普通混凝土配合比设计

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1、第三章 水泥混凝土和砂浆 内容概述： 本章阐述了普通水泥混凝土的组成材料、技术性质、配 合比设计和质量控制方法。同时，对其他功能混凝土也作了 简要介绍。 学习目标： 1、掌握普通水泥混凝土的主要技术性质及其影响因素， 现行配合比组成设计方法和质量评定。 2、了解其他混凝土的特点。 第一节 普通水泥混凝土 三、普通水泥混凝土配合比设计 混凝土的配合比是指混凝土中各组成材料 的质量比例 。确定配合比的工作，称为配 合比设计。配合比设计优劣与混凝土性能 有着密切的关系。 第一节 普通水泥混凝土 （一）混凝土配合比设计的基本资料 1）混凝土设计强度等级； 2）工程特征； 3）耐久性要求； 4）水泥强度

2、等级和品种； 5）砂、石的种类，石子最大粒径、密度等 6）施工方法。 第一节 普通水泥混凝土 （二）混凝土配合比表示方法 （ 1） 单位用量表示法 以每 1m3混凝土中各种材料的用量表示 （例如 水泥：水：细集料：粗集料 330kg 150kg 726kg 1364kg）。 （ 2） 相对用量表示法 以水泥的质量为 1，并按“水泥：细集料：粗 集料；水灰比”的顺序排列表示 （例如 1 2.14 3.81:W/C=0.45）。 第一节 普通水泥混凝土 （三）基本要求 1、满足结构物设计强度的要求。 2、满足施工工作性的要求。 3、满足环境耐久性的要求。 4、满足经济性的要求。 第一节 普通水泥混

3、凝土 （四）混凝土配合比设计的三个参数 由水泥、水、粗集料、细集料组成的普通 水泥混凝土配合比设计，实际上就是确定 水泥、水、砂和石这四种基本组成材料的 用量。其中有三个重要参数： 水灰比、砂 率和单位用水量 。 第一节 普通水泥混凝土 1、 水灰比： 水与水泥组成水泥浆体，在混凝 土配合比设计中起着决定性作用。水泥浆 体的性能，在水与水泥性质一定的条件下， 决定于水与水泥的比例，这一比例就称为 “水灰比” 。 2、 砂率： 砂率是砂的用量占砂石总质量的百 分率 ，它影响着混凝土的粘聚性和保水性。 3、 单位用水量： 指 1m3混凝土拌和物中水的 用量（ kg/ m3） 。单位用水量反映了水泥

4、 浆与集料之间的比例关系。 第一节 普通水泥混凝土 （五）混凝土配合比设计的步骤 初步配合比设计 材料全干状态 实验室配合比设计 材料全干状态 施工配合比 材料自然状态 第一节 普通水泥混凝土 1、 初步配合比的计算 （ 1） 确定混凝土配制强度 首先应根据设计要求的混凝土强度等级和施工 单位质量管理水平，再按 JG J55 2000 普通 水泥混凝土配合比设计规程 的规定，按下式计 算。 645.1,0, kcucu ff 第一节 普通水泥混凝土 混凝土强度标准差可根据近期同类混凝土强度资 料求得，当无历史统计资料时，强度标准值可根 据强度等级按表 3 14规定取用。 表 3 14 强度标准

5、差值 强度等级 C20 C20C35 C35 标准差 /MPa 4.0 5.0 6.0 第一节 普通水泥混凝土 （ 2） 初步确定水灰比 当混凝土强度等级小于 C60时，混凝土水灰比按 下式计算。 式中 回归系数 水泥 28d抗压强度实测值（ MPa） ， 当无水泥 28d抗压强度实测值时，按下式确定 cebacu cea ff f C W 0, ba , cef 第一节 普通水泥混凝土 gcecce ff , gcef , c 式中 水泥强度等级值（ MPa） 水泥强度等级值富余系数，按实际 统计资料确定。 第一节 普通水泥混凝土 （ 3） 确定单位用水量 1）干硬性、塑性混凝土用水量的确定

