砼配合比设计.docx
《砼配合比设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《砼配合比设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
砼配合比设计
所谓普通水泥砼配合比设计就是按照工程设计和施工要求选择适用于制作所需砼的原材料，根据工程设计中指定的砼性能和经济原则，选择砼组分的最强配合比和材料用量。
第一节概述
砼配合比设计包括两方面的内容：
第一是选料，即按照道路和桥梁工程设计和施工的要求，选择适合制备所需砼的材料。
第二是配料，即根据道路与桥梁设计中指定的砼技术性能指标（包括工作性、强度、耐久性）和经济合理、可行的原则，选择砼各组分的最佳配合比例。
一、水泥砼配合比表示方法
水泥砼配合比表示方法有下列两种：
1、单位用量表示法：
以每1m3砼中各种材料的用量表示，例如水泥:
水:
细集料:
粗集料=330kg:
150kg:
706kg:
264kg。
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:
3.82:
0.45。
二、水泥砼配合比设计基本要求
1、满足结构物设计强度的要求
不论路面或桥梁砼，在设计时都会对不同的结构部位提出不同的“设计强度”要求。
为了保证结构物的可靠性，在配制砼配合比时，必须要考虑到结构物的重要性、施工单位的施工水平等因素，采用一个比设计强度高的“配制强度”，才能满足设计强度的要求。
配制强度定得太低，结构物不安全；定得太高又浪费资金。
2、满足施工工作性的要求
按照结构物断面尺寸和形状、配筋的疏密以及施工方法和设备来确定工作性（坍落度或维勃稠度）。
3、满足环境耐久性的要求
根据结构物所处环境条件，如严寒地区的路面或桥、桥梁墩台在水位升降范围等，为保证结构的耐久性，在设计砼配合比时应考虑允许的“最大水灰比”和“最小水泥用量”。
4、满足经济的要求
在满足设计强度、工作性和耐久性的前提下，配合设计中尽量降低高价材料（水泥）的用量，并考虑应用就地材料和工业废料（如粉煤灰等），以配制成性能优越、价格便宜的砼。
三、水泥砼配合比设计三参数
由水泥、水、细集料和粗集料组成的普通砼配合比设计，就是确定这四组分之间的分配比例，四组分的比例可以由下列三参数来控制。
1、水灰比
水与水泥组成水泥浆体。
水泥浆体的性能，在水与水泥性质固定的条件下，就决定水与水泥的比例，这一比例就称为“水灰比”。
2、砂率
细集料（砂）与粗集料（石）组成矿质混合料。
矿料骨架的性能，在砂石性质固定的条件下，就取决于砂与石之间的用量比例，这一比例称为“砂石比”。
但现行砼配合比设计方法对砂石之间的用量比例，是采用“砂率”来表示。
砂率就是砂的用量占砂石总用量的质量百分率，所以实质上砂率即表征砂与石之间的相对含量。
3、用水量
水泥浆与集料组成砼拌和物。
拌和物的性能，在水泥浆与集料性质固定的条件下，就取决于水泥浆与集料的比例，这一比例称为“浆集比”。
但现行砼配合比设计方法对水泥浆与集料之间的比例关系，是用“单位用水量”（简称用水量）来表示。
所谓单位用水量，是指1m3砼拌和物中水的用量（kg/m3）。
当水灰比固定的条件下，用水量既定，水泥用量亦随之确定。
在1m3拌和物中，水与水泥用量既定，当然集料的总用量亦确定。
所以用水量即表示水泥浆与集料之间的用量比例关系。
上述三参数与四组分间的关系可表示如图3-3-1。
在砼配合比设计中，如能正确处理好四种组成材料之间的三参数关系，就能使设计的砼达到上述基本要求。
三参数与技术性能的关系如图3-3-2。
图3-3-1砼四组分三参数的关系图
水灰比（W/C）
用量（m）
wo
砂率（β）
s
强度（fc）
耐久性（D）
工作性（T）
图3-3-2三参数对技术性能的影响
3、确定试验室配合比
