混凝土配合比设计步骤-土木工程材料

2023-09-01 理论教育版权反馈

【摘要】：一个完整的混凝土配合比设计应包括：初步配合比计算、试配和调整等步骤。为使混凝土的强度保证率能满足规定的要求，在设计混凝土配合比时，必须使混凝土的配制强度高于设计强度等级。为了保证混凝土满足所要求的耐久性，水灰比不得大于表4.19所规定的最大水灰比值。水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量，应通过试验确定。

一个完整的混凝土配合比设计应包括：初步配合比计算、试配和调整等步骤。

在进行混凝土配合比设计时，应先明确一些基本资料，如原材料的性质及技术指标，混凝土的各项技术要求，施工方法，施工管理质量水平，混凝土结构特征，混凝土所处的环境条件等.进行配合比设计时，先按原材料性能及对混凝土的技术要求进行初步计算，得出初步配合比；再经实验室试拌调整，得到满足和易性要求的基准配合比；然后经强度复核定出满足设计和施工要求且较经济合理的实验室配合比；最后根据现场砂、石的含水情况对配合比进行修正，得到施工配合比。现场材料的实际称量应按施工配合比进行。

1.初步配合比计算

（1）配制强度的计算

在试验室配制强度能满足设计强度等级的混凝土，应考虑到实际施工条件与实验室条件的差别。在实际施工中，混凝土强度难免有波动。例如，施工中各项原材料的质量能否保持均匀一致，混凝土配合比能否控制准确，拌和、运输、浇灌、振捣及养护等工序是否正确等，这些因素的变化将造成混凝土质量的不稳定。为使混凝土的强度保证率能满足规定的要求，在设计混凝土配合比时，必须使混凝土的配制强度高于设计强度等级。故根据行业标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）的规定：

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式中　fcu，0──混凝土配制强度（MPa）；

fcu，k──混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；

σ──混凝土施工标准差，可按表4.20取值.

（2）初步确定水灰比

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式中　fcu，0──混凝土试配强度（MPa）。

αa，αb──与集料品种、水泥品种有关的回归系数，其数值可通过试验求得，行业标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）提供的αa、αb经验值为：采用碎石时，αa＝0.53，αb＝0.20；采用卵石时，αa＝0.49，αb＝0.13。

W/C──水灰比。

fce──水泥28d 的实测强度（MPa）。当无法取得水泥实际强度数值时，可采用下式估计：

fce＝γcfce,g

其中　fce，g──水泥强度等级值（MPa）；

γc──水泥强度等级值的富余系数，无统计资料可取1.13。

为了保证混凝土满足所要求的耐久性，水灰比不得大于表4.19所规定的最大水灰比值。当计算所得的水灰比大于规定的最大水灰比值时，应取规定的最大水灰比值。

（3）确定用水量和外加剂用量

为了满足混凝土拌合物的和易性要求，最大粒径选取用水量可参考表4.16，并根据混凝土坍落度要求和集料掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量，应通过试验确定。流动性和大流动性混凝土的用水量宜以表4.16中的坍落度90 mm 的用水量为基础，按坍落度每增大20 mm、用水量增加5 kg 计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量。

掺外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量可按式（4.17）计算：

式中　──计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；

mw0──未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m3），以表4.16中的坍落度90 mm 的用水量为基础，按坍落度每增大20 mm、用水量增加5 kg 计算，当坍落度增大到180 mm 以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少；

β──外加剂的减水率（%），应经混凝土试验确定。

每立方米混凝土中外加剂用量ma0应按式（4.18）计算。

式中　ma0──计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量（kg/m3）；

mb0──计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3），应满足表4.19的要求；

βa──外加剂掺量（%），应经混凝土试验确定。

（4）胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量

根据已选定的每立方米混凝土用水量和已确定的水灰比值，可由式（4.19）求出水泥用量：

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式中　mb0──计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3）；

mw0──计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；

W/C──混凝土水灰比。

每立方米混凝土的矿物掺合料用量（mf0）应按式（4.20）计算。

式中　mf0──计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量（kg/m3）；

mb0──计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3）；

βf──矿物掺合料掺量（%）。

每立方米混凝土的水泥用量（mc0），应按下式计算：

式中　mc0──计算配合比每立方米混凝土中水泥用量（kg/m3）。

为了保证混凝土的耐久性要求，由上式计算得到的水泥用量还应满足表4.19中最小胶凝材料用量的要求。如算得的水泥用量小于规定的最小水泥用量，则应取规定的最小水泥用量值。

