4.5 普通混凝土的配合比设计（课件）- 《建筑材料》同步教学（电工版）

第四章 混凝土 4.5 普通混凝土的配合比设计 一、配合比及其表示方法 定义：是指混凝土各组成材料用量之比。 确定这种数量关系的工作，就是混凝土的配合比设计。混凝土配合比设计包括配合比的计算、试配和调整。 配合比表示方法： （1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。水泥mc ＝295kg， 砂ms ＝648kg， 石子mg ＝1330kg， 水mw ＝165kg。 （2）以各组成材料质量比表示。例如上例也可表示为： mc ： ms ： mg ＝1：2.20：4.51， W/ C＝0.56。 3 二、配合比设计的基本要求 满足结构设计的强度等级要求； 满足混凝土施工所要求的和易性； 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求； 符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。 1）拌合物的和易性 施工工艺 坍落度(mm) 碾压混凝土 0 滑模摊铺混凝土 30 ~ 50 泵送混凝土 100 ~ 200 自密实混凝土 > 240 2）配制强度 fcu.0 ≥ fcu.k + tσ 式中：fcu.0 — 混凝土配制强度； fcu.k — 设计混凝土立方体抗压强度标准值； t — 保证率系数； σ — 混凝土强度标准差(MPa) 取决于强度保证率 取决于施工企业的生产管理水平和设计的混凝土强度等级！ 3） 耐久性 耐久性要求所依据的条件： 服役环境等级：干燥、潮湿、温度变化范围、海洋、化学介质的种类与浓度、室内、室外等； 结构物类型：素混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土等。 满足耐久性需要控制的设计参数： 最大水灰比； 最小胶凝材料用量(水泥＋矿物外加剂)； 骨料的种类与组成。 防波堤 三、配合比设计基本参数 水泥 水 砂 石子 水泥浆 骨料 混凝土 单位用水量mw 砂率βs 水灰比mw/ mc 与强度、耐久性有关 与流动性有关 与粘聚性、保水性有关 配合比设计的原理 原理一：用鲍罗米公式确定水灰比 原理二：细骨料体积略大于粗骨料的堆积孔隙以利于 流动，确定合理砂率； 原理三：用恒定用水量法则，确定单位用水量； 原理四：1立方米混凝土的质量或体积是各组分材料 的质量或体积之和。 根据这四个原理，建立四元一次方程组，计算求出1立方米混凝土所需各组分材料的用量 四、混凝土配合比设计的步骤 计算配合比 试拌配合比 设计配合比 施工配合比 调整坍落度 校核强度、耐久性 考虑现场砂、石含水量 （一）计算配合比计算步骤 （1）计算混凝土配制强度 1）当砼的设计强度等级小于C60时， 2）当砼的设计强度等级不小于C60时， （一）计算配合比计算步骤 （2）初步确定水胶比 （a）根据强度要求计算水胶比。 由式： 则有： （b）根据耐久性要求查表，得最大水胶比限值。 （c）比较强度和耐久性要求水胶比，取最小值。 （一）计算配合比计算步骤 （3）选定单位用水量（mw0） （a）水胶比在0.40～0.80范围内时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的坍落度，按表选取。 （b）水胶比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用水量应通过试验确定。 （c）掺外加剂时混凝土的单位用水量： mw0＝m’w0（1－β） 式中 β——外加剂的减水率，应经试验确定。 （一）计算配合比计算步骤 （4）计算胶凝材料用量（ mb0 ）矿物掺合料和水泥用量 计算—— 校核——为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的胶凝材料用量还应满足规定的最小胶凝材料用量的要求； 取值——两者最大值。 （一）计算配合比计算步骤 （5）选定砂率（ βs ） （a）一般可根据粗集料品种、最大粒径和水灰比，按表选用。 实际选用时可采用内插法，并根据附加说明进行修正。 （b）在有条件时，可通过试验确定最优砂率。 （一）计算配合比计算步骤 （6）计算砂、石子用量ms0、mg0 ①体积法 α——混凝土的含气量百分数， 在不使用引气型外加剂时，可取α ＝1。 （一）计算配合比计算步骤 （6）计算砂、石子用量ms0、mg0 ②质量法（假定表观密度法） 假定混凝土拌合物的质量为mcp ，kg。 （一）计算配合比计算步骤 （7）初步配合比的表达方式 1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。 2）以组成材料用量之比表示： mc0：ms0：mg0＝1：x：y， mw/mc ＝？ （二）试拌调整提出试拌配合比 配合比调整的目的有两个： 一：使混凝土拌和物和易性满足施工需要； 二：使水胶比满足混凝土强度及耐久性的要求。 《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011）规定：在计算配合比的基础上应进行试 拌。 计算水胶比宜保持不变，并应通过调整配合比其他参数使混凝土拌和物性能符合设计和施工要求，然后修正计算配合比，提出试拌配合比。 （二）试拌调整提出试拌配合比 按计算配合比称取一定质量的组成材料，拌制20L或25L混凝土，测拌合物坍落度，同时检查其粘聚性和保水性能； 如不符合要求，按下列原则进行调整： （a）当坍落度小于设计要求时，保持水灰比不变，增加用水量和相应的水泥用量（水泥浆）。 （b）当坍落度大于设计要求时，保持砂率不变，增加砂、石用量（相当于减少水泥浆用量）。 （二）试拌调整提出试拌配合比 如不符合要求，按下列原则进行调整： （c）当粘聚性和保水性不良时（通常是砂率不足），可适当增加砂用量，即增大砂率。 （d）当拌合物中砂浆数量显得过多时，而使其流动性较低时,可单独加入适量的石子（即减小砂率）。 （二）试拌调整提出试拌配合比 再根据实测的混凝土的表观密度，对假定表观密度和材料用量进行调整，由此得出混凝土的试拌配合比。 如果计算配合比和易性完全满足要求而无需调整，也必须测定实际混凝土拌合物的体积密度，并利用上式计算。否则将出现“亏方”或“盈方”现象。亦即初步计算1m3混凝土，在实际拌制时，少于或多于1m3。 （三）检验强度、确定设计配合比 采用三个不同的配合比，其一为基准配合比，另外两个配合比的W/C较基准配合比分别增加或减少0.05。 2）每种配合比至少制作一组（三块）试件，标准养护到28d时进行强度（或耐久性）测试。 3）由试验得出的各灰水比及其对应的混凝土的强度（或耐久性）关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,o）相对应的灰水比，并确定出设计配合比。 （四）施工配合比换算 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： 施工配合比可表示为： （五）配合比计算例题 例题 某工程现浇室内钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C30。施工采用机械拌合和振捣，选择的混凝土拌合物坍落度为30～50mm。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下： 水泥：普通水泥，强度等级42.5MPa，实测28d抗压强度48.0MPa，密度ρc＝3.1g/cm3; （五）配合比计算例题 砂：中砂，级配2区合格。表观密度ρs ＝2.65g/cm3 石子：卵石，5～40mm。表观密度ρg＝2.60g/cm3; 水：自来水，密度ρw＝1.00g/cm3。 试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。 （五）配合比计算例题 解:1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0： 根据题意可得：fcu,k＝30.0MPa，查表5.24取σ＝5.0MPa，则 fcu,0 ＝ fcu,k + 1.645σ ＝30.0+1.645×5.0＝38.2MPa 2.确定混凝土水灰比mw/mc （1）按强度要求计算 根据题意可得：fce＝48.0MPa，αa＝0.48，αb＝0.33则： （2）复核耐久性：经复核，耐久性合格。 （五）配合比计算例题 3.确定用水量mw0 根据题意，骨料为中砂，卵石，最大粒径为40mm，查表取mw0＝160kg。 4.计算水泥用量mc0 （1）计算： （2）复核耐久性 经复核，耐久性合格。 5.确定砂率β 根据题意，采用中砂、卵石（最大粒径40mm）、水灰比0.50，查表βs＝28％～33％，取βs＝30％。 （五）配合比计算例题 6.计算砂、石子用量ms0、mg0 （1）体积法 将数据代入体积法的计算公式，取α＝1，可得： 解方程组，可得ms0＝570kg、mg0＝1330kg。 （2）质量法 假定混凝土拌合物的质量为mcp＝2400kg，将数据代入质量法计算公式，得： ms0 + mg0＝2400－320－160 解方程组，可得ms0＝576kg、mg0＝1344kg。 （五）配合比计算例题 7.计算初步配合比 （1）体积法 mc0:ms0:mg0＝320:570:1330＝1:1.78:4.16， mw/mc ＝0.50； （2）质量法 mc0:ms0:mg0＝320:576:1344＝1:1.80:4.20， mw/mc ＝0.50。 $$