6、 水灰比在 0.40 0.80范围时，根据粗集料 的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物 稠度，其用水量可按表 3 5、表 3 6选取。 水灰比小于 0.40的混凝土以及用特殊成型 工艺的混凝土用水量通过试验确定。 第一节 普通水泥混凝土 表 3 5 干硬性混凝土的用水量 拌和物稠度 卵石最大粒径 /mm 碎石最大粒径 /mm 项目 指标 10 20 40 16 20 40 维勃稠度 /s 16 20 175 160 145 180 170 155 11 15 180 165 150 185 175 160 5 10 185 170 155 190 180 165 表 3 6 塑性混凝土的用水量

7、 拌和物稠度 卵石最大粒径 /mm 碎石最大粒径 /mm 项目 指标 10 20 31.5 40 16 20 31.5 40 坍落度 （ mm） 10 30 190 170 160 150 200 185 175 165 35 50 200 180 170 160 210 195 185 175 55 70 210 190 180 170 220 205 195 185 75 90 215 195 185 175 230 215 205 195 第一节 普通水泥混凝土 2）流动性和大流动性混凝土用水量的确定 以表 3 5、表 3 6中坍落度为 90mm的用水量为 基础，按坍落度每增大 20mm

8、用水量增加 5kg计算 为掺外加剂时的混凝土用水量；掺外加剂时的混 凝土用水量可按下式计算。 )1(0 wws mm 0w ws m m 掺外加剂混凝土每立方米的砼用水量（ kg） 为掺外加剂混凝土每立方米的砼用水量（ kg） 外加剂的减水率（） 第一节 普通水泥混凝土 （ 4） 计算单位水泥用量 1）按配制强度要求计算单位水泥用量 2)按砼耐久性要求校核单位水泥用量。 W Cmm wc 00 第一节 普通水泥混凝土 （ 5） 砂率的选定 当无历史资料可参考时，砼砂率的确定应符合下 列规定。 1）坍落度为 10mm 60mm的砼砂率，可根据粗集 料品种、粒径及水灰比按表 3 7选取 。 2）坍

9、落度 60mm的砼砂率 ,可经试验确定 ,也可在 表 3 7的基础上，按坍落度每增大 20mm，砂率 增大 1%的幅度予以调整。 3）坍落度 10mm的砼，其砂率应经试验确定。 第一节 普通水泥混凝土 表 3 7 混凝土的砂率（） 水灰比 W/C 卵石最大粒径 /mm 碎石追到粒径 /mm 10 20 40 16 20 40 0.40 2632 2531 2430 3035 2934 2732 0.50 3035 2934 2833 3338 3237 3035 0.60 3338 3237 3136 3641 3540 3338 0.70 3641 3540 3439 3944 3843 3

10、641 注： 1.本表数值系中砂的选用砂率 ,其细砂或粗砂 ,可相应地减少可增大砂率； 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.本表中砂率系指砂与集料总量和重量比。 第一节 普通水泥混凝土 （ 6） 计算粗 、 细集料单位用量 1）质量法 假定密度法 假定混凝土拌和物的表观密度为一固定值，混凝土拌和 物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度 。在砂率值为 已知的条件下，粗、细集料的单位用量可用下式计算得： %1 0 0 00 0 0000 sg s s cpwsgc mm m mmmm 第一节 普通水泥混凝土 式中 每立方米砼中的水泥、粗

11、集 料、细集料和水的用量（ kg/m3) 砼的砂率（） 每立方米砼拌和物的湿表观密度（ kg/m3),其 值可根据施工单位积累的试验资料确定。当缺乏资料时，可 根据集料粒径以及砼强度等级，在 2350 2450kg范围内（可 参考表 3 8）选定。 0000 , wsgc mmmm s cp 砼强度等级 /MPa C7.5C15 C20C30 C40 假定湿表观密度 /(kg/m3) 23002350 23502400 2450 表 3 8 混凝土拌和物的湿表观密度参考值 第一节 普通水泥混凝土 %100 101.0 00 0 0000 sg s s w w s s g g c c mm m