以基准配合比为基础，增加和减少水灰比，拟定几组（通常三组）适合工作性要求的配合比，通过制备试块、测定强度，确定既符合强度和工作性要求，又较经济的试验室配合比，即mc:
mw:
ms:
mg或mcb:
mwb:
msb:
mGb。
五、水泥砼配合比设计流程
第一阶段：
根据设计图纸及施工单位的工艺条件，结合当地、当时的具体条件，提出要求，为第二阶段作准备。
第二阶段：
选用材料、选用设计参数，这是整个设计的基础。
材料和参数的选择决定配合比设计是否合理。
第三阶段：
计算用料，可用质量法或体积法计算。
第四阶段：
对配合比设计的结果，进行试配、调整并加以确定。
配合比确定后，应签发配合比通知书。
通知书的格式如表3-3-1。
搅拌站在进行搅拌前，应根据仓存砂、石的含水率作必要的调整，并根据搅拌机的规格确定每拌一次的投料量。
搅拌后应将试件强度反馈给签发通知书的单位。
砼配合比设计通知书表3-3-1
基本
资料
工程名称：
特殊要求：
项目名称：
委托日期：
工程数量：
报告日期：
基本参数
强度标准差
砼强度等级
坍落度
构件最小截面
最小钢筋间距
配合比材料质量及数量（每立方米砼用量）
水泥
砂
石子
外加剂
粉煤灰
品种
标号
密度
规格
等级
密度
品种
级配
密度
品牌
减水率
级别
密度
kg
kg
kg
kg
kg
水用量kg，确定后配合比：
mc:
ms:
mg:
mw:
mf=1:
ms/mc:
mg/mc:
mw/mc:
mf/mc
注意
事项
设计负责人：
设计人：
第二节普通水泥砼配合比设计方法
普通水泥砼配合比设计方法是以抗压强度为指标的计算方法。
一、计算初步配合比
1、确定砼的配制强度Ryp
砼配制强度（Ryp）应根据：
（1）设计要求的砼强度等级和
（2）施工单位质量管理水平，按式（3-3-1）确定。
Ryp=Ry+Zσ（3-3-1）
式中：
Ryp—砼的施工配制强度（MPa）
Ry—砼立方体抗压强度标准值（即设计要求的砼强度等级）（MPa）
Σ—由施工单位质量管理水平确定的砼强度标准差（MPa）
砼强度标准差（σ）值按式（3-3-2）计算：
（3-3-2）
其中：
Ryi—第i组砼试件s立方体抗压强度值（MPa）；
Ry—n组砼试件立方体抗压强度平均值（MPa）；
n—统计周期内相同等级的试件组数，n≥25组。
砼强度标准差（σ）可根据近期同类砼，强度资料求得，其试件组数不应少于25组。
对C20-C25级砼，若强度标准差计算值低于2.5MPa时，则计算配制强度时的标准差取用2.5MPa；对不低于C30级砼，若计算标准计算值低于3.0MPa时，则计算配制强度时的标准差取用3.0MPa。
若无历史统计资料时，强度标准差可根据要求的强度等级按表3-3-2规定取用。
标准差σ值表表3-3-2
强度等级（MPa）
低于C20
C20-C25
高于C25
标准差σ（MPa）
4.0
5.0
6.0
Z——信度界限，决定保证率P的积分下限。
当P>50%，t应为负值。
按GBJ55-93规定取概率分布为0.05分位数（即P=95%），Z=1.645σ。
式（3-3-1）改写为（3-3-3）。
Ryp=Ry+1.645σ（3-3-3）
2、计算水灰比（W/C）
（1）按砼要求强度等级计算水灰比和水泥实际强度根据已确定的砼配制强度Ryp，由式（3-3-4）计算水灰比：
Ryp=ARs（C/W-B）（3-3-4）
式中：
Ryp——砼配制强度（MPa）；
A，B——砼强度回归系数，根据使用的水泥和粗、细集料经过试验得出的灰水比与砼强度关系式确定，若无上述试验统计资料时，可采用表3-1-7数值；
C/W——砼所要求的灰水比；
Rs——水泥的实际强度（MPa）。
在无法取得水泥实际强度时，可采用水泥标号按式（3-3-5）计算：
Rs=γcRb（3-3-5）
其中：
Rb——水泥标号的标准值（MPa）；
γc——水泥标号值的富余系数。
