取偏大值。4.4.3.1.确定混凝土初步配合比•(6).计算砂、石子用量S0、G0可以用体积法和质量法计算（1）体积法又称绝对体积法。1m3混凝土中的组成材料——水泥、砂、石子、水经过拌合均匀、成型密实后，混凝土的体积为1m3，即：Vc+Vs+Vg+Vw+Va＝14.4.3.1确定混凝土初步配合比解方程组，可得S0、G0。式中：ρc、ρ0s、ρ0G、ρw——分别为水泥的密度、砂的表观密度、石子的表观密度、水的密度，kg/m3。水泥的密度可取2900～3100kg/m3；α——混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取α＝1。101.0w00g00s0c0＝WGSC％＝100000PGSSS•（2）质量法•质量法又称为假定表观密度法。假定新浇筑的混凝土的表观密度为一定值，混凝土拌合物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。使用质量法的条件：原材料比较稳定4.4.3.1确定混凝土初步配合比解方程组可得S0、G0。式中：C0、S0、G0、W0——分别为1m3混凝土中水泥、砂、石子、水的用量，kg；ρ0——1m3混凝土拌合物的假定表观密度，kg/m3。可取2400～2450kg/m3。SP——混凝土砂率。00000＝WGSC％＝100S000PGSS4.4.3.1确定混凝土初步配合比（7）.得出计算配合比（即初步配合比）（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。（2）以组成材料用量之比表示：C0：S0：G0＝1：x：y，W/C＝？。通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量，即初步配合比计算完成。4.4.3.2基准配合比的确定•配合比的调整与确定通过计算求得的各项材料用量（初步配合比），必须进行试验加以检验并进行必要的调整。（1）.试配按计算配合比称取一定质量的组成材料，拌制15L或25L混凝土，测定其和易性（2）.调整调整和易性，确定基准配合比测拌合物坍落度，并检查其粘聚性和保水性能：•如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；•如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。•记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密度（ρc,t）。•（１）调整和易性，确定基准配合比按初步计算配合比称取材料进行试拌。混凝土拌合物搅拌均匀后测坍落度，并检查其粘聚性和保水性能的好坏。如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。当试拌工作完成后，记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密度（ρc，t）。此满足和易性的配比为基准配合比。4.4.3.3.试配调整，确定实验室配合比（1）实验室配合比的试配调整强度调整•一般采用三个不同的配合比，其中一个为初步配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较初步配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与初步配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定表观密度。各种配比制作两组强度试块，标准养护28d进行强度测定。如有耐久性要求，应同时制作有关耐久性测试指标的试件，标准养护28d天进行强度测定。配合比的确定（2）根据试验得出的混凝土强度与其相应的灰水比（C/W）关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,t）相对应的灰水比，确定1m3混凝土中的组成材料用量：①单位用水量（wb）应在初步配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定；②水泥用量（Cb）应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；③粗骨料和细骨料用量（Sb、Gb）应在初步配合比的用量基础上，按选定的灰水比进行调整后确定。4.4.3.3试配调整，确定实验室配合比（3）混凝土表观密度的校正：①按上述方法确定的各组成材料用量按下式计算混凝土的表观密度计算值ρc,c：ρc,c＝Cb+Wb+Sb+Gb②应按下式计算混凝土配合比校正系数δ：式中：ρc,t——混凝土表观密度实测值，kg/m3；ρc,c——混凝土表观密度计算值，kg/m3。cctc，，＝③当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，按（1）条确定的配合比即为实验室配合比；当二者之差超过2％时，应将配合比中各组成材料用量均乘以校正系数δ，得到实验室配合比。Csh＝Cb×δSsh＝Sb×δGsh＝Gb×δWsh＝Wb×δ4.4.3.4.计算施工配合比假定现场砂、石子的含水率分别为a％和b%，则施工配合比中1m3混凝土的各组成材料用量分别为：＝Csh＝Ssh（1+a％）＝Gsh（1+b％）＝Wsh－Ssh×a％－Gsh×b％施工配合比可表示为：C’0：S’0：G’0＝1：x：y，W’/C’＝？。CSGW配合比计算例题•例题某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C30。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝土拌合物坍落度为30～50mm。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下：水泥：普通水泥，强度等级42.5MPa，实测28d抗压强度48.0MPa，密度ρc＝3.1g/cm3;砂：中砂，级配2区合格。表观密度ρs＝2.65g/cm3;石子：卵石，5～40mm。表观密度ρg＝2.60g/cm3;水：自来水，密度ρw＝1.00g/cm3。试用体积法和质量法计算该混凝土的初步配合比。五、配合比计算例题•解:1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0：根据题意可得：fcu,k＝30.0MPa，查式4.4下说明，取σ＝5.0