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1、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(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
2、低成本。 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水灰比（WC）是影响混凝土抗压强度的 最主要的因素。这种影响从实质上是水灰比影响 了混凝土的孔隙率，即混凝土内水泥石的孔隙率 。水灰比越大，则混凝土中水泥石的毛细孔隙率 越大，因而强度越低。同时当水灰比较大时，水 易在粗骨料的下表面聚集，形成具有一定厚度的 水层，即界面裂纹（或界面孔隙），降低了界面 粘结强度，从而使混凝土的强度下降。现场浇灌混凝土时，经常发现施工
3、人员向混凝土拌合物中加水。虽然增加用水量，可提高混凝土拌合物的流动性。但是将使混凝土拌合料的粘聚性和保水性降低。特别是因水灰比（）的增大，增加了混凝土内部的毛细孔隙的含量，因而会降低混凝土的强度和耐久性，并增大混凝土的变形，造成质量事故。故现场浇灌混凝土时，必须严禁施工人员随意向混凝土拌合物中加水。合理砂率是指用水量、水泥用量一定的情况下，能 使拌合料具有最大流动性，且能保证拌合料具有良好的 粘聚性和保水性的的砂率。或是在坍落度一定时，使拌 合料具有最小水泥用量的砂率。影响合理砂率的主要因素有砂、石的粗细，砂、石 的品种与级配，水灰比以及外加剂等。石子越大，砂子 越细、级配越好、水灰比越小，则
4、合理砂率越小。采用 卵石和减水剂、引气剂时，合理砂率较小。因砂率表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系， 砂率的变动，会使骨料的总表面积和空隙率发生很大的 变化，因此对混凝土拌合物的和易性有显著的影响。当砂率过大时，骨料的总表面积和空隙率均增大，当混凝土中水泥浆量一定的情况下，拌合物就显得干稠，流动性就变小，如要保持流动性不变，则需增加水泥浆，就要多耗用水泥。反之，若砂率过小，则拌合物中显得石子过多而砂子过少，形成砂浆量不足以包裹石子表面，并不能填满石子间空隙。使混凝土产生粗骨料离析、水泥浆流失，甚至出现溃散等现象。 为什么在拌制混凝土时，砂的用量应按质量计，而不能以体积计量？砂子的体积和堆积密
5、度与其含水状态紧密相关。随着含水率的增大，砂颗粒表面包裹着一层水膜，引起砂体积增大。当砂的含水率为时，其体积最大而堆积密度最小，砂的体积可增加2030。若含水率继续增大，砂表面水膜增厚，由于水的自重超过砂粒表面对水的吸附力而产生流动，并迁入砂粒间的空隙中，于是砂粒表面的水膜被挤破消失，砂体积减小。当含水率达左右时，湿砂体积与干砂相近；含水率继续增大，则砂粒互相挤紧，这时湿砂的体积可小于干砂。 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
6、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、步骤及实例为什么不宜用高强度等级水泥配制低强度等 级的混凝土？采用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，只需少量的水泥或较大的水灰比就可满足强度要求，但却满足不了施工要求的良好的和易性，使施工困难，并且硬化后的耐久性较差。因而不宜用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土。为什么不宜用低强度等级水泥配制高 强度等级的混凝土？用低强度等级水泥配制高强度等级的 混凝土时，一是很难达到要求的强度，二 是需采用很小的水灰比或者说水泥用量很 大，
7、因而硬化后混凝土的干缩变形和徐变 变形大，对混凝土结构不利，易于干裂。 同时由于水泥用量大，水化放热量也大， 对大体积或较大体积的工程也极为不利。 此外经济上也不合理。所以不宜用低强度 等级水泥配制高强度等级的混凝土。若用低强度水泥来配制高强度混凝土，为满足强度 要求必然使水泥用量过多。这不仅不经济，而且使混凝 土收缩和水化热增大。还将因必须采用很小的水灰比而 造成混凝土太干，施工困难，不易捣实，使混凝土质量 不能保证。如果用高强度水泥来配制低强度混凝土，单 从强度考虑只须用少量水泥就可满足要求，但为了又要 满足混凝土拌合物和易性及混凝土耐久性要求，就必须 再增加一些水泥用量。这样往往产生超强
8、现象，也不经 济。当在实际工程中因受供应条件限制而发生这种情况 时，可在高强度水泥中掺入一定量的掺合料（如粉煤灰 ）即能使问题得到较好解决。 (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(3)选择单位用水量(mW0) 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。 流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步骤进行 a.
9、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： (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(S) 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3.3选取。 (6)计算砂、石用量(mS0、mG0) 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： 质量法 即假
10、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： 表3.1 塑性和干硬性混凝土的单位用水量(JGJ 55 2000) 小例题3.1、某混凝土试验室有一张混凝土用量配方，数字表示为1：0.61：2.50：4.45，下列哪种比例描述是正确的（ ）。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30%，则石子用量为（1316） kg。 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
11、2400 kg/m3，1立方米混凝土中含石（1244）kg 。小例题3.4（ ）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、基本配合比 C、试验室配合比 D、工地配合比3.5、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4.0 MPa，则混凝土的配制强度为 （36.58 ）MPa 。3.6某工程的混凝土变异系数为15%，平均强度为23MPa，设计强度等级C20，该工程混凝土的标准差为（ 3.45 ）MPa。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
12、称取表3.2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： 表3.2 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15 4025表3.3 混凝土砂率(%) 水灰比 (W/C) 卵石最大粒径(mm) 碎石最大粒径(mm) 102040102040 0.40 0.50 0.60 0.70 263 2 303 5 333 8 364 1 253 1 293 4 323 7 354 0 2
13、43 0 283 3 313 6 343 9 303 5 333 8 364 1 394 4 293 4 323 7 354 0 384 3 273 2 303 5 333 8 364 1(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
14、. 用水量(mW)在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定；水泥用量(mC) 以用水量乘选定的灰水比计算确定；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(c,t)和混凝土拌合物表观密度计算值(c,c)进行校正。校正系数为： 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 3.4.3 计算施工配合比【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
15、要求坍落度为3550mm，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34.8 MPa，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2.73g/cm3，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)
16、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，查表取=5.0MPa。 fcu,o=fcu,k+1.645 =20+8.2 =28.2(MPa) (2)确定水灰比(W/C) 利用强度经验公式计算水灰比：复核耐久性 查表,规定最大水灰比为0.65，因此W/C=0.49满足耐久性要求。 (3)确定用水量(mW0) 此题要求施工坍落度为3550mm，卵石最大粒径为 20mm，查表得每立方米混凝土用水量：mW0=180kg (4)计算水泥用量(mC0） mC0=mW0C/W=1802.02364(kg) 查表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，选砂率S=32%。 混凝土的最大水灰比和最小水泥用
