第八节第八节 混凝土配合比设计混凝土配合比设计1、混凝土配合比：混凝土配合比是指混凝土中各组成材料之间的比例关系。2、配合比常用的表示方法有两种：a、以1m3混凝土中各项材料的质量表示，如m水泥300kg、m水180kg、m砂720kg、m石子1200kg；b、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：石子=1：2.4：4.0水灰比=0.63、混凝土的配合比设计是确定混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。一、混凝土配合比设计的任务、要求及方法(一)混凝土配合比设计的任务 根据工程对混凝土提出的技术要求，各种材料的技术性能及施工现场的条件，合理选择原材料并确定它们的用量。(二)混凝土配合比设计的要求 设计出的混凝土配合比应满足的基本要求是：(1)满足施工对混凝土拌和物的和易性要求； (2)满足结构设计和质量规范对混凝土的强度等级要求； (3)满足工程所处环境对混凝土的抗渗性、抗冻性及其他耐久性要求； (4)在满足上述要求的前提下，尽量节省水泥，以满足经济性要求。 (三)混凝土配合比设计的三个参数 组成混凝土的四种材料，即水泥、水、砂、石子。混凝土的四种组成材料可由三个参数来控制。 1水灰比 水与水泥的比例称为水灰比。前面已讲，水灰比是影响混凝土和易性、强度和耐久性的主要因素，水灰比的大小是根据强度和耐久性确定，在满足强度和耐久性要求的前提下，选用较大水灰比，这有利于节约水泥。 2砂率 砂子占砂石总量的百分率称为砂率。砂率对混合料和易性影响较大，如选择不恰当，对混凝土强度和耐久性都有影响。应采用合理砂率。在保证和易性要求的条件下，取较小值，同样有利于节约水泥。 3用水量 用水量是指1m3混凝土拌合物中水的用量(kgm3)。在水灰比确定后，混凝土中单位用水量也表示水泥浆与集料之间的比例关系。为节约水泥，单位用水量在满足流动性条件下，取较小值。（四）混凝土配合比设计方法1绝对体积法 该法是假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气体积之和。2假定表观密度法(假定容重法) 如果原材料比较稳定，可先假设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。3查表法 根据试验，将各种配比列成表，以备参考。二、混凝土配合比设计的步骤(一)设计的基本资料1、混凝土的强度等级、施工管理水平，2、对混凝土耐久性的要求，3、原材料的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(二)初步配合比的计算 1确定混凝土的配制强度fcu.ofcu.o=fcu.k+1.645（规范规定的强度保证率P95%）2选择水灰比(mw/mc)(1)根据强度要求计算水灰比根据混凝土的配制强度及水泥的实际强度，用经验公式计算水灰比：式中A，B回归系数，可通过试验测定，无试验资料时，碎石混凝土A=048，B=052；卵石混凝土A=050，B=061：fce水泥的实际强度，MPa； 无水泥实际强度数据时，可按fce=cfce.k确定；fce.k水泥强度等级的强度标准值；c水泥强度等级强度标准值的富裕系数，该值应按实际统计资料确定。(2)查表47确定满足耐久性要求的混凝土的最大水灰比。(3)选择以上两个水灰比中的小值作为初步水灰比。3选择单位用水量(mw0)(1)干硬性和塑性混凝土 当水灰比在0408范围时，用水量根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌和物稠度，参照表419选择。表中所列之单位用水量，砂石均以干燥状态(细骨料含水率小于05，粗骨料含水率小于02)为准。 水灰比小于04或大于08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。 (2)流动性(坍落度为100150 mm)、大流动性(坍落度大于160 mm)混凝土 以表419中坍落度90 mm的用水量为基础，按坍落度每增大20 mm用水量增加5 kg，计算出未掺外加剂时的混凝土用水量。 掺外加剂时混凝土用水量可按下式计算：式中mwa掺外加剂时每立方米混凝土的用水量，kg； mw0未掺外加剂时每立方米混凝土的用水量，kg； 外加剂的减水率，经试验确定。表419干硬性和塑性混凝土的用水量 单位：kgm3 拌和物稠度 卵石最大粒径(nun) 碎石最大粒径(mm) 项 目 指标 10 20 40 16 20 40 维勃稠度 (s) 1520 175 160 145 180 170 155 1015 180 165 150 185 175 160 510 185 170 155 190 180 165 坍落度 (mm) 1030 190 170 150 200 185 165 3050 200 180 160 210 195 175 5070 210 190 170 220 205 185 7090 215 195 175 230 215 195注：本表用水量系采用中砂时的平均值，采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加510 kg，采用粗砂时，可减少 510kg； 掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。