1、第八節(jié) 混凝土配合比設(shè)計(jì),1、混凝土配合比：混凝土配合比是指混凝土中各組成材料之間的比例關(guān)系。2、配合比常用的表示方法有兩種：a、以1m3混凝土中各項(xiàng)材料的質(zhì)量表示，如m水泥300kg、m水180kg、m砂720kg、m石子1200kg；b、以各項(xiàng)材料相互間的質(zhì)量比來(lái)表示(以水泥質(zhì)量為1)，將上例換算成質(zhì)量比為： 水泥：砂：石子=1：2.4：4.0水灰比=0.63、混凝土的配合比設(shè)計(jì)是確定混凝土中各組成材料數(shù)量之間的

2、比例關(guān)系。,一、混凝土配合比設(shè)計(jì)的任務(wù)、要求及方法(一)混凝土配合比設(shè)計(jì)的任務(wù) 根據(jù)工程對(duì)混凝土提出的技術(shù)要求，各種材料的技術(shù)性能及施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，合理選擇原材料并確定它們的用量。,(二)混凝土配合比設(shè)計(jì)的要求 設(shè)計(jì)出的混凝土配合比應(yīng)滿足的基本要求是：(1)滿足施工對(duì)混凝土拌和物的和易性要求； (2)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和質(zhì)量規(guī)范對(duì)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求； (3)滿足工程所處環(huán)境對(duì)混凝土的抗?jié)B性、抗凍性及其他

3、耐久性要求； (4)在滿足上述要求的前提下，盡量節(jié)省水泥，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。,(三)混凝土配合比設(shè)計(jì)的三個(gè)參數(shù) 組成混凝土的四種材料，即水泥、水、砂、石子?；炷恋乃姆N組成材料可由三個(gè)參數(shù)來(lái)控制。 1．水灰比 水與水泥的比例稱為水灰比。前面已講，水灰比是影響混凝土和易性、強(qiáng)度和耐久性的主要因素，水灰比的大小是根據(jù)強(qiáng)度和耐久性確定，在滿足強(qiáng)度和耐久性要求的前提下，選用較大水灰比，這有利于節(jié)約水泥。 2．

4、砂率 砂子占砂石總量的百分率稱為砂率。砂率對(duì)混合料和易性影響較大，如選擇不恰當(dāng)，對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性都有影響。應(yīng)采用合理砂率。在保證和易性要求的條件下，取較小值，同樣有利于節(jié)約水泥。 3．用水量 用水量是指1m3混凝土拌合物中水的用量(kg／m3)。在水灰比確定后，混凝土中單位用水量也表示水泥漿與集料之間的比例關(guān)系。為節(jié)約水泥，單位用水量在滿足流動(dòng)性條件下，取較小值。,（四）混凝土配合比設(shè)計(jì)方法1．絕對(duì)體積法 該法

5、是假定混凝土拌合物的體積等于各組成材料絕對(duì)體積和混凝土拌合物中所含空氣體積之和。2．假定表觀密度法(假定容重法) 如果原材料比較穩(wěn)定，可先假設(shè)混凝土的表觀密度為一定值，混凝土拌合物各組成材料的單位用量之和即為其表觀密度。3．查表法 根據(jù)試驗(yàn)，將各種配比列成表，以備參考。,二、混凝土配合比設(shè)計(jì)的步驟(一)設(shè)計(jì)的基本資料1、混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、施工管理水平，2、對(duì)混凝土耐久性的要求，3、原材料的品種及其物理力學(xué)性質(zhì)4

6、、混凝土的部位、結(jié)構(gòu)構(gòu)造情況、施工條件等(二)初步配合比的計(jì)算 1．確定混凝土的配制強(qiáng)度f(wàn)cu.ofcu.o=fcu.k+1.645σ（規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度保證率P≥95%）2．選擇水灰比(mw/mc)(1)根據(jù)強(qiáng)度要求計(jì)算水灰比根據(jù)混凝土的配制強(qiáng)度及水泥的實(shí)際強(qiáng)度，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算水灰比：,式中A，B——回歸系數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，碎石混凝土A=0．48，B=0．52；卵石混凝土A=0．50，B=0．61：

