江苏省试验员培训混凝土第三讲

第三讲普通混凝土配合比设计3.1混凝土配制强度的确定3.2混凝土配合比设计的基本要求3.3混凝土配合比设计的主要参数3.4混凝土配合比设计的方法、步骤及实例普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）混凝土配合比设计，是根据材料的技术性能、工程要求、结构形式和施工条件，来确定混凝土各组成材料之间的配合比例。通常有两种表示方式：一种是以每立方米混凝土中各种材料的用量来表示。另一种是以各种材料相互间质量比来表示(以水泥质量为1)。3.1混凝土配制强度的确定(标准差等于平均强度乘变异系数)cuf645.1cukcuoff标准差选用说明1.计算时,强度试件组数不应少于25组。2.当有统计资料时，C25以下,计算配制强度的标准差应取不小于2.5MPa,C30以上,计算配制强度的标准差应取不小于3.0MPa。3.当无统计资料时,标准差取值为:低于C20取4.0,C20-C35取5.0,高于C35取6.0。(1)满足设计要求的强度；(2)满足施工要求的和易性；(3)满足与环境相适应的耐久性；(4)在保证质量的前提下，应尽量节约水泥，降低成本。强度要求达到95%强度保证率；经济原则是在满足强度要求、和易性要求、耐久性要求的前提下，尽量降低高价材料（水泥）的用量，达到降低成本的目的。3.2混凝土配合比设计的基本要求在混凝土配合比中，水灰比、单位用水量及砂率值直接影响混凝土的技术性质和经济效益，是混凝土配合比的3个重要参数。混凝土配合比设计就是要正确地确定这3个参数。3.3混凝土配合比设计的主要参数主要参数及确定原则水灰比--单位体积混凝土中,水与水泥质量的比值。(在满足强度和耐久性的前提下选较大值)砂率--砂占砂石总质量的百分率。(在保证粘聚性和流动度前提下选较小值)单位用水量--反映单位体积混凝土的用水量。(在达到流动性的要求下取较小值)小例题3.1、某材料试验室有一张混凝土用量配方，数字清晰为1：0.61：2.50：4.45，而文字模糊，下列哪种经验描述是正确的（B）。A.水：水泥：砂：石B.水泥：水：砂：石C.砂：水泥：水：石D.水泥：砂：水：石3.2试配混凝土，经计算砂石总重量是1880kg，选用砂率35%，则石子用量为（1880×65%=1222）kg。小例题3.3、某混凝土工程，所用配合比为水泥：砂：碎石=1：1.98：3.90，W/C=0.64。已知混凝土拌合物的体积密度为2400kg/m3，1立方米混凝土中含石（D）kg。A.349B.691C.1361D.1244240064.09.398.1ccccmmmm按照已选择的原材料性能及混凝土的技术要求进行初步计算，得出“初步配合比”；经过试验室试拌调整，得出“基准配合比”；经过强度检验(如有抗渗、抗冻等其他性能要求，应当进行相应的检验)，定出满足设计和施工要求并比较经济的“试验室配合比”(也叫设计配合比)；根据现场砂、石的实际含水率，对试验室配合比进行调整，求出“施工配合比”。3.4混凝土配合比设计的方法、步骤及实例(1)确定配制强度(fcu,o)配制强度按下式计算：(2)初步确定水灰比(W/C)采用碎石时：采用卵石时：3.4.1计算初步配合比645.1cukcuoff)07.0(46.0WCffcecuo)33.0(48.0WCffcecuo(3)选择单位用水量(mW0)①a.水灰比在0.40~0.80范围时，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按表3.1选取。b.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用水量，应通过试验确定。表3.1塑性和干硬性混凝土的单位用水量(JGJ55—2000)②流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤进行a.以表3.1中坍落度90mm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的用水量；b.