12、mmmm 2）体积法 绝对体积法 假定混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积法和 混凝土拌和物中所含空气之和。 在砂率值为已知的条件下， 粗、细集料的单位用量可用下式计算得： 式中 水泥密度（ kg/m3），可取 2900 3100kg/m3； 水的密度（ kg/m3），可取 1000kg/m3； wc 第一节 普通水泥混凝土 粗细集料的表观密度（ kg/m3) 砼的含气量百分数，在不使用引气剂时取 1 gs, 通过以上六个步骤计算，可将水泥、水、粗集料、细集 料的用量全部求出，得到初步配合比，而以上各项计算多数 利用经验公式或经验资料获得，因此配合比所制得的混凝土 不一定符合实际要求，所以

13、应对配合比进行试配、调整和确 定。 第一节 普通水泥混凝土 2、 试拌调整提出基准配合比 实验室配合比 1）材料的要求 试配砼所用各种原材料，要与实际工程使用的材料相同， 粗、细集料的称量均以 干燥状态 为基准。如不是干燥的集料 配制，称料时应在用水量中扣除集料中的水，集料也应增加。 2）搅拌方法和拌和物数量 砼的搅拌方法，应尽量与生产时使用方法相同 。试拌时， 每盘砼数量一般应不少于表 3 9中的建议值。如需要进行抗 弯拉强度试验，则应根据实际需要计算拌和用量。 采用机械 搅拌时，拌和量不应小于搅拌机额定搅拌量的 1/4。 （ 1） 试配 第一节 普通水泥混凝土 表 3 9 混凝土试配的最小

14、搅拌量 集料最大粒径 /mm 拌和物数量 /L 31.5以下 15 40 25 第一节 普通水泥混凝土 （ 2） 校核工作性、调整配合比 按初步配合比计算出试配所需的材料用量，配制砼拌和物。 首先通过试验测定砼的坍落度，同时观察拌和物粘聚性和 保水性。当不符合要求时，应进行调整。经反复调整后得 到的配合比 就称为 基准配合比 。 调整的原则：若流动性太大，可在砂率不变的条件下，适 当增加砂、石用量；若流动性太小，应在保持水灰比不变 的情况下，适当增加水和水泥；若黏聚性和保水性不良时， 实质上是混凝土拌合物中砂浆不足或砂浆过多，可适当增 大砂率或降低砂率。 gasawaca mmmm 、 第一节

15、 普通水泥混凝土 3、 检验强度，确定试验室配合比 （ 1） 制作试件、检验强度 强度试验时至少采用三个不同的配合比，其中一 个是基准配合比，另两组的水灰比则分别增加和 减少 0.05，用水量与基准配合比相同，砂率可分 别减少 1%和增加 1%。 第一节 普通水泥混凝土 （ 2） 根据检验强度后确定的水灰比和砂率，重新 计算砼的配合比 （ 3） 根据实测拌和物湿表观密度修正配合比 由强度复核之后的配合比，还应根据实测的砼 拌和物的表观密度作校正，以确定 1m3砼中各 种材料的用量， 由此得到的配合比 ，称为 试验 室配合比 gbsbwbcb mmmm : 第一节 普通水泥混凝土 校正系数的确定

16、步骤如下： 1）计算砼拌和物的计算表观密度，按下式计算 2）计算砼密度校正系数 式中 砼表观密度计算值（ kg/m3）； 砼表观密度实测值（ kg/m3）。 sbgbwbcbcc mmmm , cctc , / cc, tc, 第一节 普通水泥混凝土 3） 当 砼 表观密度计算值与实测值之差的绝对值不 超过计算 2%时，按以上原则确定的配合比即为确 定的设计配合比；当两者之差超过 2%时，应将配 合比中每项材料用量乘以校正系数 ，即为确定 的设计配合比 。 wbwb gbgb sbsb cbcb mm mm mm mm 第一节 普通水泥混凝土 4、 施工配合比 试验室最后确定的配合比，是按绝干