该值按各地区实际统计资料确定。
通常取γc=1.00~1.13。
由式（3-3-4）和式（3-3-5）得
W/C=ARs/（Ryp+ABRs）（3-3-6）
（2）按耐久性校核水灰比按式（3-3-6）计算所得的水灰比，系按强度要求计算得到的结果。
在确定采用的水灰比时，还应根据砼所处环境条件，耐久性要求的允许最大水灰比（参见表3-3-3）进行校核。
如按强度计算的水灰比大于耐久性允许的最大水灰比，应采用允许的最大水灰比。
普通砼的最大水灰比和最小水泥用量（JGJ/T55-96）表3-3-3
环境条件
结构物类别
最大水灰比值
最小水泥用量（kg）
素砼
钢筋砼
预应力砼
素砼
钢筋砼
预应力砼
干燥环境
*正常的居住或办公用房屋内
不作规定
0.65
0.60
200
260
300
潮湿环境
无冻害
*高湿度的室内
*室外部件
*在非侵蚀性土和（或）水中的部件
0.70
0.60
0.60
225
280
300
有冻害
*经受冻害的室外部件
*在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件
*高湿度且经受冻害中的室内部件
0.55
0.55
0.55
250
280
300
有冻害和除冰剂的潮湿环境
*经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件
0.50
0.50
0.50
300
300
300
注：
当用活性掺合料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。
3、选定单位用水量（mwo）
根据粗集料的品种、粒径及施工要求的砼拌和物稠度值（坍落度或维勃稠度）选择每立方米砼拌和物的用水量。
一般可根据施工单位对抽用材料的经验选定。
如使用经验不足，可参照表3-3-4选取。
普通砼的用水量选用表（kg/m3）（JGJ/T55-96）表3-3-4
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）
15-20
175
160
145
180
170
155
10-15
180
165
150
185
175
160
5-10
185
170
155
190
180
165
坍落度（mm）
10-30
190
170
150
200
185
165
50-70
200
180
160
210
195
175
30-50
210
190
170
220
205
185
70-90
215
195
175
230
215
195
注：
①本表用水量系用中砂时的平均取值，如采用细砂，每立方砼用水量可增加5-10kg，采用粗砂则可减少5-10kg；
②掺用各种外加剂或掺合料时，可相应增减用水量；
③本表不适用于水灰比小于0.4或大于0.8时的砼。
4、计算单位水泥用量（mco）
（1）按强度要求计算单位用灰量每立方米砼拌和物的用水量（mwo）选定后，即可根据强度或耐久性要求已求得的水灰比（W/C）值计算水泥用量。
mco=mwo×C/W或mco=mwo/（W/C）（3-3-7）
（2）按耐久性要求校核单位用灰量根据耐久性要求，普通水泥砼的最小水泥用量，依结构物所处环境条件分别规定如表3-3-3。
按强度要求由式（3-3-7）计算得的单位水泥用量，应不低于3-3-3规定的最小水泥用量。
5、选定砂率（βs）
根据粗骨料品种、最大粒径和砼拌和物的水灰比确定砂率。
一般可根据施工单位所用材料的使用经验选定，如使用经验不足，可参照表3-3-5选取。
砼的砂率选用表（%）（JGJ/T55-96）表3-3-5
水灰比（W/C）
卵石最大粒径（mm）
碎石最大粒径（mm）
10
20
40
16
20
40
0.40
26-32
25-31
24-30
30-35
29-34
27-32
