公路混凝土配合比设计依据.docx

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公路混凝土配合比设计依据

公路混凝土配合比设计依据

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2007-4-2517:

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   严格按照技术规范的相关规定，进行砼配合比设计，是保证砼施工质量的重要环节。

    砼有四项技术性质，即工艺性质，力学性质，砼的变形，和砼的耐久性。

砼配合比设计，要按照这四项技术性质，分别满足设计强度的要求，满足施工和易性的要求，满足耐久性的要求，以及满足经济性的要求。

在公路工程监理实践中，发现部分工地试验室，设计砼配合比当中，存在不满足四项要求的现象。

尤其突出的是低强度等级砼配合比设计，水灰比与单位水泥用量，低于相关规范的规定。

水下砼配合比设计，砂率与单位用水量，低于相关规范的规定等等。

    水灰比、砂率、单位用水量，是砼配合比设计的三大参数。

正确运用这三大参数，决定砼配合比设计的成败。

有的工地试验室，在低强度等级砼配合比设计中，运用给定的计算公式，所求出的水灰比较大。

水灰比越大，单位水泥用量则越小，没有对照相关规定就直接指导施工，是严重的设计错误。

因为，砼结构所处环境不同，耐久性要求对其约束也有所不同。

如设计强度等级C 15的砼配合比，坍落度30mm，水泥强度等级32.5，单位用水量189 kg／m3。

按照公式计算，水灰比为0.66，水泥用量为286kg／m3，计算方法没有错误。

经过监理审核，对照JTJ 041—2000《公路桥涵施工技术规范》表11.3.4的规定。

表11.3.4  混凝土的最大水灰比和最小水泥用量

混凝土结构所处环境 无筋混凝土 钢筋混凝土

 最大水灰比 最小水泥用量（kg／m3） 最大水灰比 最小水泥用量

（kg／m3）

温暖地区或寒冷地区，无侵蚀物质影响，与土直接接触 0.60 250 0.55 275

严寒地区或使用除冰盐的桥涵 0.55 275 0.50 300

受侵蚀性物质影响 0.45 300 0.40 325

注：

①本表中的水灰比，系指水与水泥（包括外掺混合材料）用量的比值。

②本表中的最小水泥用量，包括外掺混合材料。

当采用人工捣实混凝土时，水泥用量应增加25kg/m3。

当掺用外加剂且能有效地改善混凝土的和易性时，水泥用量可减少25kg/m3。

③严寒地区系指最冷月份平均气温≤-10℃且日平均温度在≤5℃的天数≥145d的地区。

    该结构物为无筋混凝土，所处环境，限制最大水灰比不能大于0.60，该配合比的水灰比为0.66，显然不能满足耐久性要求。

    有的工地试验室，在水下砼配合比设计中，砂率仅仅给定38％。

相对于高强度砼，砂率很高，然而对于水下砼而言砂率则太低。

由于细集料少，粗集料多，砼流动性和粘聚性较差，泌水严重，砼在运输过程中易离析，不能满足施工和易性要求。

从而在水下砼浇灌中，往往堵塞管道，造成断桩事故。

砂率所以给定错误，在于设计者没有执行有关规范的规定。

依据JTJ 041—2000《公路桥涵施工技术规范》6.5.3水下混凝土配制  4 混凝土配合比的含砂率宜采用，水灰比宜采用0.5—0.6。

有试验依据时含砂率和水灰比可酌情增大或减小。

经过监理审核，该水下砼配合比砂率在0.4～0.5范围之外，应重新试配。

要避免砼配合比设计错误，必须熟悉施工技术规范的相关规定。

因此，把分散于各技术规范中，有关砼配合比设计的条文，集中于本文中，与同行共勉。

一、水下砼

1、可采用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，使用矿渣水泥时应采取防离析措施。

水泥的初凝时间不宜少于2.5h，水泥的强度等级不宜低于42.5。

2、粗集料宜优先选用卵石，如采用碎石宜适当增加砼配合比的含砂率。

集料的最大粒径不应大于导管内径的1/6~1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于40mm。

3、细集料宜采用级配良好的中砂。

4、砼配合比的含砂率宜采用0.4~0.5，水灰比宜采用0.5~0.6 。