17、状态集料计 算的，而施工现场的砂、石材料为露天堆放，都 含有一定的水分。因此，施工现场应根据现场砂、 石实际含水率变化，将试验定配合比换算为 施工 配合比 gswc mmmm : 第一节 普通水泥混凝土 设施工现场实测砂 、 石含水率分别为 a ， b ， 施工配制 1m3砼各种材料用量为： %)%( %)1( %)1( bmammm bmm amm mm gbsbwbw gbg sbs cbc 第一节 普通水泥混凝土 实例 ：普通水泥混凝土配合比设计 原始资料 ： 1）已知砼设计强度等级为 C30，强度标准差为 3.0MPa，要求 由机械拌和、振捣，施工要求砼拌和物坍落度为 35 50mm。

18、 桥梁所在地属寒冷地区。 题目 ：试设计钢筋混凝土桥台配合比 2）组成材料为可供应强度等级 32.5MPa普通硅酸盐水泥；实 测 28d抗压强度为 36.8MPa，密度为 3.1 1000kg/m3；中砂 ,表 观密度为 2.65 1000kg/m3，施工现场砂含水率为 2；粒径 为 5 37.5mm碎石，表观密度为 2.70 103kg/m3，施工现场碎 石含水率为 1；水为自来水。 第一节 普通水泥混凝土 设计要求 ： 1）按所给资料计算出初步配合比。 2）按初步配合比在试验室进行试样，调整得出试验室配合比。 2）根据现场砂、石实际含水率，将试验室配合比换算为施工 配合比。 设计步骤 ：

19、1、确定砼配制强度 。 0,cuf 按题意已知：设计要求砼强度为 30MPa，标准差为 3.0MPa。 则砼配制强度为： MP aMP aff kcucu 9.34)36 4 5.130(6 4 5.1,0, 第一节 普通水泥混凝土 C W2、计算水灰比 (1)按强度要求计算水灰比 已知砼配制强度为 34.9MPa，水泥实际强度为 36.8MPa， 本单位无砼强度回归系数统一资料，查表可得： 0.46、 0.07，则水灰比为 ba 47.08.3607.046.09.34 8.3646.0 0, cebacu cea ff f C W (2)按耐久性校核水灰比 根据砼所处环境属于寒冷地区，允许

20、最大水灰比为 0.50， 按强度计算的水灰比能满足耐久性要求，采用 0.47。 第一节 普通水泥混凝土 0wm 3、选用单位用水量 由题意知，要求砼拌和物坍落度为 30 50mm，碎石最大 粒径为 37.5mm。查表后，选用砼用水量为 175kg/m3。 4、计算单位水泥用量 （ 1）按强度计算单位水泥用量 已知砼单位用水量为 175kg/m3，水灰比为 0.47，砼单位 水泥用量为： 0cm 330 0 /3 7 2/47.0 1 7 5 mkgmkg C W mm w c 第一节 普通水泥混凝土 （ 2）按耐久性校核单位水泥用量 根据砼所处环境属于寒冷地区，查表，最小水泥用量不 得小于 3

21、00kg/m3。按强度计算单位水泥用量符合耐久性要求。 采用单位水泥用量 372kg/m3。 5、选定砂率 按已知集料采用碎石，最大粒径 37.5mm，水灰比 0.47， 查表，选取砂率为 0.32。 s 6、计算砂石用量 （ 1）采用质量法 已知单位水泥用量为 372kg/m3，单位水 用量为 175kg/m3，查表，砼拌和物湿表观密度为 2400kg/m3， 砂率为 0.32，得 第一节 普通水泥混凝土 （ 2）采用体积法 已知水泥密度为 3100kg/m3，砂的表观密 度为 2650kg/m3，碎石表观密度为 2700kg/m3得 32.0 /)1 7 53 7 22 4 0 0( 00

