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2016年普通混凝土配合比设计(公司培训)PPT


普通混凝土配合比设计

主讲人:李斌

引入
普通混凝土是一般指以水泥为主要胶凝材料,与水、砂、石子,必 要时掺入化学外加剂和矿物掺合料,按适当比例配合,经过均匀搅 拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材,它们之间的数量关系直 接影响着混凝土的拌合物的和易 性、强度及耐久性。

如何确定各 材料间数量 关系?

一、普通混凝土配合比设计的表示方法
1.定义: 是指混凝土各组成材料之间的数量关系。 2.表示方法: 1)单位体积混凝土内各项材料的用量,

如:mB=270.0㎏; ms=706.1kg; mg=1255.3㎏;mw=180㎏。
2)单位体积内各项材料用量的比值。 如:水泥:砂子:石子=1:2.3:4.0,W/B=0.63

二、配合比设计基本要求:
基本要求 和易性 强度 耐久性 经济性

(一)和易性(工作性)

★混凝土拌合物便于施工操作,能够达到结构均匀、 成型密实的性能。 ★和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性:

各组成材料之间具有一定的内 聚力,在运输和浇注过程中不 致产生离析和分层现象的性质。

在本身自重或施工机械振 捣作用下,能产生流动并 且均匀密实地填满模板的 性能。 好

流动性 和易性
具有一定的保持内 部水分的能力,在 施工过程中不致发 生泌水现象的性质。

易成型密实

粘聚性 保水性



易达结构均匀

保证混凝土硬 化后的质量

影响和易性的因素
1.组成材料及其用量之间的关系 ①浆体数量和单位用水量; ②骨料的品种、级配和粗细程度; ③砂率 ; ④外加剂 。
胶凝材料
水灰胶 mw mb

水①


③砂率 ? s=

石子
ms ?100% ms+mg

外加剂④

浆体①
混凝土拌合物

骨料②

影响和易性的因素
合理砂率的确定 合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下,能使拌合 物的流动性(坍落度T)达到最大,且粘聚性和保水 性良好时的砂率;或者是在流动性(坍落度T)、强 度一定,粘聚性良好时,水泥用量最小的砂率。
T ,mm
mc,kg

合理砂率 水泥浆数量一定

β s

合理砂率 坍落度、强度一定

β s

影响和易性的因素

2.施工环境的温度、搅拌制度等。

(二)强度
满足混凝土工程结构设计或工程进度的 强度要求

强度
? 混凝土强度的种类
立方体抗压强度 抗压强度

轴心抗压强度
抗拉强度 混凝土强度 抗剪强度 握裹强度
钢筋与混凝土 的粘结强度

影响混凝土强度的因素
(1)水泥的强度和水灰胶
f cu
振动 手工捣实 充分密实的混凝土

f cu

不完全密实的混凝土

mw/mc

mc/mw

? 当混凝土水灰胶值在0.40~0.80之间时越大,则混凝土的强度越低; ? 水泥强度越高,则混凝土强度越高。 其变化规律呈近似双曲线形状。

? 水灰比定律:在材料相同的条件下,砼强度值随水灰胶的增大而减小,

影响混凝土强度的因素
(2)粗集料的品种
? 碎石形状不规则,表面粗糙、多棱角,与水 泥石的粘结强度较高; ? 卵石呈圆形或卵圆形,表面光滑,与水泥石 的粘结强度较低。 ? 在水泥石强度及其它条件相同时,碎石混凝 土的强度高于卵石混凝土的强度。

影响混凝土强度的因素
(3)养护条件
?在保证足够湿度情况下,温度越高,水泥凝结硬化 速度越快,早期强度越高;在0-40 ℃范围内。 ?低温时水泥混凝土硬化比较缓慢,当温度低至0℃ 以下时,硬化不但停止,且具有冰冻破坏的危险。 混凝土浇筑完毕后,必须加强养护,保持适当 的温度和湿度,以保证混凝土不断地凝结硬化。