掺外加剂时的混凝土的用水量可按下式计算：(1)wwomm(4)计算单位水泥用量(mC0)根据已选定的单位用水量(mW0)及初步确定的水灰比(W/C)，可计算出单位水泥用量(mC0)：(5)选取合理砂率值(βS)一般应通过试验找出合理砂率，也可按骨料种类、规格及混凝土水灰比，参考表3.2选取。/wocommWC表3.2混凝土砂率(%)水灰比(W/C)卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)1020401020400.400.500.600.7026~3230~3533~3836~4125~3129~3432~3735~4024~3028~3331~3634~3930~3533~3836~4139~4429~3432~3735~4038~4327~3230~3533~3836~41(6)计算砂、石用量(mS0、mG0)①体积法即将混凝土拌合物的体积，看成是各组成材料绝对体积，加上拌合物中所含空气的体积。据此可列关系式：再根据已选取的砂率值列出关系式：SoSSoGommm101.00000ammmmwwssggcc②质量法即假定混凝土拌合物在振捣密实状态下每立方米的质量mCP′为一固定值，再根据已知砂率，列出关系式下式：coGoSoWoCPmmmmmSoSSoGommm小例题3.4（C）是既满足强度要求又满足工作性要求的配合比设计。A、初步配合比B、基准配合比C、试验室配合比D、工地配合比3.5如果测得混凝土标准试件28天的抗压强度标准值为23MPa，其强度等级为最可能是(C20)。小例题3.6某混凝土预制构件厂，生产钢筋混凝土大量需用设计强度为C30的混凝土，已知混凝土强度标准差为4.0MPa，则混凝土的配制强度为（30+1.645×4=36.6）MPa。(标准差为4MPa，大于3MPa，符合要求）小例题3.7某工程的混凝土变异系数为15%，平均强度为23.0MPa，设计强度等级C20，该工程混凝土的标准差为（3.4）MPa。标准差=变异系数×平均强度调整的目的：一是使混凝土拌合物的和易性满足施工需要；二是使水灰比符合混凝土强度及耐久性要求。(1)和易性调整按初步配合比称取表3.3规定的体积时各组成材料的用量，搅拌均匀后测定其坍落度，同时观察其粘聚性和保水性。3.4.2确定试验室配合比当试样调整工作完成后，应测出混凝土拌合物的实际表观密度mCP(kg/m3)，并按下式重新计算每立方米混凝土的各项材料用量：WccpCmmC拌拌拌拌拌++S+GWwcpCmmC拌拌拌拌拌++S+GWscpCmmC拌拌拌拌拌++S+GWGcpCmmC拌拌拌拌拌++S+G表3.3混凝土试配时最小拌和量骨料最大粒径(mm)拌合物体积(L)31.5以下154025(2)强度复核方法是采用调整后的配合比制成3组不同水灰比的混凝土试块：一组采用基准配合比，另外两组配合比的水灰比，宜较基准配合比的水灰比分别增加和减少0.05，用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。分别将3组试件标准养护28d，根据测得的强度值与相对应的灰水比(C/W)关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度fcu,o相对应的灰水比，并应按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量.①用水量(mW)在基准配合比用水量的基础上，根据制②水泥用量(mC)以用水量乘选定的灰水比计算确定；③粗、细骨料用量(mG、mS)应在基准配合比的粗、细骨料用量的基础上，按选定的灰水比调整后确定。由强度复核之后的配合比，还应根据混凝土拌合物表观密度实测值(ρc,t)和混凝土拌合物表观密度计算值(ρc,c)进行校正。校正系数为：,,,mctctccmcsGW++m+m假定工地上测出砂的含水率为a%、石子含水率为b%，则将上述试验室配合比换算为施工配合比，其材料称量为：水泥砂子石子水3.3.3计算施工配合比(1%)()ssmmakg()CCmmkg(1%)()GGmmbkg%%()wwsGmmmambkg【例题】某工程制作室内用的钢筋混凝土大梁，混凝土设计强度等级为C20，施工要求坍落度为35~50mm，采用机械振捣。