第五章 混凝土配合比设计计算

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1、第五章混凝土配合比设计计算第一节普通混凝土配合比设计原理混凝土配合比设计，要根据材料的技术性能，工程要求，结构形式和施工条件等，确定 混凝土各组分的配合比例。一、配合比设计要求要达到的目的1. 确保混凝土拌合物具有良好的和易性。2. 保证混凝土能达到结构设计和施工进度所要求的强度。3. 确保混凝土具有足够的耐久性，即在长期使用中能达到抗冻、抗渗、抗腐蚀方面的要求。4. 在保证混凝土质量的前提下，尽可能节省水泥，以取得良好的技术经济效果。二、普通混凝土配合比设计的方法和步骤1. 确定混凝土的试配强度混凝土试配强度可按混凝土强度检验评定标准(GBJ 107-87)的要求，查表5-1确定。表5-1混

2、凝土配制强度(MPa)强度标准差强度等级2. 02.53.04.05.06.0C7.510.811.612.414.115.717.4C1013.314.114.916.618.219.9C1518.319.119.921.623.224.9C2024.124.124.926.628.229.9C2529.129.129.931.633.234.9C3034.934.934.936.638.239.9C3539.939.939.941.643.244.9C4044.944.944.946.648.249.9C4549.949.949.951.653.254.9C5054.954.954.956

3、.658.259.9C5559.959.959.961.663.264.9C6064.964.964.966.668.269.9混凝土配制强度也可按混凝土配制强度公式计算确定。混凝土配制强度公式： =fcu+1.645。式中：一混凝土配制强度(MPa)； f ,-混凝土设计强度等级(MPa)；。一混凝土强度标cu准差(MPa)，见表5-2。表5-2混凝土生产质量水平优良一般差低于C20不低于C20低于C20不低于C20低于C20不低于C20混凝土强度标准差a (MPa)预拌混凝土厂和预拌混凝土构 件厂3.03.54.04.05.0集中搅拌混凝土的施工现场3.54.05.04.55.5强度不彳氐

4、于要求强度等级的百分率P (%)预拌混凝土厂和预制混凝土构 件厂及集中搅拌混凝土的施工 现场39585852, 计算水灰比当采用碎石或卵石时，可按下面两个公式计算水灰比.采用碎石时：=0.46 fce(W/C-0.07)W/C=0.46 fce/(+1.032 fce)采用卵石时：=0.48 fce(W/C-0.33)W/C=0.48 fce/(+1.158 fce)式中-混凝土试配强度(MPa);f -水泥实测强度(MPa),可按f =1.13f 带入，f 为水泥cececekcek的标准抗压强度值(MPa)； C/W-水灰比。计算所得的水灰比值不得超过钢筋混凝土工程施工及验收规范中的最大水

5、灰比值，以确 保混凝土的耐久性要求。如果计算水灰比值超过表中规定值，应按表中规定的最大水灰比值 选取。3,确定用水量(Mw)设计混凝土配合比时，应该力求采用最小单位用水量。按骨料品种、规格、施工要求的坍落 度等，并根据本地区或本单位的经验数据选用。用水量(mw)也可参考表5-3，表5-4选用。表5-3塑性混凝土的用水量(Kg/m3)拌合物稠度卵石最大粒径(mm)卵石最大粒径(mm)项目指标102031.540162031.540坍落度10-3019017015015020018517516535-5020018016016021019518517555-70210190170170220205

6、19518575-90215195175175230215205195表5-4干硬性混凝土的用水量拌合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16-2017516014518017015511-151801651501851751605-101851701551901801654,计算水泥的用量(mc)根据已定的用水量，水灰比计算出水泥的用量。计算所得水泥用量不得低于表5-3规定的最 小水泥用量，以确保耐久性要求。当计算所得水泥用水量低于表中规定值时，应按表中最小 水泥用量选取.5，选取砂率(Sp)一般可据本单位所用材料的使用经验选用合理的砂率值。

7、若没有经验，可按骨料品种，规定 及混凝土的水灰比，按表5-5选用。也可以通过实验来确定最佳砂率，或按公式计算砂率。表5-5混凝土砂率()水灰 比 (W/C)卵石最大粒径 (mm)碎石最大粒径 (mm)1020401620400.4026-3225-3124-3030-3529-3427-320.5030-3529-3428-3322-3832-3730-351.6033-3832-3731-3636-4135-4033-380.7036-4135-4034-3939-4438-4336-41计算砂率的基本原理:用砂子来填充石子的空隙，并捎有富余，经推导得出计算公式如下：Sp= ms /( ms

