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1、混凝土设计竞赛有关配合比设计 的原则与方法,配合比设计的原则与注意事项,低水胶比对现代混凝土很重要，依靠高效减水剂和优质矿物细粉掺合料实现混凝土的低水胶比。 不能过分地提高胶凝材料的用量。胶凝材料过多，不仅成本高，混凝土的体积稳定性也差，同时，对获得高的强度意义不大。应该通过合理调整粗细骨料用量及砂率控制空隙率，实现较低水胶比下的良好和易性。,技术理念的改变,技术理念的改变,配合比设计的原则与注意事项,GB/T50476-2008 混凝土结构耐久性设计规范条款,配合比设计的原则与注意事项,GB/T50476-2008 混凝土结构耐久性设计规范条款 环境类别与作用等级,B.1 配筋混凝土的胶凝材
2、料中，矿物掺和料用量占胶凝材料总量的比值应符合下表规定。,3.4.3 结构构件的混凝土强度等级应同时满足构件承载能力和耐久性的设计要求。,结构混凝土性能技术规范 6.2,表6.2不同等级混凝土最大浆骨比和用水量,粗骨料最大粒径选择,吴中伟提出的简易配合比设计方法的基本原则是要求砂石有最小的混合空隙率，按绝对体积法原理计算。具体步骤和实例如下：,简易配合比设计方法,1) 首先选择高性能混凝土平均或常用性能指标作为基准，或选用工程要求的性能为基准，然后再试配调整，满足其他条件或要求。,例如要求耐久性为低渗透性，要求用Nernst-Einstein法测定的氯离子扩散系数为(50100)10-14m2
3、/s，配制强度为4050MPa，工作性要求坍落度为180200mm，1h坍落度损失不大于10%，无离析等。,2) 求砂石混合空隙率，选择最小值,可先从砂率38%40%开始，将不同砂石比的砂石混合，分三次装入一个1520L的不变形的容重筒中，用直径为15mm的圆头捣棒各插捣30下(或在振动台上振动至试料不再下沉为止)，刮平表面后称量，并换算成松椎密度0 (kg/m3),测出砂石混合料的混合表观密度(kg/m3)，一般为2.65g/cm3左右。计算，最经济的混合空隙率约为16%，一般为20%22%。,3) 计算胶凝材料浆量,胶凝材料浆量等于砂石混合空隙体积加富余量。胶凝材料浆富余量取决于工作性要求
4、和外加剂性质和掺量，可先按坍落度180200mm估计为8%10%，由试拌决定。假设为8%，为20%，则浆体积为+8%=28%，即280L/m3。,4) 计算各组分用量,设选用水胶比为0.4，掺入磨细矿渣30%，水泥密度为3.15g/cm3，磨细矿渣密度为2.5g/cm3，则即1L浆用胶凝材料1.35kg。,1 m3胶凝材料总用量 = 2801.35 =378 kg/m3 水泥用量 = 3780.7 =265 kg/m3 矿渣用量 = 3780.3 =113 kg/m3 水用量 = 3780.4 =151kg/m3 集料总用量 = (1000-280)2.65 =1908 kg/m3 砂用量 =
5、 190840% =763 kg/m3石用量 = 1908-763 =1145 kg/m3 因引入了浆体积富余量，总体积略超过1m3，故所计算的各材料用量总需按实测的表观密度校正。,5) 或按15L筒试配的砂石量+以上胶凝材料和水各量的1.5%，掺入外加剂试拌，测坍落度和流动度。如不符，则调整富余量或外加剂掺量。达到要求后，再装入筒中称量筒中混凝土和多余混凝土拌合物质量，求出混凝土表观密度，并校正各计算量。一般允许坍落度误差为40mm，富余量误差为1.5%。,在以上基础上，经多次试拌，求得符合要求的合理、经济的配合比。但针对此方法提出两点改进建议，第一是浆体富余量在8%以上，不一定在810%之
