[工学]第三篇第二章第七节及第四章 混凝土配合比设计

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1、School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院混凝土配合比设计第一部分 普通水泥混凝土组成设计第二部分 道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 任务：满足多个性能要求时获得各成分的最佳的配比。性能：和易性、强度、耐久性 拟确定的参数：1方混凝土中水、水泥、粗集料、细集料、掺合料、外加剂的用量。可以中间通过间接的配合比参数来确定最终的参数，间接的配合比参数包括水灰比、砂浆体积分量、砂率、集浆比等。（原因：这些间接参数可能与混凝土的性能关系更为密切，更容

2、易确定）设计阶段：目标配合比设计阶段、室内试验配合比调整阶段、施工配合比设计阶段。（注：室内试验调整的方法是微调某关键参数，如水灰比、砂率、砂浆体积分量等做试件，以寻求最优的参数。难点：（1）确定各性能之间的相对重要性，强度不一定是最重要的；确定性能要求的标准（如CRCP)。（2）如何得到满足各性能要求的最佳的配比。混凝土配合比设计任务、方法和困难？混凝土配合比设计任务、方法和困难？School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院如何得到满足各性能要求的最佳的配比？如何得到满足各性能要求的最佳的配比？困难的原因：组成参数与性能之间互相影

3、响，某一个组成参数影响多个性能，某一个性能受多个参数的影响。解决的方法：（1）抓主要矛盾 如认为水灰比是强度的最重要的因素，可以根据两者之间的公式先由强度确定水灰比。但该法有误差，因为强度不仅受水灰比的影响，故有的方法还包括了最大粒径、砂率（或砂浆体积分量）等参数，如果包括了其它的参数，只能通过先假设、后校核、修正的方法。（2）正交试验（3）真正分层次 如集料层次（通过控制级配来控制粗细集料的比例等）、净浆层次（确定水泥用量、用水量等）、砂浆层次（控制细集料、水泥用量、用水量等）、混凝土层次（确定水、水泥、细集料、粗集料等）。（存在的问题，如由不同层次上确定的最优的组成参数可能不一致。）需要具

4、备的知识：（1）性能的要求（2）性能的影响因素（3）各组成参数对于性能的影响（4）混凝土的组成结构 以确定更为合理的组成设计参数，如砂浆体积分量比砂率可能更合适。School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计混凝土配合比混凝土配合比的的表示方法表示方法 单位用量法 以每m3混凝土中各材料的用量表示 水泥330kg，水185kg，砂598kg，石子1281kg 相对用量法 以水泥质量为1表示其他材料的相对关系 C ：S ：G；W/C=1：1.81：3.88；0.5 水泥 砂 石子 水

5、灰比School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院施工配合比施工配合比设计配合比设计配合比基准配合比基准配合比初步配合比初步配合比施工现场调整含水量复核强度及其它要求调整施工和易性确定组成材料比例组成设计流程第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院（1）和易性）和易性 构件截面尺寸 坍落度大小根据 钢筋疏密 确定 施工方式来1.配合比设计指标配合比设计指标和易性和易性IIIIII耐久性耐久性强度强度第一部分第一部分

6、普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院1.配合比设计指标配合比设计指标第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院（2）混凝土配制强度）混凝土配制强度 ,0cuf,0,1.645cucu kff（路面（路面，桥梁 C30以上）根据5Mpaf折并满足强度保证率要求，即按近期强度资料或查表求得1.配合比设计指标配合比设计指标结构设计用途强度等级强度等级 C20C20C35 C35

7、强度标准差取值（强度标准差取值（MPa）3.0 5.0 6.0 第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院（3）耐久性）耐久性 取决于水灰比 和水泥用量 ，查表确定 WCC1.配合比设计指标配合比设计指标第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院配制配制强度强度 水灰水灰比比 用水用水量量 砂率砂率 水泥水泥用量用量 粗细粗细集料集料 2.配合比设计步骤配合比设

8、计步骤第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院（1）计算混凝土配制强度）计算混凝土配制强度 不稳定性材料，涉及多种工序，强度有波动不稳定性材料，涉及多种工序，强度有波动配置强度应高于设计强度配置强度应高于设计强度,0cuf,0,cucu kfft（2）计算水灰比并校核）计算水灰比并校核,0(/)a cecubffC W水灰比定则水灰比定则,0aceacecubfWCff2.配合比设计步骤配合比设计步骤第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of H