有试验依据时含砂率和水灰比可酌情增大或减小。

5、砼拌和物应有良好的和易性，在运输和灌注过程中应无显著离析、泌水现象。

灌注时应保持足够的流动性，其塌落度宜为190~220mm。

砼拌和物中宜掺用外加剂、粉煤灰等材料，其技术条件及掺用量可参照本规范第11章有关规定办理。

6、每立方米水下砼的水泥用量不宜少于350kg，当掺有适宜数量的减水缓凝剂或粉煤灰时，可不少于300kg。

7、水下砼技术指标：

强度等级（MPa） 均方差（MPa） 配制强度（MPa） 砂细度模数 砂含泥量 泥块含量 云母含量 碎石压碎值 碎石针片状 碎石含泥量 碎石泥块含量 小于2.5mm的颗粒含量

20 4 26.6 2.3

~

3.0 ≤5% ≤2% ＜2% ≤16% ≤25% ≤2% ≤0.5% ≤5%

25 5 33.2         

30 5 38．2  ≤3% ≤1%   ≤15% ≤1% ≤0.7% 

摘自《JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范》P44

二、C50~C80高强砼

1、砼抗压强度的试件以边长为150mm的标准尺寸立方体。

2、家选择高强度水泥，可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。

立窖生产的水泥须经仔细检验其化学成分后方可使用。

3、细集料宜采用级配良好的中砂，细度模数不小于2.6，含泥量应小于2%。

4、粗集料应采用质地坚硬、级配良好的碎石，骨料的抗压强度应比所配制的砼强度高50%以上，含泥量应小于1%，针片状颗粒含量应小于5%，骨料的最大粒径宜小于25mm。

5、配制高强度砼必须使用高效减水剂，并根据不同的要求辅以助剂配制，其掺量应根据试验确定，外加剂的性能必须符合本规范第11.2.5条的规定。

6、配制时宜外掺的混合料为磨细的粉煤灰、沸石粉、硅粉。

混合料的技术条件应符合本规范第11.2.6条的规定，其掺量应根据试验确定。

7、高强度砼中的氯离子含量，对位于温暖或寒冷地区、无侵蚀物质影响、与土直接接触的桥梁，不应超过水泥重量的0.2%；

对于位于严寒和海水区域，受侵蚀环境，使用除冰盐的桥涵，不应超过水泥重量的0。

1%；

砼的含碱总量的限制要求同本规范第11.3.6.条。

8、水灰比宜控制在0.24~0.38的范围内。

9、所用水泥重量不宜超过500kg/m3，水泥与混合材料的总量不超过550~600 kg/m3。

粉煤灰掺量不宜超过胶结料重量的30%，沸石粉不超过10%，硅粉不宜超过8~10%。

掺用混合材料的种类和数量，必须经试验报监理工程师批准后确定。

10、高强砼的砂率宜控制在28%~34%的范围内。

11、高效减水剂的掺量宜为胶结料的0.5%~1.8%。

12、高强砼技术指标：

强度等级（MPa） 配制系数 配制强度（MPa） 砂细度模数 砂含

泥量 碎石

针片状

含量 碎石

含泥量 碎石最大粒径

C50 1.15倍 57.5 不小于2.6 应小于2% 应小于5%

 1% 宜

小于25

mm

C60  69.0     

C70 1.12倍 78.4     

C80  89.6     

摘自《JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范》P109

三、小碎石砼

1小碎石砼的粗骨料可采用细卵石或碎石，最大粒径不宜大于20mm。

2、塌落度：

片石砌体为50~70mm，块石砌体为70~100mm。

3、为改善砼拌和物的和易性，可通过试验，在拌和物中掺入一定数量的减水剂或粉煤灰。

摘自《JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范》P142

四、喷射砼

1、○1喷射砼的设计强度等级不应低于C15；

   ○2竖井、重要隧道和斜井工程，喷射砼的设计强度等级不应低于C20；

   ○3喷射砼1d龄期的抗压强度不应低于1 Mpa；

   ○4钢纤维喷射砼的设计强度等级不应低于C20，其抗拉强度不应低于2 Mpa抗弯强度不应低于6 Mpa。

2、喷射砼的体积密度可取2200 kg/m3。

3、应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可采用矿渣硅酸盐水泥或火山灰水泥，必要时，可采用特种水泥。