6、间，由试拌决定。第二是粗骨料应该采取两个以上粒级混拌的方法，使混拌后的粗骨料空隙率小于42%。,据以饱和面干骨料的配合比设计,清华大学廉慧珍教授针对当代混凝土的特点，提出了“当代混凝土配合比要素的选择和配合比计算方法的建议”。当代混凝土配合比选择的内容实际上是水胶比、浆骨比、砂石比和矿物掺和料在胶凝材料中的比例等四要素的确定，以及按照满足施工性要求的前提下紧密堆积原理的计算方法。,混凝土各组成材料的关系和性质及其作用和影响,由图可看出，混凝土配合比四要素都影响拌和物与硬化混凝土性能，当决定混凝土强度和密实性的水胶比确定之后，所有要素都影响拌和物施工性能。施工是保证混凝土质量的最后的和最关键的环
7、节，则考虑浆体浓度的因素、按拌和物的施工性能选择拌和物的砂石比与浆骨比，就是混凝土配合比选择的主要因素。其中浆骨比是保证硬化前后混凝土性能的核心因素。无论是改变水胶比，还是矿物掺和料用量，调整配合比时应使用等浆体体积法，以保持浆骨比不变。,确定混凝土配合比的原则,1) 按具体工程提供的混凝土技术要求选择原材料和配合比 2) 注重骨料级配和粒形，按最大松堆密度法优化级配骨料，但级配后空隙率应不大于42%； 3) 按最小浆骨比(即最小用水量或胶凝材料总量)原则，尽量减小浆骨比，根据混凝土强度等级和最小胶凝材料总量的原则确定浆骨(体积)比，按选定的浆骨比得到1m3混凝土拌和物浆体体积和骨料体积；计算
8、骨料体积所使用的密度应当是饱和面干状态下所测定的；,4) 按施工性要求选择砂石比，按混凝土技术要求中的混凝土目标性能确定矿物掺和料掺量和水胶比。 5) 分别按绝对体积法用浆体体积计算胶凝材料总量和用水量；用骨料体积计算砂、石用量。调整水胶比时，保持浆体体积不变。,6) 根据工程特点和技术要求选择合适的外加剂，用高效减水剂掺量调整拌和物的施工性。 7) 由于水泥接触水时就开始水化，拌和物的实际密实体会积略小于各材料密度之和，则当未掺入引气剂时，可不考虑搅拌时挟入约1%的空气。,混凝土配合比四要素的选择,1) 水胶比 对有耐久性要求的混凝土，按照结构设计和施工给出混凝土技术要求中的最低强度等级，按
9、保证率95%确定配制强度；以最大水胶比作为初步选水胶比，再依次减小0.050.1百分点取35个水胶比试配，得出水胶比和强度的直线关系，找出上述配制强度所需要的水胶比，进行再次试配。或按无掺和料的普通混凝土强度-水灰比关系选择一个基准水灰比，掺入粉煤灰后再按等浆骨比调整水胶比。一般，有耐久性要求的中等强度等级混凝土，掺用粉煤灰超过30%时（包括水泥中已含的混合材料），水胶比宜不超过0.44。,2) 浆骨(体积)比 在水胶比一定的情况下的用水量或胶凝材料总量，或骨料总体积用量即反映浆骨比。对于泵送混凝土，可按表7-3选择，或按GB/T 50746-2008混凝土结构耐久性设计规范对最小和最大胶凝材
10、料的限定范围，由试配拌和物工作性确定，取尽量小的浆骨比值。水胶比一定时，浆骨比小的，强度会稍低、弹性模量会稍高、体积稳定性好、开裂风险低，反之则相反。,不同等级混凝土最大浆骨比,3) 砂石比 通常在配合比中的砂石比，以一定浆骨比（或骨料总量）下的砂率表示。对级配良好的石子，砂石的选择以石子松堆空隙率与砂的松堆空隙率乘积为0.160.2为宜。一般，泵送混凝土砂率不宜小于36%，并不宜大于45%。为此应充分重视石子的级配，以不同粒径的两级配或三级配后松堆空隙率不大于42%为宜。石子松堆空隙率越小，砂石比可越小。在水胶比和浆骨比一定的条件下，砂石比的变动主要可影响施工性和变形性质，对硬化后的强度也会
11、有所影响（在一定范围内，砂率小的，强度稍低，弹性模量稍大，开裂敏感性较低，拌和物粘聚性稍差，反之则相反）。,4) 矿物掺和料掺量 矿物掺和料的掺量应视工程性质、环境和施工条件而选择。对于完全处于地下和水下的工程，尤其是大体积混凝土如基础底板、咬合桩或连续浇注的地下连续墙、海水中的桥梁桩基、海底隧道底板或有表面处理的侧墙以及常年处于干燥环境（相对湿度40%以下）的构件等，当没有立即冻融作用时，矿物掺和料可以用到最大掺量（矿物掺和料占胶凝材料总量的最大掺量粉煤灰为50%，磨细矿渣为75%）；,一年中环境相对湿度变化较大(冷天处在相对湿度为50%左右、夏季相对湿度70%以上）无化学腐蚀和冻融循环一般