影响混凝土强度的因素
(4)龄期:龄期是指混凝土在正常养护条件下所经 历的时间。
? 在正常的养护条件下,混凝土的抗压强度随龄期的 增加而不断发展,在7~14d内强度发展较快,以 后逐渐减慢,28d后强度发展更慢。 ? 当采用普通水泥拌制的、中等强度等级的混凝土, 在标准养护条件下,混凝土的抗压强度与其龄期的 对数成正比。 f fn = 28 n≥3 lg n lg 28

式中: fn、f28——分别为n、28天龄期的抗压强度

影响混凝土强度的因素
(5)外加剂 ?减水剂—减少混凝土拌合物的用水量,提高混凝 土的强度 ?早强剂—提高混凝土早期强度,对后期强度无明 显影响 ?引气剂—减小抗压强度,但提供混凝土的抗折强 度,当含气量为3%-5%时,抗折强度 提高10%-20%

(三)耐久性——保证混凝土在自然环境及 使用条 件下的耐久性要求
耐久性的主要内容
★抗渗性混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力 水渗透的能力 ★抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水 状态下,能抵抗冻融循环作用而不发生破坏, 强度也不显著降低的性质 ★抗侵蚀性 混凝土的抗侵蚀性主要取决于水泥石的抗侵 蚀性

耐久性
★抗碳化性 混凝土的碳化主要指水泥石的碳化
★碱集料反应 碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成 物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿 环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨 胀反应。

提高混凝土耐久性的措施
(1)合理选择混凝土的组成材料 根据混凝土工程特点或所处环境条 件,选择水泥品种;选择质量良好、 技术要求合格的骨料。

提高混凝土耐久性的措施
(2)提高混凝土制品的密实度 ★严格控制混凝土的水灰比和水泥用量。 ★选择级配良好的骨料及合理砂率,保证 混凝土的密实度。 ★掺入适量减水剂,提高混凝土的密实度。 ★严格按操作规程进行施工操作。

提高混凝土耐久性的措施
(3)改善混凝土的孔隙结构 在混凝土中掺入适量引气剂,可改善 混凝土内部的孔结构,封闭孔隙的存 在,可以提高混凝土的抗渗性、抗冻 性及抗侵蚀性。

(四)经济性

在保证混凝土工程质量的前提下,合理地 使用材料,降低成本

三、混凝土配合比设计的资料准备
1.了解混凝土的设计强度等级fcu.k,坍落 度要求 2.了解耐久性要求;

3.了解钢筋配筋间距和结构的断面尺寸, 确定骨料的最大粒径Dmax

4.了解施工管理水平、施工方法等,以便正确 选择混凝土的各项参数; 5.了解各项原材料的物理参数。 ①水泥的品种、标号、密度; ②砂、石骨料的种类、表观密度、级配、 石子、最大粒径; ③拌和用水的水质情况;

四、混凝土配合比设计的三参数
四个基本变量:胶凝材料、水、砂子、石子
三个关系: (1)水和胶凝材料的关系(水灰胶) (2)砂和石子的关系(砂率) (3)水泥浆与骨料的关系(浆骨比)

胶凝材 料





石 子

浆体 受最大水胶 比限制 ( 耐久 性)

W
受粗骨料 种类及规 格的影响 决定了 工作性

骨 料
受 w/B 及粗骨 料的种类规 格影响

W/B
决定了强度

βs
决定了工作 性与经济性

五、混凝土配合比设计的步骤
根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)所规
定的步骤进行设计
和易性 调整 强度调 整

初步配合比

基准配合比

实验配合比

施工配合比

含水率 调整

(一)、确定初步配合比
1.混凝土试配强度的确定:

(1).当混凝土的设计强度等级小于C60时,配制强度 应按下式计算:

f cuo ? f cu,k ? 1.645 ?