7、fce——水泥的實(shí)際強(qiáng)度，MPa； 無(wú)水泥實(shí)際強(qiáng)度數(shù)據(jù)時(shí)，可按fce=γc·fce.k確定；fce.k——水泥強(qiáng)度等級(jí)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；γc——水泥強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的富裕系數(shù)，該值應(yīng)按實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料確定。,(2)查表4—7確定滿足耐久性要求的混凝土的最大水灰比。(3)選擇以上兩個(gè)水灰比中的小值作為初步水灰比。,3．選擇單位用水量(mw0)(1)干硬性和塑性混凝土 ①當(dāng)水灰比在0．4～0．8范圍時(shí)，用水量根據(jù)粗

8、骨料的品種、粒徑及施工要求的混凝土拌和物稠度，參照表4—19選擇。表中所列之單位用水量，砂石均以干燥狀態(tài)(細(xì)骨料含水率小于0．5％，粗骨料含水率小于0．2％)為準(zhǔn)。 ②水灰比小于0．4或大于0．8的混凝土以及采用特殊成型工藝的混凝土用水量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。 (2)流動(dòng)性(坍落度為100～150 mm)、大流動(dòng)性(坍落度大于160 mm)混凝土 ①以表4—19中坍落度90 mm的用水量為基礎(chǔ)，按坍落度每增大2

9、0 mm用水量增加5 kg，計(jì)算出未摻外加劑時(shí)的混凝土用水量。 ②摻外加劑時(shí)混凝土用水量可按下式計(jì)算：,式中mwa——摻外加劑時(shí)每立方米混凝土的用水量，kg； mw0——未摻外加劑時(shí)每立方米混凝土的用水量，kg； β——外加劑的減水率，％，經(jīng)試驗(yàn)確定。,表4—19干硬性和塑性混凝土的用水量 單位：kg／m3,注：①本表用水量系采用中砂時(shí)的平均值，采用細(xì)砂時(shí)，每立方米混凝土用水量可增加5～10 kg

10、，采用粗砂時(shí)，可減少 5～10kg； ②摻用各種外加劑或摻合料時(shí)，用水量應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。,4．計(jì)算水泥用量(mc0)根據(jù)已經(jīng)確定的水灰比mw/mc，以及水的用量，可以求出1m3中水泥的用量。每立方米混凝土的水泥用量，可按下式計(jì)算：,同時(shí)，滿足P52面表4-7中最大水灰比和最小水泥用量的要求。,5．選擇砂率(βs) 為保證混凝土有良好的和易性，希望選擇的砂率為最優(yōu)砂率，但影響最優(yōu)砂率的因素較多，無(wú)法用計(jì)算方法得到。根據(jù)

11、《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ／T55—96)，砂率可根據(jù)F述方法進(jìn)行。 (1)坍落度為10～60 mm的混凝土砂率，可根據(jù)粗骨料品種、粒徑及水灰比按表4—20選取。,表4—20混凝土的砂率,注：①本表數(shù)值系中砂的選用砂翠，對(duì)細(xì)砂或租砂，可相應(yīng)地減小或增大砂率； ②只用一個(gè)單粒級(jí)粗骨科配制混凝土?xí)r，砂率應(yīng)適當(dāng)增大； ③對(duì)薄壁構(gòu)件砂率取偏大值； ④本表中的砂率系指砂與骨料總量的質(zhì)量比。,(2)坍落度等于

12、或大于100 mm的混凝土砂率，應(yīng)在表4—20的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1％的幅度予以調(diào)整。 (3)坍落度大于60 mm或小于10 mm的混凝土及摻用外加劑和摻合料的混凝土，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。 6．計(jì)算砂石用量(mso、mgo) 、砂石用量的計(jì)算有質(zhì)量法與體積法兩種。 (1)質(zhì)量法質(zhì)量法的補(bǔ)充條件為：每立方米混凝土中各種材料用量之和等于1 m3。混凝土的質(zhì)量，即：,式中mc0——每立方米混凝土的

