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1、混凝土拌合物性能和配合比设计一、概念混凝土是指胶结料（如水泥）、水、细集料（如砂子）、粗集料（如石子）以及必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按一定比例混合，通过搅拌成为塑性状态的拌和物，称为未凝固混凝土。未凝固混凝土在一定条件下，随着时间的推移逐渐硬化成具有强度和其他性能的块体，则称作硬化混凝土1。在影响混凝土结构工程质量与成本的诸多因素中，配合比设计至关重要，是根据工程要求、结构形式和施工条件确定混凝土的组份，即水泥、集料、水及外加剂的配合比例。配合比设计不同于其它项目的检测，需要试验人员熟悉各种原材料的性能，且需要具备丰富的实践经验。在配制混凝土时需要掌握混凝土拌合物和试件的制作方法，因此
2、将拌合物性能的试验方法也列入本部分。二、检测依据1、普通混凝土配合比设计规程（JGJ 55-2011）2、普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T 50080-20023、普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T 50081-2002）三、混凝土配合比设计及试验方法1、混凝土配合比设计的基本原则1.1配合比设计的基本原则混凝土配合比设计的基本原则是根据选用的材料，通过试验定出既能满足工作性、强度、耐久性和其他要求而且经济合理的混凝土各组成部分的用量比例。配合比设计的基本参数有： 混凝土的强度要求强度等级。 所设计混凝土的稠度要求坍落度。 所使用的水泥品种、强度等级及其质量水平，即强度富余系数g
3、c。 粗细集料的品种、最大粒径、细度以及级配情况。 可能掺用的外加剂或掺合料。 除强度及稠度以外的其他性能要求。1.2混凝土配合比设计的基本原理混凝土配合比设计的基本原理是建立在混凝土和混凝土混合料的性能变化规律的基础上的。如普通混凝土的配合比有四个基本变量：水泥、水、细集料和粗集料，可分别用C、W、X和Y表示单位体积混凝土的用量，配合比设计就是要确定这四个基本变量。为此，必须建立起四个表示各未知数之间相互关系的方程式。这些方程式体现出混凝土和混凝土混合料性能的变化规律。2、混凝土配合比设计步骤为了正确地设计配合比，在设计前，必须做好调查研究工作，并掌握下列资料：混凝土工程情况，包括强度要求、
4、结构物种类、部位尺寸，周围环境是否侵蚀、钢筋分布情况等。原材料的性能指标，掌握水泥的品种、强度等级，集料的密度、容重、空隙率、级配等试验数据及拌和混凝土用水情况。施工情况，混凝土拌和、捣实方法及其他施工技术等。混凝土配合比设计可以遵循以下步骤进行：2.1计算混凝土配制强度 1. 当混凝土的设计强度等级小于C60时，配制强度应按下式确定：混凝土配制强度，MPa； 混凝土立方体抗压强度标准值，MPa； 混凝土强度标准差，MPa。2. 当混凝土的设计强度等级不小于C60时，配制强度应按下式确定：混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料计算确定，其试件组数不应少于30组。注：对预拌混凝土厂，统计资料可
5、取1个月；对现场拌制混凝土的施工单位，统计周期可根据实际情况确定，但不宜超过3个月。当混凝土强度等级为不大于C30时，如计算得到的3.0MPa，取=3.0 MPa；当混凝土强度等级C30C60时，计算得到的4.0 MPa，取不小于4.0 MPa。当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值可参考原国家标准混凝土结构工程施工及验收规范中的取值方法，见下表。 标准差混凝土强度标准值C20C25C35C50C554.05.06.0注：现场条件与试验室条件有显著差异时，应调高混凝土配制强度。 应根据施工单位实际情况加以适当调整。值的确定与混凝土生产质量水平有关。当混凝土的生产方能对生产过程实施有效的质量控
6、制，具有健全的管理制度时，可适当降低，反之要提高。2.2确定用水量的方程1. 混凝土水胶比在0.40-0.80范围时，可按下表选取；2. 混凝土水胶比小于0.40时，可通过试验确定。干硬性混凝土的用水量(kg/m3)拌和物稠度卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)项目指标102040162040维勃稠度（s）16-2017516014518017015511-151801651501851751605-10185170155190180165 塑性混凝土的用水量（kg/m3）项目指标碎石最大粒径（mm）162031.540坍落度（mm）1030355055707590200210220230
7、185190205215175185195205165175185195注： 1. 上表用水量系用中砂时的平均取值，如采用细砂，每立方米混凝土用水量可增加510kg，采用粗砂时，则可减少510kg。2. 掺用各种外加剂或掺合料时，可相应增减用水量。4. 对于流动性和大流动性混凝土的用水量可按下列步骤计算： 以表中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂的混凝土的用水量； 掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算： 式中：掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量（kg）； 未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量（kg）； 外加剂的减水率（%）。 外加剂的减水
