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1、3.9 混凝土拌合物的配合比设计 Proportioning of Mixture (一 ) 配合比设计的任务 确定各组分材料之间的比例： 水泥 (或水泥矿物外加剂 )用量 单位用水量 砂率与骨料用量 化学外加剂用量 目的 使混凝土满足下列要求： 拌合物的和易性 硬化后在规定龄期的强度 耐久性 尽可能地经济和环保 混凝土拌合物的配合比设计 020040060080010001200140016001800粗骨料 细骨料 水泥 水低等级普通高等级1. 配合比设计的基本内容 得出生产每立方米混凝土所需要的各组分材料用量 配合比表示方法： 1立方米混凝土中各种材料的质量 (kg/m3) 例如：水泥
2、(? )kg/m3 、水 (? )kg/m3 、砂 (? ) kg/m3 、石子 (?) kg/m3 。 各种组成材料的质量比， 取水泥为 1，其它材料除以水泥用量，就得出比例关系 例如：水泥 :水 :砂 :石 1: (?): (?): (?) 在现场施工时，可根据搅拌机的实际容积，以每次实际投料量表示。 2. 配合比设计的依据 满足施工条件的拌合物的和易性 满足工程设计要求的技术性能 配制强度 耐久性 施工企业的生产管理水平 材料的变异性 1)拌合物的和易性 施工工艺 坍落度 (mm) 碾压混凝土 0 滑模摊铺混凝土 30 50 泵送混凝土 100 200 自密实混凝土 240 2)配制强度
3、 fcu.0 fcu.k + t 式中： fcu.0 混凝土配制强度； fcu.k 设计混凝土立方体抗压强度标准值； t 保证率系数； 混凝土强度标准差 (MPa) 取决于强度保证率，表 3 23 取决于施工企业的生产管理水平和设计的混凝土强度等级！ 3) 耐久性 耐久性要求所依据的条件： 服役环境等级：干燥、潮湿、温度变化范围、海洋、化学介质的种类与浓度、室内、室外等； 结构物类型：素混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土等。 满足耐久性需要控制的设计参数： 最大水灰比； 最小胶凝材料用量 (水泥矿物外加剂 )； 骨料的种类与组成。 防波堤 钢筋混凝土结构耐久性的整体论方法 (二 )配合比设计
4、的原理 控制参数： 拌合物的用水量与水泥用量之比 水灰比 水泥浆体与骨料用量之比 浆骨比 砂用量 /砂石骨料总用量之比 砂率 化学外加剂和矿物外加剂的种类与掺量 配合比设计的原理 原理一：用鲍罗米公式确定水灰比 原理二：细骨料体积略大于粗骨料的堆积孔隙以 利于流动，确定合理砂率； 原理三：用恒定用水量法则，确定单位用水量； 原理四： 1立方米混凝土的质量或体积是各组分材 料的质量或体积之和。 根据这四个原理，建立四元一次方程组，计算求出 1立方米混凝土所需各组分材料的用量 期望强度 期望耐久性 W/(C+M)S W/(C+M)D 鲍罗米公式 W/(C+M)min 期望坍落度 单位用水量 胶凝材
5、料与水的用量 骨料总体积 含气量 胶凝材料的密度 粗、细骨料用量 骨料密度 砂率 每立方米混凝土拌合物各组分用量 骨料含水量 每盘体积 每盘料用量 (三 )配合比设计步骤 (三 )配合比设计步骤 步骤一：根据工程所用施工工艺、配筋密集程度和捣实条件，选择坍落度或 VB稠度，再由坍落度或 VB稠度和石子最大粒径、粒形和级配，确定单位用水量（查表 3 9 ） 步骤二：根据下列因素，选择石子最大粒径 Dmax 构件最小断面尺寸 (小于 1/4)； 钢筋最小间距 (不大于 3/4)； （泵管直径、路面平整度；抗冲击、疲劳强度、经济） 步骤三：根据设计强度值，用鲍罗米公式，计算出水灰比，再根据满足耐久性
6、要求的最大水灰比，取二者的最小值，确定水灰比。 步骤四：根据单位用水量和水灰比，计算胶凝材料和水的用量 步骤四：根据粗骨料品种、最大粒径、砂的细度模数及水灰比，选择合理砂率 步骤五：根据胶凝材料与水的用量、砂率和含气量，计算粗细骨料用量 步骤六：根据骨料含水率和试拌情况，对配合比进行调整。 确定单位用水量的规定 1)干硬性和塑性混凝土用水量的确定： A.水灰比在 0.400.80范围内 ， 根据粗骨料的品种 、 粒径及施工要求的混凝土拌和物稠度 ， 其用水量可按表 4-3和 4-4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。 2)流动性和大流动性
7、混凝土的用水量按下列步骤计算：以表 3-9中坍落度 90mm的用水量为基础，按坍落度每增大 20mm用水量增大 5kg，计算出未加外加剂的混凝土用水量 鲍罗米公式： fcu = a fce ( C/W b ) fcu混凝土 28d抗压强度 (MPa) fce 水泥的实测强度 (MPa) C/W灰水比 a 、 b 与骨料种类有关的回归系数： 对于卵石： a 0.48 ; b 0.33; 对于碎石： a 0.46 ; b 0.07。 合理砂率的选择原则 1)当无历史资料可参考时，可根据粗骨料品种、最大粒径、砂的细度模数及水灰比按表 3-25选用。 2)坍落度大于 60mm的混凝土砂率，可经试验确定