13、水泥用量，kg； ms0—— 每立方米混凝土的砂用量，kg； mg0——每立方米混凝土的石子用量，kg； mw0——每立方米混凝土的用水量，kg； mcp——每立方米混凝土拌和物的質(zhì)量，kg，可先假定為2 400～2 450 kg； βs——砂率，％。 將上兩式聯(lián)立，即可求得每立方米混凝土的砂、石用量。,(2)體積法 體積法的補(bǔ)充條件為：每立方米混凝土中各種材料的絕對(duì)密實(shí)體積及混凝土拌和物中所

14、含空氣體積之總和等于1 m3，即：,式中ρc——水泥的密度，kg／m。，可取2 900～3 100 kg／m。； ρs——砂的表觀密度，kg／m3； ρg——石子的表觀密度，kg／m3； ρw——水的密度，可取1 000 kg／m3； α——混凝土的含氣量百分?jǐn)?shù)，在不使用引氣型外加劑時(shí)，可取α=1。 以上兩式聯(lián)立，也可計(jì)算出每立方米混凝土的砂石用量。,(三)試配調(diào)整、確定基準(zhǔn)配合比

15、 混凝土初步配合比中的參數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式及圖表確定的，不一定符合和易性的要求，所以要通過(guò)試配進(jìn)行調(diào)整。 按初步配合比，根據(jù)表4—21規(guī)定的數(shù)量稱取混凝土的各種材料，攪拌均勻后測(cè)定坍落度或維勃度，并觀察其粘聚性及保水性。當(dāng)坍落度或維勃度不能滿足要求，或粘聚性、保水性不好時(shí)，應(yīng)在保證水灰比不變的條件下相應(yīng)調(diào)整用水量或砂率，直到符合要求為止。,表4—21混凝土試配用最小攪拌,注：當(dāng)采用機(jī)械攪拌時(shí)，攪拌量不應(yīng)小于攪拌機(jī)預(yù)定

16、攪拌量的1／4。,調(diào)整可按以下原則進(jìn)行： (1)若坍落度與要求不符時(shí)，應(yīng)保持水灰比不變，調(diào)整水泥漿用量。一般用水量每增減2％～3％，坍落度增減10 mm。 (2)若坍落度大于要求坍落度時(shí)，也可不減水泥漿，而保持砂率不變，增加骨料用量。 (3)若混凝土拌和物的砂漿量顯得不足，粘聚性、保水性不良時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大砂率。反之，可減小砂率。 每次調(diào)整都要對(duì)各種材料的調(diào)整量進(jìn)行記錄，調(diào)整后要重新進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，調(diào)整至和易

17、性符合要求后，測(cè)定混凝土拌和物的實(shí)際表觀密度，并提出供混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)用的“基準(zhǔn)配合比’’。,基準(zhǔn)配合比的每立方米混凝土各種材料用量可按下式計(jì)算：,水泥用量：水的用量：砂的用量：,石子用量：,式中：m’co，m’wo，m’so，m’go——調(diào)整后，試拌混凝土中的水泥、水、砂、石子的用量，kg mca，mwa，msa，mga——基準(zhǔn)配合比每立方米混凝土中水泥、水、砂、石子的用量，kg ρoc,t——調(diào)整后混凝土拌和物的

18、實(shí)測(cè)表觀密度，kg／m3。,(四)校核水灰比，確定試驗(yàn)室配合比 經(jīng)和易性調(diào)整得出的基準(zhǔn)配合比，其水灰比不一定選擇合適，即強(qiáng)度不一定能滿足要求，所以還應(yīng)檢驗(yàn)混凝土的強(qiáng)度。 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)應(yīng)至少采用三個(gè)不同的配合比，其中一個(gè)應(yīng)是基準(zhǔn)配合比，一個(gè)配合比的水灰比，宜較基準(zhǔn)配合比增加0．05，一個(gè)配合比的水灰比，宜較基準(zhǔn)配合比減少0．05，其用水量與基準(zhǔn)配合比基本相同，砂率可分別增加或減小1％。當(dāng)不同配合比的混凝土拌