0.50
30-35
29-34
28-33
33-38
32-37
30-35
0.60
33-38
32-37
31-36
36-41
35-40
33-38
0.70
36-41
35-40
34-39
39-44
38-43
36-41
注：
①本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；
②本表适用于坍落度为10-60mm的砼，坍落度如大于60mm或小于10mm时的砼，应相应地增大或减少砂率；
③只用一个单粒级粗骨料配制砼时，砂率应适当增大；
④掺有各种外加剂或掺合料时，其合理砂率应经试验或参照其它有关规定确定；
⑤对薄壁构件砂率取偏大值。
6、计算粗、细集料单位用量（mGo、mso）
粗、细集料的单位用量，可用质量法或体积法求得。
（1）质量法质量法又称假定表观密度法。
该法是假定砼拌和物的表观密度为一固定值，砼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、细骨料的单位用量可由式（3-3-8）关系式求得：
（3-3-8）
由式（3-3-8）得：
mso=（ρcp-mco-mwo）βs
mGo=ρcp-mco-mwo-mso
式中：
mGo、mco、mwo和mso——每立方米砼的水泥、水、粗骨料和细骨料的用量（kg）；
βs——砂率（%）；
ρcp——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；如缺乏资料时，可根据集料的表观密度、粒径以及砼强度等级，在2300-2450kg范围内选定，可参考表3-3-6。
砼假定湿表观密度参考表表3-3-6
砼强度等级
C7.5-C15
C20-C30
>C40
假定湿表观密度（kg/m3）
2300-2360
2360-2400
2450
（2）体积法体积法又称绝对体积法。
该法是假定砼拌和物的体积等于各组成材料绝对体积和砼拌和物中所含空气体积之总和。
在砂率值为已知的条件下，粗、细集料的单位用量可由式（3-3-9）的关系求得：
（3-3-9）
式中：
βs、mGo、mco、mwo和mso——意义同式（3-3-8）；
ρc、ρw——水泥、水的密度（g/cm3）；
ρ'G、ρ's——粗集料、细集料的表观密度（g/cm3）；
α——砼的含气量百分率（%）。
在不使用引气型外加剂时，α可取为1。
在上述关系式中，可取ρc=2.9~3.1kg/L，ρw=1.0kg/L；ρ‘G和ρ’s应按国标（JGJ53-92）和（JGJ52-92）的方法测定。
以上两种确定粗、细集料单位用量的方法，一般认为，质量法比较简便，不需要各种组成材料的密度资料，如施工单位已积累有当地常用材料所组成的砼湿表观密度资料，亦可得到准确的结果，体积法由于是根据各组成材料实测的密度来进行计算的，所以获得较为精确的结果。
二、试拌调整、提出基准配合比
1、试拌
（1）试拌材料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。
如不是用干燥集料配制，称料时应在用水量中扣除集料中超过的含水量值，集料称量也应相应增加。
但在以后试配调整时配合比仍应取原计算值，不计该项增减数值。
（2）搅拌方法和拌和物数量砼搅拌方法，应尽量与生产时使用方法相同。
试拌时，每盘砼的数量一般应不少于表3-3-7的建议值。
如需进行抗折强度试验，则应根据实际需要计算用量。
采用机械搅拌时，拌量应不少于搅拌机额定搅拌量的1/4。
砼试配用拌和量（JGJ/T55-96）表3-3-7
集料最大粒径（mm）
拌和物数量（L）
集料最大粒径（m）
拌和物数量（L）
≤30
15
40
25
2、校核工作性、调整配合比
按计算出的初步配合比进行试拌，以校核砼拌和物的工作性。
如试样得出的拌和物坍落度（或维勃稠度）不能满足要求。