(2).当设计强度等级不小于C60时,配制强度应按下式计算(新增)

fcu,0 ? 1.15 fcu,k
混凝土强度 等级 б值( N/㎜2 ) ≤C20
4.0

C25~C45
5.0

C50~C55
6.0

fb—胶凝材料(水泥与矿物掺合料按使用 比例混合)28d胶砂抗压强度(MPa),
1.当胶凝材料28d胶砂抗压强度无实测值时,可按下式计算: fb ? ? f ?? s ? fce ?f、?s ——粉煤灰(fly ash)影响系数和粒化高炉矿渣粉(slag) 影响系数, fce ——水泥(cement)28d胶砂抗压强度(MPa)。 ① 采用Ⅰ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级粒化高炉矿渣粉可取上 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 经试验确定。

2.当水泥28d胶砂抗压强度无实测值时,公 式(5.1.1-2)中的fce值可按下式计算:

?c——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,也 可按表5.1.1-2选用(增加); fce,g——水泥强度等级值(MPa)。 32.5 42.5 52.5 1.12 1.16 1.10

2.确定水灰比值(W/B)
f cu,o B ? ? a fb ( ? ? b ) W

? a fb w ? B f cu,o ? ? a? b f b

回归系数?a和?b宜按下列规定确定: (1).根据工程所使用的原材料,通过试验建立的水胶比与混凝土强度关 系式来确定; (2).当不具备上述试验统计资料时,可按下表选用。

系数 αa αb

碎石 0.53 0.20

卵石 0.49 0.13

?

复核耐久性
为了使混凝土耐久性符合要求,按强度 要求计算的水灰比值不得超过规定的最 大水灰比值,否则混凝土耐久性不合格, 此时取规定的最大水灰比值作为混凝土 的水灰比值。

N b vccm /

GB/T50476-2008 混凝土结构耐久 性设计规范中有关胶凝材料用量条款

3.确定用水量(mwo)
(1)干硬性和塑性混凝土用水量

①水灰比在0.40~0.80范围时,通过查表确定。
拌合物稠度 项目 指标 16~20 维勃稠度 (s) 11~15 5~10 10 175 180 185 卵石最大粒径(mm) 20 160 165 170 40 145 150 155 16 180 185 190 碎石最大粒径(mm) 20 170 175 180 40 155 160 165

干硬性混凝土

拌合物稠度 项 目 坍 落 度 (m m)

卵石最大粒径(mm)

碎石最大粒径(mm)

指标
10~30 35~50 55~70 75~90

10
190 200 210 215

20
170 180 190 195

31.5
160 170 180 185

40
150 160 170 175

16
200 210 220 230

20
185 195 205 215

31.5
175 185 195 205

40
165 175 185 195

塑性混凝土的用水量(kg/m3)
② 水灰比小于0.4的混凝土及采用特殊工艺的混凝土, 通过试验确定

(2)流动性和大流动性混凝土用水量
拌合物稠度 项目 坍落 度 (mm) 指标 10 卵石最大粒径(mm) 20 31.5 40 16 碎石最大粒径(mm) 20 31.5 40

10~30
35~50 55~70 75~90

190
200 210 215

170
180 190 195

160
170 180 185

150
160 170 175

200
210 220 230

185
195 205 215

175
185 195 205

165
175 185 195

①未掺外加剂时,以90mm为基础,每增大20mm,水量增加5kg

②掺外加剂时,按下式计算:

mwa=mw0(1-β )

4.计算混凝土的单位水泥用量(mco)

mc 0

B ? mw0 ? W

复核耐久性 将计算出的水泥用量与规定的最小水泥用 量比较:如计算水泥用量不低于规定的最 小水泥用量,则耐久性合格;否则耐久性 不合格,此时应取规定的最小水泥用量。

5.确定合理砂率( ? s )
1)应根据混凝土的和易性要求试验取得。 2)按坍落度、水灰比及骨料最大粒径查表选取。

混凝土的砂率(%)
水灰 比
0.40 0.50 0.60 0.70

卵石最大粒径(mm)
10 26~32 30~35 33~38 36~41 20 25~31 39~34 32~37 35~40 40 24~30 28~33 31~36 34~39 16

碎石最大粒径(mm)
20 29~34 32~37 35~40 38~43 40 27~32 30~35 33~38 36~41 30~35 33~38 36~41 39~44

6.确定1m3混凝土的砂石用量
m fo

体积法

?f

?

mco

?c

?

mso

?s

?

mgo

?g

?

m wo

?w

? 0.01 ? ?1

?s ?

mso ?100 % mso ? mgo

质量法

?mc0 ? mfo ? mw0 ? ms0 ? mg 0 ? mcp ? ms0 ? ? ? ? s m ? m ?100% s0 g0 ?

