混凝土配比设计

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1、Proportioning Concrete mixes 混凝土配比设计Mix design ：依据指定之强度、工作性及耐久性，对混凝土之成分进行适当的配比设计，已决定其使用量。基本考虑：1.经济材料费用主要因素 cement 最贵人工费设备费理想情况： a 、使用最少之水泥，可减少shrinkage ，降低水化热；使用最大之骨材， c、最佳之粗细骨材比。缺点：水泥用量过少易减低早期强度。b、2. workability （工作性）：使用最少之 workability 且可达浇置之目的。3.Strength and durability：规范中规定最小之水泥量及允许之w/c 范围，有时并不一定

2、以 ( f C ) 28 D 为设计标准。durability ： 考虑抗冻耐寒或化学侵蚀，可决定 w/c 比值或添加剂之种类。Fundamental of mix design含水量级配水灰比（ w/c）1919，Duff Abrams 公式AcB1 .5w/cc ：在某固定材龄之混凝土强度A：经验常数14,000 psiB：和水泥性质有关之常数4强度和 w/c 成反比， w/c 增加，水泥浆之孔隙增加，故强度下降。理想之级配：较密之级配，将产生较经济及较强之混凝土（最少之孔隙，需最少量之 cement 来填充）。ACI 配比法配比设计之步骤：1. 材料基本性质：筛分析（粗骨材及细骨材）粗骨

3、材单位重bulk specific gravity (BSG)骨材吸水率（ absorption capacity）2. 决定坍度 （ slump）：和浇置方式及处理方式有关构造形式坍度（ mm）最大最小含钢筋之基础墙及基脚8020梁及强化之墙10020柱10020舖面及版80203. 最大骨材尺寸(a) 对於 RC， dmax1 最小模板间距，或 dmax3钢筋净间距54钢筋束净间距(b)slab 中之混凝土骨材的 dmax1 版厚度。3在固定之 w/c 之下 d max 减少，则强度上升。4. 估计用水量及空气含量工作性决定於paste content of concrete（水泥浆含量）

4、amount of entrained air骨材之最大尺寸、级配及形状。Table Approximate Mixing Water and Air Content Requirements for Different Slumps( 坍度 )and Nominal Maximum Sizes of Aggregates.Water (kg/m3) of Concrete for Indicated Nominal Maximum Sizes of Aggregate( 最大粗骨材尺寸 mm)1020254050Slump(mm)Non-air-entrained Concrete30-50

5、20520018518016015580-100225215200195175170150-180240230210205185180Approximate321amount of airinnon-air-entrained concrete %Air-entrained concrete（输气混凝土）30-5018017516516014514080-100200190180175160155150-180215205190185170165（level of依暴露程度而建议之空气含量（%）exposure ）MildModerateextreme上表可决定含气混凝土（air-entrai

6、nedconcrete ）及不含气混凝土（ nonair-entrained concrete）之用水量，由坍度及最大骨材尺寸可决定。试拌时可采用最大之坍度及最大空气含量模拟最糟之状况。5.Water/cement ratio（水灰比）考虑（ a） 强度：无强度及 w/c 关系图时，可查表 见表 9-3。注意 9-3是基於 ( fC )28 D，亦可自行建立其他天数下之w/c 与 f C 关系图。Table 9-3水灰比与抗压强度建议值w/c （重量比）28 天抗压强度（ MPa）Non air-entrainedair-entrainedconcreteconcrete45-40-35302

7、52015c/w0.80.70.60.50.40.3Non-air-entrained concretey = -4.4444E-06x 3+ 6.1429E-04x2 - 3.8151E-02x + 1.24740.2Air-entrainedconcretey = -1.3333E-05x 3+ 1.3143E-03x2 - 5.5381E-02x + 1.28970.1x=f c 0y=w/c203040fc (28D) (MPa)（ b） durability ：若混凝土需暴露於恶劣天候之中，如冻害、霜害海水硫化之环境内需遵守严格之 w/c 比例，见表 9-4 。6. 计算水泥用量当

8、w/c 决定後，每单位体积（公制 1 m3 ）内之水泥量即可算出，但为了工作性（workability ）、完工後易於整修及防止工地加水过多，需满足最小水泥量之要求，见表表 最大允许水量及最小水泥量最小水泥量 (kg/m 3)Non-air-entrainedair-entrainedconcreteconcrete骨材标称尺寸（ mm）设计强度 (MPa)102040102040152852502252902252352032529025033530027025365320290390340315最大用水量 (kg/m 3)2001801601701501407. 估计粗骨材使用量粗骨材之尺