或粘聚性和保水性能不好时，则应在保证水灰比不变的条件下，相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。
然后提出供砼强度校核用的“基准配合比”即mca:
mwa:
msa:
mGa。
三、检验强度、确定试验室配合比
1、制作试件、检验强度
为校核砼的强度，至少拟定三个不同的配合比，其中一个为按上述得出的基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05（或0.10），其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可增加及减少1%。
制作检验砼强度的试件时，尚应检验拌和物的坍落度（或维勃稠度）。
粘聚性、保水性及测定砼的表观密度，并以此结果表征该配合比的砼拌和物的性能。
为检验砼强度，每种配合比至少制作一组（三块）试件，在标准养护28d条件下进行抗压强度测试。
有条件的单位可同时制作几组试件，供快速检验或较早龄期（3d、7d等）时抗压强度测试，以便尽早提出砼配合比供施工使用。
但必须以标准养护28d强度的检验结果为依据调整配合比。
2、确定试验室配合比
根据“强度”检验结果和“湿表观密度”测定结果，进一步修正配合比，即可得到“试验室配合比设计值”。
（1）根据强度检验结果修正配合比
①确定用水量（mwb）取基准配合比中的用水量（mwa），并根据制作强度检验试件时测得坍落度（或维勃稠度）值加以适当调整。
②确定水泥用量（mcb）取用水量乘以由“强度—灰水比”关系定出的，为达到配制强度（Ryp）所必须的灰水比值。
③确定粗、细集料用量（msb和mGb）取基准配合比中的砂、石用量，并按定出的水灰比作适当调整。
（2）根据实测拌和物湿表观密度修正配合比
①根据强度检验结果修正后定出的砼配合比，计算出砼的“计算湿表观密度”（ρ'cp）即
ρ'cp=mcb+msb+mGb+mwb
②将砼的实测表观密度值（ρcp）除以计算湿表观密度值（ρ'cp）得出“校正系数”δ，即
（3-3-10）
③将砼配合比中各项材料用量乘以校正系数δ，即得最终确定的试验室配合比设计值。
m'cb=mcbδ
m'sb=msbδ
m'Gb=mGbδ
m'wb=mwbδ
当砼的实测表观密度值与计算湿表观密度值之差的绝对值不超过计算值的2%时，可不进行该项修正。
四、换算施工配合比
试验室最后确定的配合比，是按绝对干状态集料计算的。
而施工现场砂、石材料为露天堆放，都含有一定的含水率。
因此，施工现场应根据现场砂、石的实际含水率的变化，将试验室配合比换算为施工配合比。
设施工现场实测砂、石含水率分别为a%、b%。
则施工配合比的各种材料单位用量：
mc=m'cb（kg）
ms=m'sb（1+a%）（kg）（3-3-11）
mG=m'Gb（1+b%）（kg）
mw=m'wb-（m'sba%+m'Gbb%）（kg）；
施工配合比：
1:
X:
Y=1:
ms/mc:
mG/mc
W/C=mw/mc
施工每盘称量值的换算：
根据确定的砼施工配合比，每盘砼材料称量值，按式（3-3-12）计算：
m=Vmi（3-3-12）
式中：
m—i材料的称量（kg或m3）；
mi—施工配合比中i材料的用量（kg/m3或m3/m3）；
V—每盘搅拌量（m3）。
第三节路面水泥砼配合比设计方法
路面水泥砼配合比设计是以抗弯拉强度为指标的计算方法
水泥砼路面用砼配合比设计方法，按我国现行国标《水泥砼路面施工及验收规范》（GBJ97-94）和《公路水泥砼路面滑模施工技术规程》（JTJ/T037.1-2000）的规定，采用弯拉强度为指标的方法。
本节介绍国标（GBJ97-94）规范推荐的抗弯拉强度为指标的经验公式法。
路面水泥砼配合比设计，应满足：
①施工工作性；②抗弯拉强度；③耐久性（包括耐磨性）和④经济合理的要求。