9、ighway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院按耐久性校核按耐久性校核 maxWWCCmaxWWCC取用取用 取用取用 WCmaxWC2.配合比设计步骤配合比设计步骤第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院（3）确定用水量）确定用水量I.干硬性和塑性混凝土干硬性和塑性混凝土II.流动性和大流动性混凝土流动性和大流动性混凝土依据经验或依据经验或查表选用查表选用 0wm根据根据 工作性dmax细砂，增大；粗砂，减少用水量细砂，增大；粗砂，减少

10、用水量（510kg/m3）未掺外加剂时，以坍落度90mm的用水量为基础，每增大20mm，用水量增加5kg/m3 掺加外加剂时，依公式确定2.配合比设计步骤配合比设计步骤0,(1)ww adadmm第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院（4）选用砂率）选用砂率 000100%SSSGmmm 坍落度在1060mm，根据集料品种及集料品种及dmax、查表WC2.配合比设计步骤配合比设计步骤 坍落度60mm，每增大20mm，增大1%坍落度10mm，按经验确定S第一部分第一部分 普通

11、混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院（5）计算单位水泥用量）计算单位水泥用量00wcmmW C按耐久性校核按耐久性校核 min00ccmm取用取用 取用取用 min0cmmin00ccmm0cm2.配合比设计步骤配合比设计步骤第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 体积法：00000000.011100%gcswcgswsssgmmmmammm（6）计算粗、细集料单位用量）

12、计算粗、细集料单位用量 已知已知 密度法0000000100%cpcgswsssgmmmmmmmmVVVVVV石水泥砂水混凝土空隙cpm先假定混凝土的表观密度0wm0cms2.配合比设计步骤配合比设计步骤第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 方法比较:质量法 简单，无须各种组成材料密度数据 若积累了当地常用材料所组成的混凝 土湿表观密度，结果亦准确 体积法 结果较为准确p通过上述通过上述6 6步，提出初步配合比步，提出初步配合比 0000:cwsgmmmm（6）计算粗、细

13、集料单位用量）计算粗、细集料单位用量2.配合比设计步骤配合比设计步骤第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院初步配合比借助于 计算得到，还需检验 试拌：采用工程用原材料、相同的搅拌方法 以初步配合比为依据、除集料水分 工作性校核：3.试验室配合比试配、调整与确定试验室配合比试配、调整与确定（1）基准配合比）基准配合比经验公式经验表格经验参数坍落度维勃值不满足要求时，需调整或粘聚性和保水性能不好第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highw

14、ay,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院调整方法：保持W/C不变，同时增（减）水泥或用水量，即增（减）砂浆(即调整集浆比）调整砂率，若粘聚性和保水性能不好，增大砂率，反之减小。p通过上述步骤，提出基准配合比通过上述步骤，提出基准配合比:cawasagammmm3.试验室配合比试配、调整与确定试验室配合比试配、调整与确定（1）基准配合比）基准配合比第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 强度试验检验强度试验检验 0.49 0.54 0.59

15、 W/Ccuwacamfm,0cuf0.56 I 基准配合比的基准配合比的mwa/mca 附近选附近选35组组W/C II 标养标养28d，测抗压强度，测抗压强度 III 绘图，分析，即对应配置强度绘图，分析，即对应配置强度 的的W/C=0.56=wacamm3.试验室配合比试配、调整与确定试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比）设计配合比第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计可将砂率酌情增加或减少1%采用基准的单位用水量。School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 确定用水量确定用水量取基准配合比用水量 ,

16、强度检验时测定坍落度/VB值，与要求值相差超过允许偏差时，需调整用水量wamwbm3.试验室配合比试配、调整与确定试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比）设计配合比第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 单位水泥用量（根据强度单位水泥用量（根据强度-水灰比关系曲线得到水灰比关系曲线得到满足试配强度要求的水灰比计算）满足试配强度要求的水灰比计算）砂、石用量砂、石用量 体积法、密度法 再根据实测拌合物的湿表观密度修正配比再根据实测拌合物的湿表观密度修正配比,c ccbwb