19、和物坍落度與要求值相差超過(guò)允許偏差時(shí)，可以增、減用水量進(jìn)行調(diào)整。每種配合比至少制作一組(三塊)試件，并標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到28 d時(shí)試壓。在制作試件時(shí)，還需檢驗(yàn)混凝土拌和物的和易性并測(cè)定混凝土拌和物的表觀密度。,由試驗(yàn)得出的各灰水比及其相對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度關(guān)系，用作圖法或計(jì)算法求出與混凝土配制強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的灰水比，并確定每立方米混凝土各種材料用量(試驗(yàn)室配合比)。 (1)用水量(mw)應(yīng)取基準(zhǔn)配合比中的用水量，并根據(jù)制作強(qiáng)度試件時(shí)測(cè)得的坍落度或

20、維勃稠度進(jìn)行調(diào)整；(2)水泥用量(mc)應(yīng)以用水量乘以選定出的灰水比計(jì)算確定； (3)砂和石子用量(ms和mg)應(yīng)取基準(zhǔn)配合比中的砂、石子用量，并按選定的灰水比進(jìn)行調(diào)整； (4)根據(jù)滿足和易性及強(qiáng)度要求的配合比計(jì)算混凝土表觀密度的計(jì)算值ρc.c： ρc.c=mw+mc+ms+mg (4—23),(5)由于計(jì)算配合比時(shí)作了一些假定，故計(jì)算混凝土表觀密度與實(shí)測(cè)表觀

21、密度不一定相等，需根據(jù)實(shí)測(cè)表觀密度計(jì)算校正系數(shù)，并校正各種材料的用量。 校正系數(shù)： δ=ρc.t/ρc.c (4—24),式中 ρc，t——混凝土表觀密度實(shí)測(cè)值，kg／m3 ρc ，c——混凝土表觀密度計(jì)算值，kg／m3 注意： 當(dāng)混凝土表觀密度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值不超過(guò)計(jì)算值的2％時(shí)，材料用量不必校正；若兩者之差超過(guò)2％時(shí)，將配合比中每項(xiàng)材料用量乘以校正系數(shù)d，即為確

22、定的混凝土試驗(yàn)室配合比。,(五)施工配合比換算 試驗(yàn)室確定配合比時(shí)，骨料均以干燥狀態(tài)為準(zhǔn)，而工地現(xiàn)場(chǎng)的砂、石材料都含有一定的水分，為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)室配合比，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)砂石的含水率對(duì)配合比進(jìn)行換算。 若現(xiàn)場(chǎng)砂的含水率為a％，石子的含水率為b％，經(jīng)換算后，每立方米混凝土各種材料的用量為： 水泥：m’c=mc (4—25) 砂：m’s=ms(

23、1+a％) (4—26) 石子：m’g=mg(1+b％) (4—27) 水：mw=mw-ms·a%-mg.b% (4—28),三、混凝土配舍比設(shè)計(jì)實(shí)剜 某工程的鋼筋混凝土梁(干燥環(huán)境)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，施工要求坍落度為30～50 mm(混凝土由機(jī)械攪拌，機(jī)械振搗)

24、，施工單位無(wú)混凝土強(qiáng)度歷史統(tǒng)計(jì)資料。 材料：普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)52．5號(hào)(實(shí)測(cè)28 d強(qiáng)度58．0 MPa)，密度ρc=3 100 kg／m3；中砂，表觀密度ρs=2 650 kg／m3；碎石，表觀密度ρg=2 700kg／m3，最大粒徑20 mm；自來(lái)水。 施工現(xiàn)場(chǎng)砂的含水率為2％，碎石含水率1％。 設(shè)計(jì)該混凝土的配合比，并換算為施工配合比。,(一)初步配合比計(jì)算 1．確定配制強(qiáng)度