一、计算初步配合比
1、确定配制强度
砼配制强度（Rwp）按式（3-3-13）计算：
Rwp=kRw（3-3-13）
式中：
Rwp—砼配制抗弯拉强度（MPa）；
Rw—砼设计抗弯拉强度（MPa）；
k—系数，施工水平较好者k=1.10，一般者k=1.15。
2、计算水灰比（W/C）
砼拌和物的水灰比根据已知的砼配制抗弯拉强度（Rwp）和水泥的实际抗弯拉强度（Rws），代入（3-3-14）或（3-3-15）得到灰水比，然后可计算为水灰比。
对碎石砼
C/W=（Rwp+1.0079-0.3485Rws）/1.5684（3-3-14）
对砾（卵）石砼
C/W=（Rwp+1.5492-0.4565Rws）/1.2618（3-3-15）
式中：
Rwp—砼配制抗弯拉强度（MPa）；
Rws—水泥实际抗弯拉强度（MPa）；
C/W—灰水比。
路面砼水灰比一般不小于0.40，不大于0.50。
3、计算单位用水量（mwo）
砼拌和物每1m3的用水量（kg），按式（3-3-16）或（3-3-17）确定。
对于碎石砼
mwo=104.97+3.09H+11.27C/W+0.61βs（3-3-16）
对于卵石砼
mwo=86.89+3.70H+11.24C/W+1.00βs（3-3-17）
式中：
H—砼拌和物坍落度（cm）；
βs—砂率（%）。
普通水泥砼路面的砂率可参考表3-3-8.1选定，若采用滑模施工技术时，应参考表3-3-8.2选定。
砼拌和物砂率范围表3-3-8.1
水灰比
碎石最大粒径（mm）
卵石最大粒径（mm）
20
40
20
40
0.40
29-34
27-32
25-31
24-30
0.50
32-37
30-35
29-34
28-33
砂的细度模数与最优砂率的关系表3-3-8.2
砂的细度模数
2.2-2.5
2.5-2.8
2.8-3.1
3.1-3.4
3.4-3.7
砂率
Sp（%）
碎石砼
30-34
32-36
34-38
36-40
38-42
砾石砼
28-32
30-34
32-36
34-38
38-40
注：
①该表的水灰比在0.35~0.48之间，使用外加剂；砾石最大粒径20mm，碎石最大粒径30mm，级配良好。
②破碎砾石可在碎石和砾石砼之间内插取值。
按式（3-3-15）或式（3-3-16）计算得的用水量是按集料为包括面干含水量计算的用水量。
砂为粗砂或细砂时，用水量应酌情减少或增加5kg。
碎石砼的单位体积用水量不宜大于160kg/m3，砾石砼用水量不宜大于155kg/m3。
4、计算单位水泥用量（mco）
砼拌和物每1m3水泥用量（kg），按式（3-3-18）计算
mco=mwo/（W/C）（3-3-18）
路面砼单位水泥用量：
采用525号道路硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥宜控制在320-370kg/m3；采用425号道路硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥宜控制在340-400kg/m3；加入粉煤灰时，最大胶材总量（水泥加粉煤灰）不宜大于420kg/m3。
5、计算砂石材料单位用量（mso、mgo）
砂石料单位用量可按前述绝对体积法按式（3-3-19）确定。
mco/ρc+mwo/ρw+mso/ρ's+mGo/ρ'G=1000（3-3-19）
mso/（mso+mGo）×100=βs
式中：
mCO、mWO、mSO、mGO—单位水泥、水、砂、石的用量（kg/m3）；
ρC、ρW—水泥、水的密度；
ρ'S、ρ'G—砂、石的饱和面干土密度；
βS—砂率。
二、试拌调整、提出基准配合比
1、试拌取施工现场实际材料，配制0.03m3砼拌和物。
2、测定工作性测定坍落度（或维勃稠度），并观察粘聚性和保水性。
3、调整配比
升级会员 