8、+mG 户 pos气 Xs /(Pos xpg+Pos )式中sp-砂率()，ms，mG-每M3混凝土中砂，石的用量(kg)； pos，pOG-砂，石堆积密度 (kg/m3)，Pg-石子的空隙率()，pG-石子的视密度(kg/m3)。气-砂浆剩余系数.一般%在1.1-1.4之间，机械振捣时气=1.1-1.2;人工捣时气=1.2-1.4。视密 度与表现密度是同一个概念。砂、石的真密度与其表表密度值接近，为简化测定方法，常用 视密度代替真密度。这在以后的计算中会碰到。6, 计算砂、石用量计算砂石用量有两种方法:一种是体积法，另一种是质量法。在已知混凝土用水量、水泥用 量砂率的情况下，采用其中任何一

9、种方法都可以求出砂石用量。(1) 体积法，又称绝对体积法。这种方法是假设混凝土的体积等于各种组成材料绝对体积之 总和。关系式如下，并解方程组：mG /Pc + ms /Ps + mG /PG + mW /PW =1000ms /( ms + mG )式中mC，ms，mG，mW-分别表示每立方米混凝土中水泥、砂、石的用量(kg/m3)； pG， PW-分别为水泥和水的密度(g/cm3)，计算时密度单位g/cm3换成kg/L； ps，pG-分别为砂.石 的视密度(g/cm3)，计算时密度单位g/cm3换成kg/L； a-混凝土含气量的百分数，在不使用引 气型外加剂时a取1； 1000-指1 m3混

10、凝土的体积换成1000L； Sp-砂率()。(2) 质量法，又称重量法。它是假定一个混凝土拌合物湿表观密度值，再根据各材料之间质 量关系，计算各材料用量。混凝土的计算湿表观密度pOh.可根据本单位累计的的实验资料确定一般取 2350kg/m3-2450kg/m3.在无资料时可按表5-6选用。表5-6混凝土计算湿表观密度混凝土强度 等级WC15C15-C30C30计算湿表观 密度235024002450按下列两个关系式求出每m3混凝土中砂，石总用量及砂、石的各自用量：ms+ mG +mc+ mw =POhms /( ms + mG )砂、石用量按下式计算:mG+ms=poh-mG-mwmS= S

11、p(mS+ mG)m = (m + m )-m式中：pOh-混凝土拌合物计算湿表观密度；其他符号同体积法。7. 初步配合比经过上述计算，取得每立方米混凝土材料用量mG，ms mG, mw.并可求出以水泥用量为1的 其他材料的比值，即为初步配合比：1: mS / mC :mG / mC: mW / mC8. 试配与调整(1)试配。以上述求出的初步配合比的各材料的用量，是借助于经验公式和图表算出或查 得的，能否达到设计要求，还要通过实际试配及调整来完成。混凝土试配用的拌合物数量， 要根据骨料的最大粒径，混凝土的实验项目及搅拌机的容量等因素确定，试配用的拌合物数 量可参考表5-7确定。表5-7混凝土

12、试配用拌合物数量骨料最大粒径(mm)拌合物数量(L)骨料最大粒径(mm)拌合物数量(L)31. 5 以 下154025(2)和易性调整。按计算称取各材料进行试拌，搅拌均匀，测定坍落度；并观察粘聚性和 饱水性.如经试配的混凝土，坍落度不符合要求时，需要如下调整。当坍落度比设计要求值大或小时，相应地减少或增加水泥用量，对于混凝土每增减10mm坍 落度，需减少或增加2%-5%的水泥浆，当坍落度比要求值大时，除上述方法外，还要以保 持砂率不便的情况下，增加骨料用量，当坍落度比要求值大，且拌合物粘聚性，保水性差时， 可减少水泥浆，增加砂率(保持砂石总量不变，增加砂子用量，相应减少石子用量)，这样重 复测

13、试，直到符合要求为止.而后测出混凝土拌合物实测湿表观密度，并计算出1m3混凝土 拌合物中水泥、砂、石水的实际用量，然后提出和易性已满足要求的供检验混凝土强度用的 基准配合比。当测得坍落度值符合设计要求，且粘聚性、保水性良好时，则不需要做调整， 只需测出拌合物实测湿表观密度。此配合比可直接作为供检验强度的基准配合比：MC: ms，: msG =1： ms 7 m J: mG 7 mCm、l mC ,=W/C(3) 强度复核。混凝土配合比除和易性应满足要求时，还应进行强度复核。为了满足混凝土 强度等级及耐久性要求，应进行水灰比调整。复核检验混凝土强度时，至少应采用3个不同 水灰比的配合比，其中1个

