混凝土配合比设计培训PPT

中铁八局2011年铁路试验工程师/试验员培训混凝土配合比设计二○一一年八月简介混凝土配合比设计是混凝土质量保证的根本，普通混凝土配合比设计原则是:满足结构设计和施工进度要求的混凝土强度等级；保证混凝土拌合物具有良好的工作性，以满足施工条件的要求；保证混凝土具有良好的耐久性，满足抗冻、抗渗、抗腐蚀等要求，从而使混凝土达到经久耐用的使用目的；在保证上述质量和施工方便的前提下，尽量节约水泥，合理使用原材料，从而降低工程成本，取得良好的经济效益。混凝土配合比设计原理主要基于“水灰比定则”，即鲍罗米公式。混凝土配合比是指混凝土中各组成材料相互比例关系。混凝土配合比设计和选择，主要要依据原材料性能、结构要求、施工要求以及结构使用环境条件要求，通过计算、试配和调整，确定各种材料的使用数量。普通混凝土配合比设计基本要求混凝土配合比设计方法混凝土配合比设计方法很多，重点介绍以下三种：普通混凝土配合比设计粉煤灰混凝土配合比设计高性能混凝土配合比设计依据标准：《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000一、设计前资料的收集要求的混凝土强度等级；要求的混凝土施工流动性（如坍落度或维勃稠度）；使用的水泥品种和水泥强度；使用骨料的情况:粗细骨料的种类、各参数技术指标；技术使用的外加剂与外掺料的要求及技术资料；施工条件：如搅拌方式、运输方式、运输距离、灌注高度、振动密实方式以及结构物的钢筋布置情况等等；施工和使用的环境条件：如春、夏、秋、冬及风、雨、霜、雪、温度、湿度、环境水以及环境介质是否有侵蚀性等；养护方法：如自然养护、蒸汽养护、压蒸养护等。普通混凝土配合比设计三大主要技术参数的确定：水灰比砂率单位用水量二、配合比设计的主要技术参数由这三个参数可以确定混凝土的配合比，而配合比设计最终也是决定这三个主要参数。1、水灰比（W/C）水灰比是指单位体积混凝土拌合物中，水与水泥的重量比。它对塑性混凝土的强度起着决定性的作用。水灰比与强度的关系可见下式（保罗米公式）：)/(bcaWCRR常数的物理意义是：水泥强度转化为混凝土强度的换算系数，它主要反映混凝土的内聚力，其中包括水泥石本身的内聚力和水泥石与骨料之间的粘结力；常数的物理意义是：当混凝土强度等于零时的灰水比，这个灰水比是虚拟的，所以称为虚拟灰水比，它反映了的水化强度及骨料在混凝土中的骨架作用对混凝土强度的影响。ab保罗米公式的前提是混凝土的流动性一致。即只有在混凝土流动性保持一致的情况下，用相同的密实方法可以达到相同的密实结果，则混凝土强度与灰水比有线性关系。aa保罗米公式的各项参数均有现实的物理意义，公式可以表达如下的概念：混凝土强度R与水泥的强度成正比，即水泥强度越大则混凝土强度越高，两者之间有确定的关系；混凝土强度R与灰水比C/W有关，即灰水比越大，混凝土强度越高；如果以灰水比为横坐标，混凝土强度为纵坐标，则混凝土强度—灰水比关系曲线因水泥强度不同成为一组平行的直线。它与纵轴交于，与横轴交于。当水泥强度固定时，混凝土强度大小仅决定于灰水比。在JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》规定了和。cbaRbcRab水灰比—强度关系30.035.040.045.050.055.060.065.070.075.00.300.350.400.450.500.550.60水灰比强度(MPa)2、砂率砂率是指骨料中砂子所占的比例，即砂重与砂、石总重量之比。混凝土是一种层状结构，可以近似考虑成水泥浆包裹砂子成为砂浆，砂浆再包裹石子成为混凝土，因此正确地选择砂率，使得砂、石、水泥浆比例恰当，可以保证混凝土的流动性、黏聚性、保水性，使混凝土达到密实状态。普通混凝土的砂率一般在30%～44%之间。影响砂率选择的因素很多，如石子的形态（使用卵石时可选择相对较低的砂率）、粒径、空隙率、水灰比等，对细砂或粗砂，可相应选用较低或较高的砂率。