22、 0 3 0000 s gs s wccpgs mm m mkgmmmm 解得 3030 /12 60,/59 3 mkgmmkgm gs 按质量法计算得初步配合比为： 1 2 60:593:175:372: 0000 gswc mmmm s gs s w w c c g g s s mm m mmmm 00 0 0000 101 0 0 0 第一节 普通水泥混凝土 （二）调整工作性、提出基准配合比 1、计算试样材料用量 2、调整工作性 按计算材料用量拌制砼拌和物，测定其坍落度为 25mm， 不满足资料所给的施工和易性要求。为此，保持水灰比不变， 增加 3水泥浆，即水泥浆用量增加至 9.58k

23、g，水用量增至 4.50kg，再经搅拌后测得坍落度为 40mm，粘聚性、保水性均 良好。 按计算初步配合比取样 25L，则各种材料的用量为 。）（水： ；）石子：（ ；）（砂： ；）水泥：（ kgkg kgkg kgkg kgkg 38.4025.0175 7.31025.01 2 6 8 1 4 . 90 . 0 2 5596 9 . 30 . 0 2 5372 第一节 普通水泥混凝土 3、提出基准配合比 可得出基准配合比为： （三）检验确定、测定试验室配合比 1、检验强度 以 0.47为基准，选用 0.42、 0.47和 0.52三个水灰比，基 准用水量不便，相应调整水泥、砂、碎石用量，分

24、别拌制三 组砼试样，其中对水灰比为 0.42和 0.52的两组砼作工作性调 整，满足设计要求。按三个水灰比分别做成试块，实测 28d抗 压强度。与三个水灰比相应的 28d抗压强度结果分别为 45.1MPa、 37.8MPa和 30.1MPa。 1268:596:180:383: 1111 gswc mmmm 做强度 水灰比曲线，可确定配制强度 34.9MPa的砼对应 的水灰比为 0.49。 第一节 普通水泥混凝土 2、砼试验室配合比 （ 1）按强度试验结果计算配合比 1立方米各材料用量为： 水： 175（ 1 3） kg 180kg 水泥： 180kg 0.49 367kg 砂、石用量按体积法

25、计算的砂： 594kg；碎石： 1263kg （ 2）根据实测拌和物湿表观密度修正配合比 计算湿表观密度为 （ 367 180 1263） kg/m3=2404kg/m3 实测湿表观密度为 2478kg/m3 修正系数为 2478/2404=1.03 第一节 普通水泥混凝土 按实测湿表观密度修正各种材料用量。 水： （ 367 1.03)kg 378kg 水泥： (180 1.03)kg 185kg 砂： （ 594 1.03)kg=612kg 因此，试验室配合比为 根据工地实测，砂的含水率为 2，碎石的含水率为 1， 各种材料的用量为： 碎石：（ 1263 1.03)kg=1301kg 13

26、 0 1:612:185:378: 2 2 2 2 gswc mmmm （四）换算工地配合比 第一节 普通水泥混凝土 水： 185-(624 2 1314 1） kg/m3 159kg/m3 水泥： 378kg 砂： 612kg/m3 （ 1 2） =624kg 因此，工地配合比为 碎石： 1301kg/m3(1+1） =1314kg 1 3 14:624:159:378: gswc mmmm 第一节 普通水泥混凝土 作业 :试设计某桥梁钢筋混凝土 T形梁用混凝土配合比组成（使 用以抗压强度为指标的设计方法） 原始资料： 1）已知混凝土设计强度等级为 C30，无强度历史统 计资料，要求混凝土拌合物坍落度为 3050mm。桥梁所属 地区为寒冷地区。 2）组成材料：可供应强度等级为 32.5的硅酸盐水泥，密度 =3.1g/m3，富余系数 1.13,。砂为中砂，表观密度为 =2.65g/m3，工地实测含水率 3%。碎石最大粒径 19mm,表观密 度 =2.70g/m3，工地实测含水率为 1%。 设计要求 ： 1）按题给资料计算出初步配合比 2）按初步配合比在试验室进行试拌，调整得出试验室配合比 3）根据工地实测含水率，计算施工配合比。 c s g