25、 fcu.0=fcu.k+1．645σ 查表4—18，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30時(shí)，取σ=5．0 fcu.0=30+1．645×5．0=38．2 MPa 2．確定水灰比,查表4—7(P52)，干燥環(huán)境最大允許水灰比為0．65。所以取優(yōu)mw／mc=0．533．確定單位用水量查表4—19，取mwo=195 kg。4．計(jì)算水泥用量,查表4—7(P52)，最小水泥用量為26

26、0 kg，所以應(yīng)取mc0=368kg。5．確定砂率查表4—20，βs=33％。6．計(jì)算砂石用量(1)質(zhì)量法假定混凝土表觀密度mcp=2 400 kg／m3， mc0+ms0+mg0+mw0=mcp,混凝土計(jì)算配合比為： mc0:mw0:ms0:mgo=368：195：606：1 217 =1：O．53：1．65：3．31(2)體積法,解以上聯(lián)立方程，得： ms0=599 kg，mg0=1 223 kg

27、 混凝土計(jì)算配合比為： mc0:mw0:ms0:mg0=368：195：599：1 223 =1：0．53：1．62：3．32 兩種方法計(jì)算結(jié)果比較接近。．,,(二)試配調(diào)整 1．和易性調(diào)整 以體積法計(jì)算所得配合比為例。試拌15 L混凝土，其材料用量為： 水泥：0．015×368=5．52 kg 水：0.015×195=2．93 kg 砂：0.015&#

28、215;599=8．99 kg,石子：0．015×1 223=18．35 kg ’ 按上述用量稱量并攪拌均勻，做坍落度試驗(yàn)，測(cè)得坍落度為20 mm。保持水灰比不變，增加用水量及水泥用量各4％，即用水量增加到3．08 kg，水泥用量增加到5·81 kg，測(cè)得坍落度為30 mm，粘聚性、保水性均良好。經(jīng)調(diào)整后各種材料用量為：水泥5·81 kg，水3．08 kg，砂8．99 kg，石子18．35 k

29、g，總用量為36．23 kg，實(shí)測(cè)混凝土拌和物的表觀密度為2 415 kg／ms?；炷恋摹盎鶞?zhǔn)配合比”各種材料用量為：,水泥用量：用水量：砂用量：石子用量：,2．強(qiáng)度復(fù)核,用圖解法得，當(dāng)立方體抗壓強(qiáng)度為38．2 MPa時(shí)，相應(yīng)的灰水比mc／mw=1·86，即水灰比mw／mc=0．54。 3．實(shí)驗(yàn)室配合比的計(jì)算 (1)按強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果修正配合比 ①用水量mw 取基準(zhǔn)配合比中的用水量，

30、即：mw=197 kg ②水泥用量mcmc=mw/(mw/mc)=197/0.54=365kg,③砂、石子用量ms，mg按基準(zhǔn)配合比中的砂用量，即：ms=607 kg； mg=1 238 kg (2)按實(shí)測(cè)表觀密度修正配合比 根據(jù)符合強(qiáng)度要求的配合比試拌混凝土，測(cè)得混凝土拌和物的實(shí)測(cè)表觀密度為： ρc,t=2 405 kg／m3 混凝土拌和物表觀密度的計(jì)算值為： Pc,c=mw+mc+ms+m

31、g=197+365+607+1 238=2 407 kg／m3 由于混凝土拌和物表觀密度的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之差的絕對(duì)值不超過(guò)計(jì)算值的2％，故不必進(jìn)行修正。 混凝土試驗(yàn)室配合比見表4—23。,表4—23混凝土的實(shí)驗(yàn)室配合比 單位：kg,(三)施工配合比 水泥：m’c=365 kg 砂：m’s=607+607×0．02=619 kg 石子：m’g=1 238+1 238×0．01=1