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普通混凝土配合比设计(最新规范)


6.1.5

普通混凝土配合比设计

混凝土配合比设计就是根据工程要求、结构形式 和施工条件来确定各组成材料数量之间的比例关系。 常用的表示方法有两种: 一种是以 1m3 混凝土中各项材料的质量表示,如 某配合比:水泥 240kg,水 180kg,砂 630kg,石子 1280kg,矿物掺合料 160kg,该混凝土 1m3 总质量为 2490kg; 另一种是以各项材料相互间的质量比来表示(以 水泥质量为 1) ,将上例换算成质量比为:水泥∶砂∶ 石∶掺合料=1∶2.63∶5.33∶0.67,水胶比=0.45。 1.混凝土配合比的设计基本要求 市政工程中所使用的混凝土须满足以下五项基本 要求: (1)满足施工规定所需的和易性要求; (2)满足设计的强度要求; (3)满足与使用环境相适应的耐久性要求; (4)满足业主或施工单位渴望的经济性要求; (5)满足可持续发展所必需的生态性要求。 2.混凝土配合比设计的三个参数 混凝土配合比设计,实质上就是确定胶凝材料、 水、砂和石子这四种组成材料用量之间的三个比例关

系: (1) 水与胶凝材料之间的比例关系, 常用水胶比 表示; (2)砂与石子之间的比例关系,常用砂率表示; (3) 胶凝材料与集料之间的比例关系, 常用单位 用水量(1m3 混凝土的用水量)来表示。 3.混凝土配合比设计步骤 混凝土配合比设计步骤包括配合比计算、试配和 调整、施工配合比的确定等。 (1)初步配合比计算 1)计算配制强度(fcu,o) 。根据《普通混凝 土配合比设计规程》 (JGJ 55—2011)规定,混凝土配 制强度应按下列规定确定: ①当混凝土的设计强度小于 C60 时,配制强度应 按下式确定: fcu,o≥fcu,k+1.645σ 式中 fcu,o——混凝土配制强度,MPa; fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值,这里 取混凝土的设计强度等级值,MPa; σ ——混凝土强度标准差,MPa。 ②当混凝土的设计强度不小于 C60 时,配制强度 应按下式确定:

fcu,o≥1.15fcu,k 混凝土强度标准差 σ 应根据同类混凝土统计资料 计算确定,其计算公式如下:
??

?f
i ?1

n

2 cu,i

2 ? nmf cu

n ?1

式中

fcu,——统计周期内同一品种混凝土第 i 组试件 i mfcu——统计周期内同一品种混凝土 n 组试件

的强度值,MPa; 的强度平均值,MPa; n ——统计周期内同品种混凝土试件的总组 数。 当具有近 1 个月~3 个月的同一品种、同一强度 等级混凝土的强度资料, 且试件组数不小于 30 时, 其 混凝土强度标准差 σ 应按上式进行计算。 对于强度等级不大于 C30 的混凝土,当混凝土强 度标准差计算值不小于 3.0MPa 时,应按混凝土强度 标准差计算公式计算结果取值;当混凝土强度标准差 计算值小于 3.0MPa 时,应取 3.0MPa。 对于强度等级大于 C30 且小于 C60 的混凝土, 当 混凝土强度标准差计算值不小于 4.0MPa 时,应按混 凝土强度标准差计算公式计算结果取值;当混凝土强 度标准差计算值小于 4.0MPa 时,应取 4.0MPa。

当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强 度资料时,其强度标准差 σ 可按表 6-3 取值。 混凝土强 度标准差σ值 混凝土强度 等级 σ(MPa) 4.0 5.0 6.0 ≤C20 C25~C45 表 6-3 C50~C55

2) 计算水胶比 (W/B) 混凝土强度等级小于 C60 。 时,混凝土水胶比应按下式计算:
W ?a f b ? B f cu,o +?a?b f b

式中 用;

αa、αb ——回归系数,回归系数可由表 6-4 采 fb ——胶凝材料 28d 胶砂抗压强度,可实

测,MPa。 回归系数αa 和αb 选用表 系 αa αb 数 碎 石 表 6-4 卵 石

0.53 0.20

0.49 0.13

当胶凝材料 28d 抗压强度(fb)无实测值时,其

值可按下式确定: fb=γf·γs·fce 式中 γf、γs——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影 fce ——水泥 28d 胶砂抗压强度,可实测, MPa。 粉煤灰影响系数γf 和 粒化高炉矿渣粉影响系数γs 掺 量 表 6-5 响系数,按表 6-5 选用;

粉煤灰影响系数 粒化高炉矿渣粉影响 (γf) 1.00 0.85~0.95 0.75~0.85 0.65~0.75 0.55~0.65 — 系数(γs) 1.00 1.00 0.95~1.00 0.90~1.00 0.80~0.90 0.70~0.85