（5）确定砂率

合理的砂率值主要根据新拌混凝土的流动性、黏聚性及保水性等确定，一般应通过试验找出合理砂率。在无使用经验时，混凝土砂率的确定应符合下列规定：

①于坍落度为10～60 mm 的混凝土，可根据集料种类、规格及混凝土的水灰比，按表4.17选用；

②坍落度大于60 mm 的混凝土砂率，可经试验确定，也可在表4.17基础上，按坍落度每增大20 mm、砂率增大1%的幅度予以调整；

③坍落度小于10 mm 的混凝土，其砂率应经试验确定，对于混凝土量大的工程也应通过试验找出合理砂率。

（6）计算粗、细集料的用量

粗、细集料的用量可用重量法或体积法计算确定。

①质量法。

根据经验，如果原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌合物的表观密度将接近一个固定值，可先根据工程经验估计每立方米混凝土拌合物的质量（在2 350～2 450 kg/m3范围内选取），按下列方程组计算粗、细集料用量：

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式中　mc0──每立方米混凝土的水泥用量（kg）；

mg0──每立方米混凝土的粗集料用量（kg）；

ms0──每立方米混凝土的细集料用量（kg）；

mw0──每立方米混凝土的用水量（kg）；

mcp──每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg），其值可取2 350～2 450 kg。

②体积法。

体积法是根据混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中空气体积的综合来计算。可按方程组（4.23）计算出粗、细集料的用量。

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式中　ρc──水泥密度（kg/m3），可取2 900～3 100 kg/m3；

ρs──细集料的表观密度（kg/m3）；

ρg──粗集料的表观密度（kg/m3）；

ρw──水的密度（kg/m3），可取1 000 kg/m3；

ρf──矿物掺合料密度（kg/m3）；

α──混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，α可取为1。

通过以上步骤可将水、水泥、砂和石子的用量全部求出，得到初步配合比。

2.基准配合比的计算

初步配合比是利用经验公式或统计资料获得的，是否能够真正满足混凝土的和易性要求，含砂率是否合理等，都需要通过试拌来进行检验。如果试拌结果不符合所提出的要求，可按具体情况加以调整。经过试拌调整，就可在满足和易性要求的范围内，根据所用材料算出调整后的基准配合比。

和易性的调整方法是按初步计算配合比称取材料进行试拌。混凝土拌合物搅拌均匀后应测定坍落度，并检查其黏聚性和保水性能的好坏。如坍落度不满足要求，或黏聚性和保水性不好时，则应在保持水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率。当坍落度低于设计要求时，可保持水灰比不变，适当增加水泥浆。如坍落度太大，可在保持砂率不变条件下增加集料。如含砂不足，黏聚性和保水性不良时，可适当增大砂率；反之应减小砂率。每次调整后再试拌，直到和易性符合要求为止，此时所得的配合比为基准配合比。当试拌调整工作完成后，应测出混凝土拌合物的实际表观密度。

3.实验室配合比的确定

由基准配合比配制的混凝土已能满足混凝土拌合物的和易性要求，但是强度是否符合设计要求还不确定。虽然通过混凝土强度试验已计算出水灰比，但公式与实际的情况并不完全吻合。因此，以计算的水灰比作为基准水灰比，再将水灰比增加或减少0.05，采用基准用水量，仅改变水泥用量，形成三组配合比，分别制作强度试件。每个配合比至少按标准方法制作一组试件，标准养护28d后试压。

根据所测定的混凝土强度与相应的胶水比作图或计算（图4.18），求出与混凝土配制强度对应的胶水比值，再按以下方法调整各材料用量：测得拌合物的实测表观密度ρc，t，根据前面的材料用量确定混凝土的计算表观密度ρc，c，计算出配合比校正系数。

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