12、环境中的构，对断面小、保护层厚度小、强度等级低的构件（如厚度只有1015cm）的楼板)，当水胶比较大时（如大于0.5），粉煤灰掺量不宜大于20%，矿渣掺量不宜大于30%（均包括水泥中已含的混合材料）。,不同环境下矿物掺和料的掺量选择见GB/T 50746-2008混凝土结构耐久性设计规范附录B和条文说明附录B。如果采取延长湿养护时间或其他增强钢筋的混凝土保护层密实度措施，则可超过以上限制。,混凝土配合比选择实例,1) 技术条件：某滨海城市地下水位为-2m, 地下水中硫酸根离子和氯离子含量具有对混凝土结构中等腐蚀程度；商住楼地下两层，底层车库墙体厚度为350mm，设计使用年限为70年，保护层厚度
13、为50mm，设计强度等级为C40/P8，；混凝土浇筑季节最高气温33，最低气温21。要求施工期间每次连续浇筑100m3，宽度不大于0.1mm的纵向裂缝不多于3条。混凝土最大水胶比为0.45，最小胶凝材料用量最小320kg/m3，最大450kg/m3；骨料最大粒径25mm。混凝土坍落度180200mm，到达现场浇筑前坍落度应为160180mm。,2) 技术要点确认混凝土技术要求提供的工程所处环境为V-C级，对处于地下的350mm墙体热天施工来说，应按大体积混凝土考虑，以控制温度应力产生的裂缝为重点。,3)原材料选择 水泥： 振兴P.O.42.5，已掺入粉煤灰20%，水化热262 KJ/kg，密度
14、3.0g/cm3 ，氯离子含量0.6%，标准稠度用水量27%； 粉煤灰；0.045mm筛筛余量17%，密度2.2g/cm3, 烧失量4.5%，需水量比103%； 粗骨料510mm和1025mm以28级配后，表观密度2.69 g/cm3，自然堆积密度1620kg/m3，空隙率40%； 细骨料：筛除5mm以上颗粒的河砂，表观密度2.6 g/m3，松堆密度1432kg/m3，空隙率为45%。 外加剂：略,4) 配制强度的确定： 略 5) 混凝土配合比参数选择 水胶比：按技术要求最大值选用W/B为0.44； 砂石比：按最紧密堆积原则，根据石子空隙率，选取砂率为40%，则砂石质量比为 SG = 4060
15、=0.67；体积比为0.67 =0.69 浆骨比：选择浆骨比为VpVA=3268，则VA=0.68m3；,粉煤灰掺量：按GB/T 50746-2008混凝土耐久性设计规范条文说明附录B，对V-C 的环境作用有：下限： 上限：因拟掺入膨胀剂，为控制混凝土温升，不宜再掺入矿渣粉；则上述限定中，单掺粉煤灰的掺量限定范围为2550%，鉴于P.O.425水泥中已掺入粉煤灰20%，现选择粉煤灰掺量=30%。,6) 初步配合比计算 由材料条件知=0.68，并SG=0.67 则计算得G=1080 kg/m3，S=724kg/m3 最大(W)10.44 B=C+ F ，则：1m3中Vp VA=3268，则Vp
16、=0.32 m3 VB+VW=Vp = 0.32=2.770.44=1.22,由上式：W=176kg/m3, B=400kg/m3，由设定的粉煤灰掺量为30%，得知粉煤灰用量为120kg/m3。,8) 试配、调整 略 9) 生产配合比 按上述步骤另外分别计算出(W/B)2=0.42、(W/B)3=0.40的配合比，取得3组(B/W)- 性能关系，从中优选出生产配合比。,改变水胶比时计算混凝土配合比的等浆体体积法举例,按以上步骤另外分别计算出(W/B)2=0.42、(W/B)3=0.40的配合 比，与(W/B)1=0.44一起，共取得3组(B/W)-性能关系，以备优 选生产配合比。改变水胶比后浆体量发生变化，会影响到施工性，应按等 浆体体积进行调整 调整说明： 水胶比0.42时，浆量减小了8升，可能影响施工性，如增加9kg 粉煤灰和4 kg水，则浆体体积可增加到323升，可视为不变； 水胶比0.40时，浆量减小了16升，如增加17kg粉煤灰和7kg 水，则浆体量增加到323升，可视为不变；,