9、寸接近於指定级配中之骨材尺寸，则工作性增加，见表Table Volume of Coarse Aggregate per Unit Volume of ConcreteMaximum Size Volume of Dry-Rodded Coarse Aggregate per Unit Volume ofof AggregateConcrete for DifferentFineness Moduli（细度模数） of Sandmm102025405075150terecnocfo3m/teagreggaersaocdeddorrydfoe+0.80.60.40.2+10mm12.5 mm20

10、 mm25 mm40 mm50 mm75 mm+d max+muloV02.42.52.6Fineness2.72.82.93moduliof Sand粗骨材之重量 = 体积 单位重8. 估计细骨材含量两种方法：质量法及体积法，仅介绍体积法体积法：需先知各成分（如水泥、水、空气、粗骨材）之体积，将总体积减去上列各成分之体积，可得细骨材之体积。细骨材体积 单位重 = 细骨材重量9. 依据骨材含水量调整骨材及水之用量（ a） 若骨材为 air dry （气乾），骨材本身会吸收某些水分，降低 w/c 比值，减低工作性。（ b） 若骨材太湿，其表面水分可增加 w/c 比值，提高工作性，但降低强度。依据

11、骨材之乾湿适当调整 w/c 比值。10. 试拌（ trial batch）以最少之用水量，达指定之坍度，进行试拌。试拌时检验：a、坍度， b、单位重， c、yield （每公斤水泥可制造之混凝土体积YVm3 / kg ），d、空气含量， e、观察是否析离及完工後是否容w cement易粉光， f 、 fc （28 天）。注意事项a、若坍度不正确，则每增加m3 之水，坍度可增加25mm（1 inch ）；但 w/c 会改变，故水泥量亦需增加。b、若未达指定之含气量，则需重新估计输气剂使用量，每增加1%空气含量，需减少 2 kg/ m3 之水。c、若以质量法求细骨材使用量，当新拌混凝土之单位重不正

12、确时，需改变配比重新计算。若无相关之资料可用时，ACI 建议对於小工程可使用下列配比表配比设计计算例欲设计外柱（ exterior column），比地面高，承受冻害及霜害，f c =35 MPa，坍度要求： 2550mm； dmax20 mm ( 3 ) 。4已知： cement Type I，比重粗骨材： bulk specific gravity (SSD) = absorption capacity （吸水率）Total moisture content=% TM=%WWETWOD100%WODDry rodded unit weight = 1600 kg / m 3 细骨材： bu

13、lk specific gravity (SSD)=absorption capacity（吸水率） =%total moisture content =%fine modulus (FM)=步骤：1. 材料资讯 （已知）2. 选择坍度 （见表， 20mmslump100mm，OK）3. d m ax 20mm （可由详细配筋图求得）4. 估计用水量及空气含量 ：因需抗冻故选择输气混凝土，由表，用水量 w=165kg / m3 ，air content for extreme exposure=6%5. 决定 w/c 比值，表得 w/c=，但表 w/c ，取 w/c=6.计算水泥量 cw165

14、413kg / m3w / c0.47.粗骨材量 ：由细骨材之 fine modulus及dm ax，参考表内插得时，粗骨FM=材体积 =混凝土体积 m3 / m333粗骨材之 OD重=m 1600kg / m =1008 kg8. 估计细骨材量（体积法）水之体积 165 kg/ 1000kg / m3 = m3水泥之体积 413 kg/ 3150kg / m3 = m3粗骨材之体积 1018 kg/ (1000*kg / m3 )=m3空气=m3_总计： m3细骨材体积 = =m39. adjustment for moisture in the aggregate（调整用水量）现场骨材并非

15、 SSD或 OD，其内含之水分会改变骨材之重量，又骨材之表面水会改变 w/c 比值，但骨材内部之水不会改变拌合时之用水量。假设在现场之骨材为 wet（湿润状态），则骨材之重量调整为粗骨材重（ wet）=1018 kg / m3细骨材重（ wet）= 708 kg / m3粗骨材对於表面水之贡献为 %=%细骨材对於表面水之贡献为%=%因此所需拌合水调整为165-1018 =120kg / m3整理 1m3 之混凝土内各成分用量如下水（ to be added）=120 kg水泥（ cement）=413 kg粗骨材（湿）=1033 kg细骨材（湿）=738 kg总重（ total ）=2304

16、kg10. 试拌若未达指定性质（如强度、坍度等） ，则需重新计算，并做调整，若调整幅度过大，需重新计算。配比计算作业：试设计混凝土内柱 ，使用最大粗骨材粒径d max =20mm，28 天设计强度fc =40MPa，已知：水泥比重= ；w/c=粗骨材：， AC(absorption capacity)=%， .=%，dry rodded unitweight=1650 kg / m 3 ；细骨材：，AC=%，S. M.=%，F. M.=，试以体积法计算所需之W、C、fineaggregate及 coarse aggregate之重量。已知：坍度 80100mm，使用 non-air-entrained concrete及 。，请参考讲义Table