另外，在骨料总量一定的前提下，砂率过小，石子包裹不好，可能使得混凝土拌合物的流动性差，易离析、泌水；在水泥浆一定的前提下，砂率过大，可能造成包裹砂子的水泥浆过少，砂粒之间的摩擦阻力加大，混凝土拌合物的流动性变差。砂率不足，往往会造成混凝土离析，水泥浆流失。因此，砂率的确定，必须进行试验调整，从而选择较恰当的砂率，保证尽可能少的单位用水量、尽可能少的水泥用量，同时保证混凝土具有最大的流动性，不离析、不泌水。砂率的确定，关键在于试验、调整。3、单位用水量（W）单位用水量是指单方混凝土中用水量的多少。单位用水量是一个非常重要的参数，它直接影响混凝土的流动性、黏聚性和保水性。在保证混凝土不离析、不泌水的前提下，可以认为单位用水量W越大，混凝土的流动性越高。但单位用水量过大，可能造成混凝土的离析和泌水。离析和泌水的混凝土在浇筑成型时，会形成不均匀的结构，形成缺陷，给混凝土结构造成隐患。因此，选择单位用水量时，前提条件下是不能离析和泌水。见下表常数坍落度单位用水量式中，KmmTmkgWKTW);();/(:)1.0(3103K值与石子最大粒径的关系石子最大粒径9.5mm19.5mm37.5mm75.0mmK值碎石57.553.548.544.0卵石54.550.045.541.0三、普通混凝土配合比设计步骤确定配制强度确定水灰比确定单位用水量计算水泥用量确定砂率确定砂石用量普通混凝土配合比设计流程图混凝土的配制强度水灰比（W/C）用水量（mw）水泥用量（mc）合理砂率（mc）砂用量（ms）和石子用量（mg）水灰比（W/C）、粗骨料种类、最大粒径重量法或体积法和易性指标（坍落度等）和粗骨料种类、最大粒径耐久性要求（一）计算初步配合比普通混凝土配合比设计的基本任务是确定混凝土四种基本材料（水泥、用水量、细骨料、粗骨料）的数量。为此，必须建立四个方程式（或条件），从而求解四种材料用量，具体设计过程如下：1、确定配制强度配制强度按下列公式计算：上式有着非常明确的数理统计意义，即按公式的要求配制的混凝土，有95%的保证率保证施工后的混凝土强度会大于规定的强度标准值（强度标准值可以近似理解为设计的混凝土强度）。);();();(:645.1,0,,0,MPaMPafMPafffkcucukcucu混凝土强度标准差度标准值混凝土立方强度抗压强混凝土配制强度式中).25(:);(:);(::1,122,nnMPanMPaifnnffcuicuNifcuicu混凝土试件组数统计周期内相同强度的压强度平均值组混凝土试件立方体抗压强度值组混凝土试件立方体抗第式中混凝土强度标准差可根据近期同类混凝土资料求得,试件组数不应少于25组,按下列公式计算:当无统计强度资料时，混凝土强度标准差可以按下表取值混凝土强度等级标准差（MPa）生产单位＜C20C20～C40＞C40预制混凝土构件厂3.04.05.0现场集中搅拌混凝土施工单位3.54.55.52、确定水灰比混凝土强度等级小于C60时，水灰比按下列公式计算：该公式保罗米公式的另一种表达形式，其常数和的意义也是一致的，按下表选择。保罗米公式回归常数cebacuceafffCW0,/ab系数粗骨料种类碎石卵石0.460.480.070.33ab当无水泥28天抗压强度实测值时，可按以下公式确定。)(;:,,MPafffgcecgcecce水泥强度等级值数水泥强度等级值富余系式中可以到水泥厂查询。也可根据水泥厂最近三个月的生产情况进行统计得到。也可由水泥3天抗压强度值按快速测定水泥强度的方法推算得了。ccef按耐久性要求复核水灰比在进行混凝土配合比设计时，混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，应符合书上表“混凝土的最大水灰比和最小水泥用量规定值”的要求。如计算所得的水灰比值大于规定值时，应按规定值选取。即在计算的水灰比和规定的水灰比之间，选择较小的水灰比；如计算的水泥用量小于规定的水泥用量，则选择规定的水泥用量，即在计算的水泥用量和规定的水泥用量之间选择较大的水泥用量。