17、sbgbmmmm,11c tc c湿表观密度校正系数3.试验室配合比试配、调整与确定试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比）设计配合比第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院p当 ，设计配合比 p当 ，则,2%c tc cc c:cbwbsbgbmmmm:cwsgmmmm,2%c tc cc ccbcbwbwbsbsbgbgbmmmmmmmm:cbwbsbgbmmmm:cwsgmmmm3.试验室配合比试配、调整与确定试验室配合比试配、调整与确定（2）设计配合比）设计配合

18、比第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 现场露天放置，砂石含水量处于变化之中，而现场露天放置，砂石含水量处于变化之中，而 实验室配比计算与调整以干燥状态为基础实验室配比计算与调整以干燥状态为基础 需进行含水量校核需进行含水量校核p实测工地砂、石子的含水率，提出施工配比实测工地砂、石子的含水率，提出施工配比:cwsgmmmm4.施工配合比施工配合比第一部分第一部分 普通混凝土组成设计普通混凝土组成设计School of Highway,Changan University

19、长安大学公路学院长安大学公路学院p道路混凝土主要指路面混凝土，是指满足混凝土路面摊铺工作性（和易性）、弯拉强度、耐久性与经济性要求的水泥混凝土材料。p道路水泥混凝土可分为：普通道路混凝土（也称素混凝土）钢筋混凝土预应力混凝土钢纤维混凝土碾压混凝土等。第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院1.和易性和易性滑模摊铺前拌合物最佳工作性及允许范围滑模摊铺前拌合物最佳工作性及允许范围 一、道路混凝土的技术性能一、道路混凝土的技术性能第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设

20、计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具摊铺的路面轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具摊铺的路面混凝土坍落度及最大单位用水量混凝土坍落度及最大单位用水量1.和易性和易性一、道路混凝土的技术性能一、道路混凝土的技术性能第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 道路混凝土设计弯拉强度应符合道路混凝土设计弯拉强度应符合规定规定2.强度强度一、道路混凝土的技术性能一、道路混凝土的技术性能

21、为提高抗冻性，路面混凝土中的含气量范围为提高抗冻性，路面混凝土中的含气量范围3.耐久性耐久性第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 最大水灰比或水胶比最大水灰比或水胶比、最小水泥用量应符合最小水泥用量应符合规定规定一、道路混凝土的技术性能一、道路混凝土的技术性能3.耐久性耐久性第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院1.配制弯拉强度配制弯拉强度二、二、道路

22、混凝土组成设计道路混凝土组成设计cf1 1.04cmcvfftsC保证率系数取值表 抗弯拉强度变异系数取值表 第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院按混凝土弯拉强度计算水灰比按混凝土弯拉强度计算水灰比 1.5684/1.00970.3595csW Cff1.2618/1.54920.4709csW Cff碎石（或破碎卵石混凝土）：卵石混凝土：2.水灰比水灰比W/C的计算、校核及确定的计算、校核及确定 掺加粉煤灰等时，应计入超量取代法中代替水泥的那一部分粉煤灰用量F，代替砂的

23、超量部分不计入，然后用水胶比W/(C+F)代替水灰比W/C。二、二、道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计耐久性校核，按道路等级、使用环境查表耐久性校核，按道路等级、使用环境查表3-4-2-3.设计水灰比：满足弯拉强度和耐久性要求的水灰比设计水灰比：满足弯拉强度和耐久性要求的水灰比中的最小值中的最小值第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院3.选取砂率选取砂率 适用条件适用条件：W/C=0.350.48，使用外加剂，级配良好，卵石dmax=19.0mm，碎石dmax=31.5m

24、m，碎卵石内插取值二、二、道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计 根据根据 查表查表 3-4-4-3.细度模数集料种类（碎石、卵石）第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院不掺外加剂和掺合料时，单位用水量计算不掺外加剂和掺合料时，单位用水量计算 碎石：卵石：0104.970.30911.27(/)0.61swmSLC W086.890.37011.24(/)1.00swmSLC W二、二、道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计4.单位用水量单位用水量掺外加剂的混凝土单位用水量计算