(%) 0 10 20 30 40 50

注: 1.采用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰宜取上限值; 2.采用 S75 级粒化高炉矿渣粉宜取下限值,采用 S95 级粒化高炉矿渣粉宜取上限值,采用 S105 级粒化高炉矿渣粉宜取上限值加 0.05; 3.当超出表中的掺量时, 粉煤灰和粒化高炉矿 渣粉影响系数应经试验测定。

在确定 fce 值时,fce 值可根据 3d 强度或快测强度 推定 28d 强度关系式得出。当无水泥 28d 抗压强度实 测值时,其值可按下式确定: fce=γc·fce,g 式中 选用; fce,g——水泥强度等级值,MPa。 水泥强度等 级值的富余系数(γc) 水泥强度等 级值 富余系数 1.12 1.16 1.10 32.5 42.5 表 6-6 52.5 γc——水泥强度等级值的富余系数(可按实际 统计资料确定) ;当缺乏实际统计资料时,可按表 6-6

3)每立方米混凝土用水量的确定。 ①干硬性和塑性混凝土用水量的确定。 水胶比在 0.40~0.80 范围内时, 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 6-7、表 6-8 选取。 干硬性混凝土的 用水量(单位:kg/m3) 拌合物稠度 卵石最大粒径 表 6-7 碎石最大粒径

(mm) 项 目 指 标 16 ~ 维勃 稠度 (s) 20 11 ~ 15 5~ 10 175 180 185 160 165 170 145 150 155 180 185 190 10.0 20.0 40.0 16.0

(mm) 20.0 40.0

170 175 180

155 160 165

塑性魂混凝土的 用水量(单位:kg/m3) 拌合物稠度 指 标 10 坍落度(mm) ~ 30 35 卵石最大粒径 (mm) 表 6-8 碎石最大粒径 (mm)





10 20 31 40 16 20 31 40 .0 .0 .5 .0 .0 .0 .5 .0 19 17 16 15 20 18 17 16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 20 18 17 16 21 19 18 17

~ 50 55 ~ 70 75 ~ 90

21 19 18 17 22 20 19 18 0 5 0 5 0 5 2 5 0 0 5 5 5 5 5 5 21 19 18 17 23 21 20 19

②流动性和大流动性混凝土的用水量宜按下列步 骤计算: A.以表 6-8 中坍落度 90mm 的用水量为基础, 按 坍落度每增大 20mm 用水量增加 5kg,计算出未掺外 加剂时的混凝土用水量。 当坍落度增大到 180mm 以上 时,随坍落度的相应增加的用水量可减少。 B.掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算: mwa=mwo(1-β) 式中 mwa ——掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用 mwo ——未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的 用水量,kg; β——外加剂的减水率, 应经混凝土的试验确 定,%。 水量,kg;

4)每立方米混凝土胶凝材料用量(mbo)的确定。 根据已选定的混凝土用水量 mwo 和水胶比(W/B)可 求出胶凝材料用量:
mbo = mwo W B

每立方米混凝土矿物掺合料用量(mfo)的确定: mfo=mbo·βf 式中 βf ——矿物掺合料掺量(%) ,矿物掺合料在 混凝土中的掺量应通过试验确定。采用 硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥时,钢筋 混凝土和预应力混凝土中矿物掺合料最 大掺量宜分别符合表 6-9 和表 6-10 的规 定。对基础大体积混凝土,粉煤灰、粒 化高炉矿渣粉和复合掺合料的最大掺量 可增加 5%。采用掺量大于 30%的 C 类 粉煤灰的混凝土应以实际使用的水泥和 粉煤灰掺量进行安定性检验。 钢筋混凝土中矿 物掺合料最大掺量 矿物掺合料 种类 表 6-9 最大掺量(%) 水胶比 采用硅酸盐水 采用普通硅酸 泥时 盐水泥时

粉煤灰 粒化高炉矿 渣粉 钢渣粉 磷渣粉 硅灰 复合掺合料

≤0.4 >0.4 ≤0.4 >0.4 — — — ≤0.4 >0.4

45 40 65 55 30 30 10 65 55

35 30 55 45 20 20 10 55 45 预应力混凝土中

矿物掺合料最大掺量

表 6-10 最大掺量(%) 矿物掺合料 水胶比 采用硅酸盐水 采用普通硅酸 种类 泥时 盐水泥时 ≤0.4 35 30 粉煤灰 >0.4 25 20 55 45 粒化高炉矿 ≤0.4 渣粉 >0.4 45 35 钢渣粉 — 20 10 磷渣粉 — 20 10 硅灰 — 10 10 55 45 复合掺合料 ≤0.4 >0.4 45 35 每立方米混凝土水泥用量(mco)的确定: mco=mbo-mfo 为保证混凝土的耐久性,由以上计算得出的胶凝

材料用量还要满足有关规定的最小胶凝材料用量的要

求,如算得的胶凝材料用量少于规定的最小胶凝材料 用量,则应取规定的最小胶凝材料用量值。 5) 砂率的确定。 砂率可以根据以砂填充石子空隙, 并稍有富余,以拨开石子的原则来确定。根据此原则 可列出砂率计算公式如下:
? ? Vso ? Vgo P?