该施工单位无历史统计资料。采用材料：普通水泥，32.5级，实测强度为34.8MPa，密度为3100kg/m3；中砂，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1450kg/m3；卵石，最大粒径20mm，表观密度为2730kg/m3，堆积密度为1500kg/m3；自来水。试设计混凝土的配合比(按干燥材料计算)。若施工现场中砂含水率为3%，卵石含水率为1%，求施工配合比。【解】(1)确定配制强度。(2)确定水灰比(W/C)(3)确定用水量(mW0)(4)计算水泥用量(mC0）(5)确定砂率(6)计算砂、石用量mS0、mG0(7)计算初步配合比(8)配合比调整(9)试验室配合比(10)施工配合比(1)确定配制强度。该施工单位无历史统计资料，查表5.21取σ=5.0MPa。fcu,o=fcu,k+1.645σ=20+8.2=28.2(MPa)(2)确定水灰比(W/C)①利用强度经验公式计算水灰比：②复核耐久性查表3-1规定最大水灰比为0.65，因此W/C=0.49满足耐久性要求。0.49WC)33.0(48.0WCffcecuo(3)确定用水量(mW0)此题要求施工坍落度为35~50mm，卵石最大粒径为20mm，查表3.3得每立方米混凝土用水量：mW0=180kg(4)计算水泥用量(mC0）mC0=mW0×C/W=180×2.02≈364(kg)查表5.20规定最小水泥用量为260kg，故满足耐久性要求。(5)确定砂率根据上面求得的W/C=0.49，卵石最大粒径20mm，查表3.3，选砂率βS=32%。(6)计算砂、石用量mS0、mG0①按体积法列方程组解得mSO=599kgmGO=1273kgSoSSoGommm101.00000ammmmwwssggcc②按质量法：强度等级C20的混凝土拌合物计算表观密度m′CP=2400kg/m3，列方程组解得mSO=594kgmGO=1262kgcoGoSoWoCPmmmmmSoSSoGommm(7)计算初步配合比①体积法mC0∶mS0∶mG0=364∶599∶1273=1∶1.65∶3.50W/C=0.49②质量法mC0∶mS0∶mG0=364∶594∶1262=1∶1.63∶3.47W/C=0.49两种方法计算结果相近。(8)配合比调整按初步配合比称取15L混凝土拌合物的材料：水泥364×15/1000=5.46kg砂子599×15/1000=8.99kg石子1273×15/1000=19.10kg水180×15/1000=2.70kg①和易性调整将称好的材料均匀拌和后，进行坍落度试验。假设测得坍落度为25mm，小于施工要求的35~50mm，应保持原水灰比不变，增加5%水泥浆。再经拌和后，坍落度为45mm，粘聚性、保水性均良好，已满足施工要求。此时各材料实际用量为：水泥5.46+5.46×5%=5.73kg砂8.99kg石19.10kg水2.70+2.70×5%=2.84kg并测得每立方米拌合物质量为mCP=2380kg/m3②强度调整方法如前所述，此题假定W/C=0.49时，强度符合设计要求，故不需调整。(9)试验室配合比上述基准配合比为：水泥∶砂∶石=5.73∶8.99∶19.10=1∶1.57∶3.33W/C=0.49则调整后1m3混凝土拌合物的各种材料用量为：mC=[5.73/(5.73+8.99+19.10+2.84)]×2380=372kgmS=1.57×372=584kgmG=3.33×372=1239kgmW=0.49×372=182kg试验室配合比见下表：材料名称水泥砂卵石水1m3混凝土拌合物各材料用量(kg)3725841239182质量配合比11.573.330.49(10)施工配合比1m3拌合物的实际材料用量(kg)：mC′=mC=375kgmS′=mS(1+a%)=584×(1+3%)=602kgmG′=