25、掺外加剂的混凝土单位用水量计算 0,(1)ww adadmm外加剂减水率第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院计算值查表值：根据道路等级和环境条件，查表得到满足耐久性的最小水泥用量p单位水泥用量：两者中的最大值单位水泥用量：两者中的最大值00(/)cwmmC W5.单位水泥用量单位水泥用量二、二、道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院

26、长安大学公路学院可按质量法或体积法计算质量法：混凝土的单位质量可取 2400kg/m32450 kg/m3体积法：应计入设计含气量。采用超量取代法掺用粉煤灰时，超量部分应取代等体积的砂，并折减用砂量。6.砂、石用量砂、石用量二、二、道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院道路混凝土掺用粉煤灰时，其配合比应按照超量取代法进行。代替水泥的粉煤灰掺量：型硅酸盐水泥30%；型硅酸盐水泥25%；道路水泥20%；普通水泥15%；矿渣水泥不得掺粉煤灰7.

27、单位粉煤灰用量单位粉煤灰用量二、二、道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 系统论的应用水泥水强联系水泥净浆细集料较强联系水泥砂浆粗集料较弱联系道路混凝土空气垂直结构平行结构无显著界面界面结合紧密界面较薄弱主系统从系统子系统三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院

28、道路混凝土系统的组成与工作环境三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 一级气候分区 三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 二级气候分区 三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成

29、设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 分层次与分阶段设计新理念 道路混凝土结构的形成和劣化阶段 结构的形成阶段性能的获得阶段结构的劣化阶段摊铺完成开始通车搅拌开始施工过程养护过程路面破坏全寿命期起点全寿命期终点使用过程 中后期凝结期劣化期终凝期28d0d5年10年运营早期3个月流动性 丧失强度完全形成耐久性完 全形成结构性能丧失水泥水化开始混凝土路面龄期运营期硬化密实期使用过程早期三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highwa

30、y,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 设计过程1.配置弯拉强度 以规定数量试样的28d配置抗弯拉强度和模制劈裂抗拉强度进行设计。式中：fr、fmsp配置抗弯拉强度、配置模制劈裂抗拉强度（MPa）；frk、fmspk抗弯拉强度标准值、模制劈裂抗拉强度标准值（MPa）；t与保证率有关的常数；Cv施工变异系数。注：模制劈裂抗拉强度指采用那个圆柱形试模成型混凝土试件，之后对试件进行劈裂抗拉强度试验所得到的强度值。三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果vrkrtCff1vmspkmsptCff1第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计

31、School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院 设计过程2.水灰比W/C的计算、校核及确定（1）按照混凝土弯拉强度计算水灰比式中：frc水泥抗折强度（MPa）D粗集料公称最大粒径（mm）Vm 砂浆体积分量。注：根据模制劈裂抗拉强度计算水灰比的公式省略。（2）按耐久性校核确定水灰比限定了最大水灰比。三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计533.1/861.0529.0098.0262.0CWVDffmrcrSchool of Highway,Changan Univ

32、ersity 长安大学公路学院长安大学公路学院 设计过程3.选取砂浆体积分量Vm 砂浆体积分量：道路混凝土的体积组成中，由水泥、矿物外掺料、细集料、空气、水所组成的水泥砂浆占混凝土总体积的比例（以分数计）。根据气候分区以表格的形式推荐了砂浆体积分量。4.单位用水量的确定 根据耐久性、施工的和易性的要求查表确定单位用水量。5.单位水泥用量的确定 根据单位用水量和水灰比可以计算确定单位水泥用量，同时可以校核是否满足耐久性的要求。三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计School of Highway,Changan University 长安大学公路学院长安大学公路学院设计过程6.确定设计含气量根据分区以表格的形式推荐了设计含气量。7.确定砂浆体积分量 Vm 这一步是室内试验调整。按照原来选取的Vm以及加减0.015，试拌混凝土，测试塌落度和含气量的大小，并观察粘聚性和保水性的优劣，确定砂浆体积分量、引气剂掺量和减水剂掺量。三、三、道路混凝土组成设计新成果道路混凝土组成设计新成果第二部分第二部分 道路混凝土组成设计道路混凝土组成设计