3、确定单位用水量单位用水量是混凝土配合比设计中一个非常重要的指标，它的选择是决定混凝土配合比设计的一个关键。塑性混凝土单位用水量的确定：塑性混凝土单位用水量应力求采用最小值.1）通常水灰比在0.4～0.8范围，查表；2）水灰比小于0.4及采用特殊成型工艺的混凝土应通过试验确定。塑性混凝土用水量参考值(kg/m3)拌合物流动度卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)项目指标102031.540102031.540坍落度/mm10~3019017016015020018517516535~5020018017016021019518517555~7021019018017022020519518575~90215195185175230215205195流动性和大流动性混凝土单位用水量：以上表坍落度90mm的用水量为基础，坍落度每增加20mm，用水量增加5kg,计算出未掺减水剂时混凝土的单位用水量。掺外加剂混凝土单位用水量：用水量为：W=Wo(1-β)W:为掺减水剂时混凝土的单位用水量;Wo:为未掺减水剂时混凝土的单位用水量;β:为减水剂减水率.以上三点分别叙述了三种流动度范围内混凝土单位用水量的选择方法，无论是所引用的表格，还是一些计算公式、原则，只是一种参考而非规定，而最终决定单位用水量还是要经过试验试配的过程，由试验结果决定。4、确定水泥用量计算水泥用量：在确定水泥用量时，还应按表“混凝土的最大水灰比和最小水泥用量规定值”的要求复核最小水泥用量，在该表规定的值和上式计算的值之间选择较大的值作为最终的水泥用量。CWWC/5、确定砂率一般地，砂率的选取主要是以经验为主，其原则是确保砂子能完全填充石子间的空隙。（1）坍落度为10～60mm时，可查表确定；（2）坍落度大于60mm，可经试验确定或每增加20mm砂率增大1％；（3）坍落度小于10mm，应经试验确定；（4）对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；（5）只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大，对薄壁结构，砂率取较大值。6、确定砂石用量体积法计算：重量法计算：GSSSWGSCpwgsc101.0GSSSMWGSCpcp（二）配合比试配与调整当混凝土配合比计算完成后应进行试配，其目的是检验计算的混凝土配合比是否达到强度等级和施工条件的要求，如有不符合，应进行调整。试配是一个关键环节。仅用级配、粒径等还不能完全反映砂子、石子的颗粒及填充情况，同时砂率、用水量也是经选择确定的，是否恰当，这些因素决定了配合比计算中还存在相当的不确定性，因此必须进行试配才能够确认计算的配合比是否恰当，是否达到设计的要求。试配时应注意以下几点:试配使用的原材料应与工程中实际的材料相同，其搅拌方法宜与生产时使用的方法相同；试配的数量，应根据粗内料最大粒径选定，粗骨料最大粒径不大于31.5mm时，拌和的数量不少于15升；粗骨料最大粒径大于或等于40mm时，拌合物数量不少于25升。采用机械搅拌时，其搅拌数量级不应小于搅拌机额定搅拌量的四分之一；所使用的砂石材料应以干燥状态为基准。2、工作性能的调整（获得基准配合比）当坍落度值比设计要求值大或小时，可在保持水灰比不变的情况下增加水泥浆量或减少水泥浆量（即同时增加水和水泥用量或同时减少水和水泥用量）。普通混凝土每增、减10mm坍落度，约需增、减3%～5%的水泥浆量。当坍落度值比设计值要求小或大时，也还以在保持砂率不变的情况下增、减骨料的用量。当坍落度比设计要求大，且拌合物黏聚性差时，可减少水泥浆量，增加砂率（但要保持砂、石总量不变）。3、强度测试与调整（获得试验室配合比）由于保罗米公式是一个经验回归公式，同时如果水泥的28天实测强度是经统计得到的，或是经过快速试验推测的，则不可避免地强度值未必会满足配制强度的要求，可能比配制强度小，也可