绝对体积法
绝对体积法的基本原理是:

假定刚浇捣完毕的混凝土拌合物的体积,等于其各组 成材料的绝对体积及混凝土拌合物中所含少量空气体 积之和。

mc 0

?c

?

mf 0

?f

?

mg 0

?g

?

mso

?s

?

mw0

?w

? 0.01 ? ?1

式中

ρ c——水泥密度(kg/m3) ,可取 2900~3100 kg/m3。 ρ f——矿物掺合料密度, (kg/m3) ρ g——粗骨料的表观密度(kg/m3) ; ρ s——细骨料的表观密度(kg/m3) ; ρ w——水的密度(kg/m3) ,可取 1000 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。

重量法(假定表观密度法)
重量法的基本原理是:

如果原材料比较稳定,可先假设混凝土的表观密度 为一定值,混凝土拌合物各组成材料的单位用量之 和即为其表观密度。

mc0+mg0+ms0+mw0= mcp 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骨料用量(kg) ; ms0——每立方米混凝土的细骨料用量(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重量(kg) ; 其值可取 2400~2450kg。

7.得出初步配合比

1m3砼材料用量:水泥:砂:石:水=1:x : y : z

(二)确定混凝土基准配合比
1.试配 按初步计算配合比称取一定质量的组成材 料,拌制15L或25L混凝土,分别测定其和 易性、强度。 2.调整 调整和易性,确定基准配合比测拌合物坍 落度,并检查其粘聚性和保水性能如实测 坍落 度小于或大于设计要求,可保持水 灰比不变,增加或减少适量水泥浆

(二)确定混凝土基准配合比
?如出现粘聚性和保水性不良,可适当提高砂率;每 次调整后再试拌,直到符合要求为止。

?记录好各种材料调整后用量,并测定混凝土拌合物 的实际体积密度(ρ o,h)。计算调整后混凝土试样 总质量( mcb+msb+mgb+mwb=mQb) ?由此得出基准配合比(调整后1m3混凝土中各材料 用量)

(三)确定实验室配合比
(1)强度试验检验:基准配合比工作性 已满足,还需以强度试验检验。

(2)比(mB/mw)关系,用作图法或计算 法求出与混凝土配制强度(fcu,0) 相对应的灰水比,确定1m3混凝土中 的组成材料用量:

①单位用水量(mw)应在基准配合比用水量的基础 上,根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度 进行调整确定;
②胶凝材料用量(mB)应以用水量乘以选定出来的 灰水比计算确定; ③粗集料和细集料用量(ms、mg)应在基准配合比 的用量基础上,按选定的灰水比进行调整后确定。 (3)经试配确定配合比后,按下列步骤进行校正:

①按上述方法确定的各组成材料用量按下式计算 混凝土的体积密度计算值ρ c,c:
ρ
c,c=mc+ mf +ms+mg+mw

(二)确定实验室配合比
②应按下式计算混凝土配合比校正系数δ :

? c,t ?= ? c,c
式中: ρ c,t——混凝土体积密度实测值,kg/m3; ρ c,c——混凝土体积密度计算值,kg/m3。 ③当体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过 计算值的2%时,按(1)条确定的配合比即为设 计配合比;当二者之差超过2%时,应将配合比中 各组成材料用量均乘以校正系数δ ,得到实验室 配合比。

(三)计算施工配合比
假定现场砂、石子的含水率分别为a%和b%, 则施工配合比中1m3混凝土的各组成材料用量 分别为: =mc

? =ms(1+a%) ms ? =mg(1+b%) mg m? w =mw-ms×a%-mg×b%

? mc

施工配合比可表示为:

?:ms ?:mg ?=1:x:y,m? ? mc w / mc ? ?


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