?s ? ? ?

mso ?' V ' ? ? ' ' so so ' ' ? mso ? mgo ?soVso ? ? goVgo

' ' ?soVgo P ' ? ' P' ? ? ' so ' ' ' ' ' ?soVgo P ' ? ? goVgo ? so P ' ? ? go

式中

βs ——砂率,%;

mso,mgo ——每立方米混凝土中砂及石子用量,kg; V'so,V'go ——每立方米混凝土中砂及石子松散体积, 其中 V'so=V'goP',m ; ρ'so,ρ'go ——砂和石子堆积密度,kg/m3; P′ ——石子空隙率,%; β ——砂浆剩余系数(一般取 1.1~1.4) 。 6)粗集料和细集料用量的确定。 ①当采用质量法时,应按下列公式计算: mco+mfo+mgo+mso+mwo=mcp
?s ?
mso ? 100% mso ? mgo
3

式中

mco——每立方米混凝土的水泥用量,kg; mfo ——每立方米混凝土的矿物掺合料用量,

kg; mgo——每立方米混凝土的粗集料用量,kg; mso——每立方米混凝土的细集料用量,kg; mwo——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 (其 值可取 2350~2450kg) ,kg; βs ——砂率,%。 ②当采用体积法时,应按下列公式计算:
mco mgo

?c

+

mfo

?f

+

?

' g

+

mso

?

' s

+

mwo

?w

+0.01=1

?s ?

mso ? 100% mso ? mgo

式中
3

ρc ——水泥密度(可取 2900~3100kg/m3 ) , ρf——矿物掺合料密度,kg/m3; ρ′g——粗集料的表观密度,kg/m3; ρ′s——细集料的表观密度,kg/m3; ρw——水的密度(可取 1000kg/m3) ,kg/m3; α ——混凝土的含气量百分数(在不使用引气

kg/m ;

型外加剂时,α 可取 1) 。 粗集料和细集料的表观密度 ρg 与 ρs 应按现行行业 标准 《普通混凝土用砂、 石质量及检验方法标准》 (JGJ 52—2006)规定的方法测定。

7)每立方米混凝土外加剂用量(mao)的确定。 每立方米混凝土外加剂用量(mao)应按下列计算: mao=mbo·βa 式中 mao ——计算配合比每立方米混凝土中外加剂 mbo ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材 料用量,kg/m3; βa——外加剂掺量,%,应经混凝土试验确定。 (2)配合比的试配、调整与确定 1) 配合比的试配、 调整。 以上求出的各材料用量, 是借助于一些经验公式和数据计算出来的,或是利用 经验资料查得的,因而不一定符合实际情况,必须通 过试拌调整,直到混凝土拌合物的和易性符合要求为 止,然后提出供检验混凝土强度用的基准配合比。 2) 配合比的确定。 由试验得出的各胶水比值时的 混凝土强度,用作图法或计算求出与 fcu,o 相对应的胶 水比值,并按下列原则确定每立方米混凝土的材料用 量: ①用水量(mw)和外加剂用量(ma) 。在试拌配 合比的基础上,用水量(mw)和外加剂用量(ma)应 根据确定的水胶比作调整; ②胶凝材料用量(mb) 。胶凝材料用量(mb)应 用量,kg/m3;

以用水量乘以确定的胶水比计算得出; ③粗、细集料用量(mg 及 ms) 。粗、细集料用量 (mg 及 ms)应根据用水量和胶凝材料用量进行调整。 3)混凝土表观密度的校正。其步骤如下: ①计算出混凝土的计算表观密度值(ρc,c) : ρc,c=mc+mf+mg+ms+mw ②将混凝土的实测表观密度值(ρc,t)除以 ρc,c 得出校正系数 δ,即
?? ?c,t ?c,c

③当 ρc, 与 ρc, 之差的绝对值不超过 ρc, 的 2%时, t c c 由以上定出的配合比,即为确定的设计配合比;若二 者之差超过 2%时,则要将已定出的混凝土配合比中 每项材料用量均乘以校正系数 δ,即为最终定出的设 计配合比。 (3)施工配合比 设计配合比,是以干燥材料为基准的,而工地存 放的砂、石材料都含有一定的水分。所以现场材料的 实际称量应按工地砂、石的含水情况进行修正,修正 后的配合比,叫做施工配合比。 现假定工地测出的砂的含水率为 a%、石子的含 水率为 b%,则将上述设计配合比换算为施工配合比, 其材料的称量应为:

水泥: 砂: 石子: 水: ×b%(kg)

m′c=mc(kg) m′s=ms(1+a%) (kg) m′g=mg(1+b%) (kg) m′w =mw -ms ×a%-mg

矿物掺合料:m′f=mf(kg)


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