8、，也可在上表的基础上，按坍落度增大 20mm，砂率增大 1%加以调整。 3)坍落度小于 10mm的混凝土，其砂率经试验确定。 合理的砂率应根据施工工艺对拌合物坍落度的要求等参数确定 (坍落度越大、砂率越要大，以避免发生离析，如自密实混凝土的砂率要到 50%)。 根据上述砂率确定原理，可列出砂率计算公式： Sp = S /(S+G) = K os P /(os P + og ) 式中： Sp 砂率 (%) S、 G 每立方米中砂和石的用量； os、 og 砂和石子的堆积密度 P 石子空隙率 (%)； K 砂浆剩余系数，一般取 1.11.4。 体积法： 石 /石 + 砂 /砂 + 水泥 / 水泥
9、+ 水 / 水 +10a=1000L ( 砂 / 砂 + 石 ) 100% =砂率 % ：密度； a：含气量 粗细骨料用量的计算方法 质量法 (假定表观密度法 )： 石 + 砂 + 水泥 + 水 = 2400 ( 砂 / 砂 + 石 ) 100% =砂率 % 配合比的调整 根据骨料含水率 ， 调整骨料用量： 在施工现场或者预拌混凝土生产厂 ， 骨料通常的含水状态波动较大 ， 因此需要根据测定的实际含水量对配合比用水量进行调整 ， 并增减骨料的用量 (主要是砂子含水量波动大 )。 根据试拌情况，全面调整配合比： 以上配合比设计过程有许多经验值，与实际所用材料存在一定的差异，还必须通过用上述步骤所
10、得配合比，称取各组成材料进行试拌检测工作度，并制备试件检测强度，以获得符合实际所用材料和施工环境条件的混凝土配合比。 混凝土配合比设计的几个基本概念 初步配合比 由理论计算得出的配合比 基准配合比 根据初步配合比，用实际原材料，经实验室试配、调整得出的配合比 施工配合比 根据基准配合比和现场骨料的含水状态，进行校正得出的可供生产、施工的配合比。 1.基准配合比的调整 1)检验试配混凝土的和易性，进行配合比调整 A. 如果坍落度太小，则应保持水灰比不变，适当增加水泥浆的量 (C+W)； B. 如果坍落度太大、或粘聚性不好、或泌水性太大，则适当增加砂率 (S)； C. 如果坍落度过大，适量增加砂石
11、用量 (S+G)。 在根据实测的混凝土的表观密度，对假定表观密度和材料用量进行调整，由此得出混凝土的基准配合比。 2)检验试配混凝土的强度，对水灰比进行校核： A. 检验混凝土强度时 ， 至少选择三个水灰比 ， 即基准水灰比 0.05， 砂率 0.01， 但单位用水量不变 ， 分别计算材料用量 ， 拌制混凝土 ， 分别检验拌合物的和易性和表观密度 ， 并制作试块 ， 标准养护 28d后 ， 测试试块的强度 。 B.用作图法或计算法求出与试配强度相对应的水灰比 。 2.基准配合比的确定 1)根据上述试配混凝土的和易性和强度测量结果，确定出配合比。 A.用水量 W，取基准配合比中的用水量，在根据制
12、作强度试件时，测得的混凝土坍落度调整； B.水泥用量 C，由用水量乘以达到试配强度的灰水比； C.砂、石用量 S和 G，取基准配合比中的砂石用量，并按水灰比值调整。 2)根据测得的表观密度，进行调整 : A.算出混凝土的计算表观密度， 计 = C+S+G+W ; B.由实测的表观密度与计算表观密度，求出修正系数 =计 /实 如果 2%， 则以上定出的配合比中各种材料用量 ， 即得确定配合比； 如果 2%，则以上定出的配合比就是确定配合比。 3.施工配合比的确定 计算配合比是以干燥状态的骨料为基准的 ， 指细骨料的含水率小于 0.5%， 粗骨料的含水率小于0.2%， 如果粗 、 细骨料的含水率大
13、于此值 ， 则应进行调整 。 若砂的实际含水率为 a%,， 石的实际含水率为 b%, 则：砂的实际用量 S = S(1+a%) 石的实际用量 G= G(1+b%) 水的石即用量 W= W S a% G b% 由此得到的即为混凝土施工的实际配合比： C、 W、 S、G。 1)由于化学外加剂和矿物掺合料已成为必要组份 ，而且前者对关键参数水胶比的影响非常显著；后者则在许多场合下掺量很大 ， 甚至超过水泥 ， 因此其品质在胶凝材料中起主导作用； 2)复杂多变的环境和工程需要多组分复合：多级配的骨料 ， 不同类型的外加剂 、 矿物掺合料 、 纤维等 。如丹麦的跨海桥梁与隧道工程用混凝土中 ， 胶凝材料
14、包括水泥 、 粉煤灰 、 硅粉 ， 外加剂 34种 ， 加上骨料组分共十余种 。 现行配合比设计方法的局限性 混凝土配合比设计技术的新进展 近些年来 ， 计算机和神经元网络等技术已经开始用于混凝土配合比设计 ， 引起广泛的关注 ， 对于多组份材料混凝土的配合比设计 ， 必定有很好的推动作用与广阔的应用前景 。 思考题 1. 计算水灰比公式中 ， 混凝土强度和水泥标号成正比 ，有人用 42.5和 52.5水泥 ， 还有人用 52.5和 62.5水泥 ， 分别以相同的低水灰比配制高强混凝土 ， 结果都发现用两种标号的水泥配制的混凝土强度很接近 ， 试分析其中的原因 。 2. 你根据本节所述步骤进行配合比设计和混凝土试验后 ， 有什么体会和建议 ？ 大掺量粉煤灰混凝土 水泥 150 kg/m3; 粉煤灰 200 kg/m3 掺高效减水剂、水胶比 = 0