14、为基准配合比，另2个配合比是在基准配合比的基础上，增加减 少水灰比0.5,其用水量应与基准配合比相同，经实验，调整后的拌合物均应满足和易性要 求，并测出各自的湿表观密度，以供最后修正材料用量。将个不同配合比的混凝土拌合物分别成型作成标准块，每种配合比应至少制作1组(3块)试 块，标准养护28天，测其立方体抗压强度值并用作图法把不同水灰比值的立方体强度标在 以纵轴为强度，横轴为水灰比的坐标上，就可的到强度-水灰比线性关系图。由该直线上可 求出与相对应的水灰比值，取出倒数，即为所需设计的水灰比值。9. 确定最终理论配合比设计值按强度和湿表观密度检验结果再修正配合比，即可得出最终的理论配合比设计值。

15、(1) 按强度检验结果修正配合比如下：1)用水量(mw)-取基准配合比中的用水量值，并根 据制作强度试块时测的的坍落度值加以适当调整。2)水泥用量(mc)-取用水量乘以强度-水 灰比关系直线上定出的达到试配强度 七所必须的水灰比值。3)砂，石用量(ms及mG)- 取基准配合比中的砂，石用量，并按定出的水灰比作适当调整。(2) .按混凝土配合比中每项材料用量均乘以修正系数K，即得到最终确定的理论配合比设计 值：K=Poh /( ms + mc+ mG+ mw )= P，Oh /POh式中：K-湿表观密度修正系数；pOh -混凝土拌合物实测湿表观密度；POh-混凝土拌合物计 算湿表观密度。将混凝土

16、配合比中每项材料用量均乘以修正系数K，即得到最终确定的理论 配合比设计值：m : m : m =1: m / m : m / m m m =W/Cc s GS C G CW/ C10. 施工配合比的换算由于进行配合比设计时，假设砂，石骨料是干燥状态，不含任何水分的，但是在施工现场， 砂，石料是露天堆放，因此砂、石含水率对混凝土的理论配合比设计值进行调整，经过调整 后的配合比为施工配合比。若施工现场实测砂子含水率a，石子的含水率为b%，混凝土理 论配合比为mC : mS : mG : mW，施工配合比为mC : mS: mG : mW，则施工配合比换算方 法如下:mC=mmS = mS +( m

17、S *a%)= mS &(1+a%) mG = mG +( mG *b%)= mG *(1+b%) mW = m w - mS - mS *a%- mG *b%第二节混凝土配合比设计实例高性能混凝土的配合比设计与普通混凝土的配合比设计不同。由于对高性能混凝土材料性能 的新的要求，加新拌混凝土的流变性(高流动世、可泵性、保塑性及低放热性等)，硬化混凝 土的高强度、高耐久性、高尺寸稳定性及高韧性等，使得配制高性能混凝土的原树料组分变 得十分复杂，仅超细矿粉及外加剂就达几十种之多。对普通混凝土而言，其历史要比高性能 混凝土历史长得多.但到日前为止。几乎每个国家都有自己的普通混凝土配合比设计方法， 也

18、就是说，到日前为卜.还没有一种公认最好的普通混凝土配合比设计方法被大多数国家共 同承认并采用。因此，作者认为要想给出统一的被大家共同承认并采用的高性能混凝土 配合比设计方法，还有很长的路要走。目前国际上提出的高强、高性能混凝土的设计方法主要有以下几种。1)美国混凝土协会(ACl)的方法;2)法国国家路桥试验室(LCPC)的方法；3)P. L. Mehta和P. C. Aitcin的方法。以下是一个高强混凝土配合比设计的实 例：设计强度为C60，坍落度为180mmm的高强混凝土配合比。已知搅拌站生产水泥的强度标 准差是a=5.0MPa所用硅酸盐水泥强度等级为52.5MPa，其实测强度为57.5M

19、Pa;砂的密度 为2.65x103 kg/m3，质量合格;碎石为5-20mm的连续级配的石灰岩，密度为2.7x103kg/m3， 质量合格;掺合料为清华大学提供;减水剂为NF;水为自来水。设计步骤如下：配制强度：fcu，0 =60+5x1.645=68.225 MPa(2) 水灰比：W/C=0.46x57.5/(68.225+0.0322x57.5)=0.38(3) 每m3混凝土用水量初步用水量，mw0 =215kg掺NF1减水剂，经实验掺量为水泥的1.4%时，可减水18%,按此比例，实际用水量:mwa =215x(1-0.18)=176kg每m3混凝土水泥用量:mco =176/0.38=463kg按题意，每立方米混凝土掺掺合料50kg，则胶凝材料总用量为：mca =463+50=513kg(5) 每m3混凝土减水剂用量ma =5138x1.4%=7.2kg(6) .砂率通过实验，取37%.,每m3混凝土骨料用量，按重量法计算，设mcp =2450kg.则，msa + ms =2450-176-463-50=1759kg则 msa=0.37x1759=651Kgms =1759-651=1108kg(8). 初步配合比水:水泥：掺合料:砂:碎石:NF=176:463:50:651:1108:7.2。习题：试计算设计强度为C50的混凝土配合比。