8、率应经实验确定。2.3 确定水灰比和水泥用量的方程1.根据混凝土配制强度确定水灰比。混凝土强度与水灰比在0.40.84之间近似地成线性关系： 水胶比； 配制强度，MPa； 、回归系数； 胶凝材料28d抗压强度，MPa；当胶凝材料28d胶砂抗压强度值（）无实测值时，可按下式计算： 粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数， 掺量（%）粉煤灰影响系数粒化高炉矿渣粉影响系数01.001.00100.850.951.00200.750.850.951.00300.650.750.901.00400.550.650.800.9050-0.700.85 水泥28d抗压强度等级值，MPa； 水泥标号富余系数，
9、按1.101.16取值。2. 为水泥的28d抗压强度实测值，该值在配合比设计时可能难以取得。一般采用富余系数或根据已有的3d强度或快测强度推定28d强度关系式推定值。以上推定值的方法都是根据已有的经验推测，所以在使用时要注意留足强度富余。在当地缺乏配合比实际资料的情况下，回归系数可按下表采用。回归系数选用表 石子品种 系数碎 石卵 石0.530.490.200.133.每立方混凝土的胶凝材料用量（）应按下式计算： 式中：计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（Kg/m3） 计算配合比每立方米混凝土中用水量（Kg/m3） 水胶比。4.每立方混凝土的矿物掺和料用量（）应按下式计算： 式中：计算配合
10、比每立方米混凝土中矿物掺和料的用量（Kg/m3） 矿物掺和料掺量（%） 5.每立方混凝土的水泥用量（）应按下式计算：=式中：计算配合比每立方米混凝土中水泥用量（Kg/m3） 2.4 确定粗、细集料比例的方程确定砂率砂(细集料)在集料总量中所占的比例称为砂率。砂率对混凝土拌和物的流动性及粘聚性有较大的影响，在配合比设计时应确定合理的砂率值。合理砂率值，就是在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌和物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性能良好时的砂率值2。影响砂率的因素很多，如：粗集料粒径大砂率小，粗集料粒径小砂率大；细砂的砂率小，粗砂的砂率大；碎石的砂率大，卵石的砂率小；水灰比大则砂率大
11、，水灰比小则砂率小；水泥用量大则可降低砂率，水泥用量小则可提高砂率。可通过下列方法确定砂率：（1）查表法按普通混凝土配合比设计规程要求，可按集料品种、规格及水灰比值，通过查表6确定。表6 混凝土的砂率（%）水灰比（W/C）卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）1020401620400.4026-3225-3124-3030-3529-3427-320.5030-3529-3428-3333-3832-3730-350.6033-3832-3731-3636-4135-4033-380.7036-4135-4034-3939-4438-4336-41 注：1.本表数值系中砂的选用砂率，对细砂
12、或粗砂，可相应地减小或增大砂率 2.只用一个单粒级粗集料配制混凝土时，砂率应适当增大； 3.对薄壁构件砂率取偏大值； 4.本砂率表适用于坍落度为1060mm的混凝土，坍落度大于60mm，也可在表1-5的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整，坍落度小于10mm时，其砂率应经试验确定； 5.掺有外加剂和掺合料的掺量应通过试验确定； 6.本表中的砂率系指砂与集料总量的质量比。（2）试验法需要比较准确地确定合理砂率的范围或需要了解砂率变化对混凝土拌和物性能的影响时，应经试验来确定合理砂率。混凝土拌和物的合理砂率是指在一定用水量及水泥用量的情况下，能使混合物获得最大的流动性，且能保
13、持粘聚性及保水性能良好时的砂率值。其步骤如下： 至少拌制五组不同砂率的混凝土拌和物，它们的用水量及水泥用量均相同，唯砂率值以每组相当23的间隙变动。 测定每组拌和物的坍落度(或维勃稠度)并同时检验其粘聚性和保水性。 用坐标纸作坍落度砂率关系图，如图上具有极大值，则极大值所对应的砂率即为该拌和物的合理砂率值。如果因粘聚性能不好而得不出极大值，则合理砂率值应为粘聚性及保水性能保持良好而混凝土坍落度最大时的砂率值。 砂率对混凝土强度的影响，在一定范围内并不明显。因此，合理砂率值主要应根据混合物的坍落度及粘聚性、保水性等特征来确定。各组强度试验结果作为分析时参考之用。（3）计算法计算法确定砂率的原则是以砂子来填充石子空隙，并稍有富余来确定。由于计算较复杂，不做详细介绍。5、确定集料总用量的方程体积法和重量法在算出单位体积混凝土的用水量和水泥用量后，即可应用绝对体积方法或假定表观密度方法计算出单位体积混凝土中的集料总用量(绝对体积或质量)。（1）体积法是假设混凝土组成材料绝对体积的总和等于混凝土的体积，因此得下列方程式：