4计算水泥用量(mc0)根据已经确定的水灰比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，可按下式计算：同时，满足P52面表4-7中最大水灰比和最小水泥用量的要求。5选择砂率(s) 为保证混凝土有良好的和易性，希望选择的砂率为最优砂率，但影响最优砂率的因素较多，无法用计算方法得到。根据普通混凝土配合比设计规程(JGJT5596)，砂率可根据F述方法进行。 (1)坍落度为1060 mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、粒径及水灰比按表420选取。 表420混凝土的砂率 水灰比 mw/mc 卵石最大粒径(ram) 碎石最大粒径(mm) 10 20 40 16 20 40 0。40 050 060 070 2632 3035 3338 3641 2531 2934 3237 35-40 2430 2833 3136 3439 3035 3338 3641 3944 2934 3237 3540 3843 2732 3035 3338 3641注：本表数值系中砂的选用砂翠，对细砂或租砂，可相应地减小或增大砂率； 只用一个单粒级粗骨科配制混凝土时，砂率应适当增大； 对薄壁构件砂率取偏大值； 本表中的砂率系指砂与骨料总量的质量比。(2)坍落度等于或大于100 mm的混凝土砂率，应在表420的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1的幅度予以调整。 (3)坍落度大于60 mm或小于10 mm的混凝土及掺用外加剂和掺合料的混凝土，其砂率应经试验确定。 6计算砂石用量(mso、mgo) 、砂石用量的计算有质量法与体积法两种。 (1)质量法质量法的补充条件为：每立方米混凝土中各种材料用量之和等于1 m3。混凝土的质量，即：式中mc0每立方米混凝土的水泥用量，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质量，kg，可先假定为2 4002 450 kg； s砂率，。 将上两式联立，即可求得每立方米混凝土的砂、石用量。 (2)体积法 体积法的补充条件为：每立方米混凝土中各种材料的绝对密实体积及混凝土拌和物中所含空气体积之总和等于1 m3，即：式中c水泥的密度，kgm。，可取2 9003 100 kgm。； s砂的表观密度，kgm3； g石子的表观密度，kgm3； w水的密度，可取1 000 kgm3； 混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取=1。 以上两式联立，也可计算出每立方米混凝土的砂石用量。(三)试配调整、确定基准配合比 混凝土初步配合比中的参数是根据经验公式及图表确定的，不一定符合和易性的要求，所以要通过试配进行调整。 按初步配合比，根据表421规定的数量称取混凝土的各种材料，搅拌均匀后测定坍落度或维勃度，并观察其粘聚性及保水性。当坍落度或维勃度不能满足要求，或粘聚性、保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。表421混凝土试配用最小搅拌 骨料最大粒径(mm) 拌和物数量(L) 31.5及以下 40 15 25注：当采用机械搅拌时，搅拌量不应小于搅拌机预定搅拌量的14。调整可按以下原则进行： (1)若坍落度与要求不符时，应保持水灰比不变，调整水泥浆用量。一般用水量每增减23，坍落度增减10 mm。 (2)若坍落度大于要求坍落度时，也可不减水泥浆，而保持砂率不变，增加骨料用量。 (3)若混凝土拌和物的砂浆量显得不足，粘聚性、保水性不良时，应适当增大砂率。反之，可减小砂率。 每次调整都要对各种材料的调整量进行记录，调整后要重新进行坍落度试验，调整至和易性符合要求后，测定混凝土拌和物的实际表观密度，并提出供混凝土强度试验用的“基准配合比。 基准配合比的每立方米混凝土各种材料用量可按下式计算：水泥用量：水的用量：砂的用量：石子用量：式中：mco，mwo，mso，mgo调整后，试拌混凝土中的水泥、水、砂、石子的用量，kg mca，mwa，msa，mga基准配合比每立方米混凝土中水泥、水、砂、石子的用量，kg oc,t调整后混凝土拌和物的实测表观密度，kgm3。(四)校核水灰比，确定试验室配合比 经和易性调整得出的基准配合比，其水灰比不一定选择合适，即强度不一定能满足要求，所以还应检验混凝土的强度。 混凝土强度试验时应至少采用三个不同的配合比，其中一个应是基准配合比，一个配合比的水灰比，宜较基准配合比增加005，一个配合比的水灰比，宜较基准配合比减少005，其用水量与基准配合比基本相同，砂率可分别增加或减小1。当不同配合比的混凝土拌和物坍落度与要求值相差超过允许偏差时，可以增、减用水量进行调整。每种配合比至少制作一组(三块)试件，并标准养护到28 d时试压。在制作试件时，还需检验混凝土拌和物的和易性并测定混凝土拌和物的表观密度。由试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土强度关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度相对应的灰水比，并确定每立方米混凝土各种材料用量(试验室配合比)。 (1)用水量(mw)应取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整；(2)水泥用量(mc)应以用水量乘以选定出的灰水比计算确定； (3)砂和石子用量(ms和mg)应取基准配合比中的砂、石子用量，并按选定的灰水比进行调整； (4)根据满足和易性及强度要求的配合比计算混凝土表观密度的计算值c.c： c.c=mw+mc+ms+mg (423)(5)由于计算配合比时作了一些假定，故计算混凝土表观密度与实测表观密度不一定相等，需根据实测表观密度计算校正系数，并校正各种材料的用量。 校正系数： =c.t/c.c (424) 式中 c，t混凝土表观密度实测值，kgm3 c ，c混凝土表观密度计算值，kgm3 注意： 当混凝土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，材料用量不必校正；若两者之差超过2时，将配合比中每项材料用量乘以校正系数d，即为确定的混凝土试验室配合比。(五)施工配合比换算 试验室确定配合比时，骨料均以干燥状态为准，而工地现场的砂、石材料都含有一定的水分，为了准确地实现试验室配合比，应根据现场砂石的含水率对配合比进行换算。 若现场砂的含水率为a，石子的含水率为b，经换算后，每立方米混凝土各种材料的用量为： 水泥：mc=mc (425) 砂：ms=ms(1+a) (426) 石子：mg=mg(1+b) (427) 水：mw=mw-msa%-mg.b% (428)三、混凝土配舍比设计实剜 某工程的钢筋混凝土梁(干燥环境)，混凝土设计强度等级为C30，施工要求坍落度为3050 mm(混凝土由机械搅拌，机械振捣)，施工单位无混凝土强度历史统计资料。 材料：普通硅酸盐水泥，强度等级525号(实测28 d强度580 MPa)，密度c=3 100 kgm3；中砂，表观密度s=2 650 kgm3；碎石，表观密度g=2 700kgm3，最大粒径20 mm；自来水。 施工现场砂的含水率为2，碎石含水率1。 设计该混凝土的配合比，并换算为施工配合比。(一)初步配合比计算 1确定配制强度 fcu.0=fcu.k+1645 查表418，当混凝土强度等级为C30时，取=50 fcu.0=30+164550=382 MPa 2确定水灰比查表47(P52)，干燥环境最大允许水灰比为065。所以取优mwmc=0533确定单位用水量查表419，取mwo=195 kg。4计算水泥用量查表47(P52)，最小水泥用量为260 kg，所以应取mc0=368kg。5确定砂率查表420，s=33。6计算砂石用量(1)质量法假定混凝土表观密度mcp=2 400 kgm3， mc0+ms0+mg0+mw0=mcp混凝土计算配合比为： mc0:mw0:ms0:mgo=368：195：606：1 217 =1：O53：165：331(2)体积法解以上联立方程，得： ms0=599 kg，mg0=1 223 kg 混凝土计算配合比为： mc0:mw0:ms0:mg0=368：195：599：1 223 =1：053：162：332 两种方法计算结果比较接近。(二)试配调整 1和易性调整 以体积法计算所得配合比为例。试拌15 L混凝土，其材料用量为： 水泥：0015368=552 kg 水：0.015195=293 kg 砂：0.015599=899 kg石子：00151 223=1835 kg 按上述用量称量并搅拌均匀，做坍落度试验，测得坍落度为20 mm。保持水灰比不变，增加用水量及水泥用量各4，即用水量增加到308 kg，水泥用量增加到581 kg，测得坍落度为30 mm，粘聚性、保水性均良好。经调整后各种材料用量为：水泥581 kg，水308 kg，砂899 kg，石子1835 kg，总用量为3623 kg，实测混凝土拌和物的表观密度为2 415 kgms。混凝土的“基准配合比”各种材料用量为：水泥用量：用水量：砂用量：石子用量：2强度复核 采用048、053、058三个不同的水灰比计算配合比，试拌测定坍落度均符合要求，标准养护28 d后，测得的抗压强度见表422。 表422不同水灰比的混凝土立方体抗压强度 水灰比mwmc 灰水比mcmw 混凝土立方体抗压强度fcu(MPa) 0.48 0.53 058 2.08 1.89 1.72 39.3 38.4 37.7 用图解法得，当立方体抗压强度为382 MPa时，相应的灰水比mcmw=186，即水灰比mwmc=054。 3实验室配合比的计算 (1)按强度检验结果修正配合比 用水量mw 取基准配合比中的用水量，即：mw=197 kg 水泥用量mcmc=mw/(mw/mc)=197/0.54=365kg 砂、石子用量ms，mg按基准配合比中的砂用量，即：ms=607 kg； mg=1 238 kg (2)按实测表观密度修正配合比 根据符合强度要求的配合比试拌混凝土，测得混凝土拌和物的实测表观密度为： c,t=2 405 kgm3 混凝土拌和物表观密度的计算值为： Pc,c=mw+mc+ms+mg=197+365+607+1 238=2 407 kgm3 由于混凝土拌和物表观密度的计算值与实测值之差的绝对值不超过计算值的2，故不必进行修正。 混凝土试验室配合比见表423。 材料名称 水 泥 水 砂 石 子 每立方米混凝土的用量 365 197 607 1 238表423混凝土的实验室配合比 单位：kg(三)施工配合比 水泥：mc=365 kg 砂：ms=607+607002=619 kg 石子：mg=1 238+1 238001=1 250 kg 水：mw=197-607O021238001=172 kg 混凝土施工配合比见表424。表424混凝土的施工配合比 单位kg 材料名称 水 泥 水 砂 石 子 每立方米混凝土的用量 365 172 619 1 250