水泥强度等级不应低于32.5Mpa。

4、应采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，干法喷射时，砂的含水率宜控制在5%~7%;当采用防粘料喷射机时，砂的含水率可为7%~10%中。

应采用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不宜大于15mm；当使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石材。

5、在使用速凝剂之前，应做水泥与速凝剂的相容性试验，做水泥净浆凝结效果试验，初凝不得大于5min，终凝不得大于min；在采用其它类型的的外加剂或几种外加剂复合使用时，也应做相应的性能试验和使用效果试验。

当工程需要采用外掺料时，掺量应通过试验确定，加外掺料后喷射砼必须满足设计要求。

6、混合水中，不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质，不得使用污水及P值小于4的酸性水，和含硫酸盐按SO4计算超过混合用水量重量的1%的水。

7、干法喷射水泥与砂、石之重量比，宜为1.0：

4.0~1.0：

4.5；

   湿送喷射水泥与砂、石之重量比，宜为1.0：

3.5~1.0：

4.0；

   水灰比宜为0.42~0.50；

   砂率宜为50%~60%。

8、干混合料宜随拌随用，无速凝剂掺入的混合料，存放时间不应超过2h，干混合料掺速凝剂后，存放时间不应超过20min。

9、用于湿法喷射的混合料拌制后，应进行塌落度试验，其塌落度宜为8~12cm。

12、喷射砼技术指标：

强度  等级（MPa） 1d的抗压强度 水泥强度等级 砂细度模数 水泥净浆凝结效果 碎石最大粒径

    初凝 终凝 

不应低于C15 不应低于1MPa 不应低于32.5 MPa 宜大于2.5 不应大于5min 不应大于10min 15mm的通过率为100%

13、喷射砼抗压强度标准试块制作方法:

○1标准试块应采用从现场施工的喷射砼板件上切割成要求尺寸的方法制作。

模具尺寸为长450X宽350X高120（cm）,其尺寸最小的一个边为敞开状。

○2标准试块制作应符合下列步骤：

A在喷射作业面

摘自《GB50086-2001 锚杆喷射砼支护技术规范》P44

五、泵送砼

1、泵送砼应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰水泥，并不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。

2、粗集料的最大粒径：

分类 m 碎石不宜大于管径 卵石不宜大于管径

泵送高度 小于5 1/3 1/2.5

 50~100 1/4 1/3

 100以上 1/5 1/4

粗骨料应采用连续级配。

针片状颗粒含量不宜大于10%。

3、泵送砼宜采用中砂，其通过0.315筛孔的颗粒含量不应小于15%，通过0.160筛孔的含量不应小于15%。

中华人民共和国交通部《公路工程国内招标文件范本》（2003年版）下册P208公路混凝土路面配合比设计

一、对原材料的要求：

3.1 水泥：

特重、重交通路面宜采用旋窑道路硅酸盐水泥，也可采用旋窑硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；中、轻交通的道路可采用矿渣硅酸盐水泥；低温天气施工或有快通要求的路段可采用R型水泥，此外宜采用普通型水泥。

各交通等级路面水泥抗折强度、抗压强度应符合表3.1.1的规定：

表3.1.1   各交通等级路面水泥各龄期抗折强度、抗压强度    

交通等级 特重交通 重交通 中、轻交通

龄期（d） 3 28 3 28 3 28

抗压强度（Mpa），≥ 25.3 57.5 22.0 52.5 16 42.5

抗折强度（Mpa），≥ 4.5 7.5 4.0 7.0 3.5 6.5

3.3 粗集料：

粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、碎卵石和卵石，并应符合表3.3.1的规定。

高速公路、一级公路、二级公路及有抗盐（冻）要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料等级不低于Ⅱ级，无抗盐（冻）要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土路面及贫混凝土基层可使用使用Ⅲ级粗集料。

有抗盐（冻）要求时，Ⅰ级集料吸水率不应大于1.0％，Ⅱ级集料吸水率不应大于2.0％。

表3.3.1   碎石、碎卵石和卵石技术要求    

项目 技术要求

 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级

碎石压碎指标（％） ＜10 ＜15 ＜20①

卵石压碎指标（％） ＜12 ＜14 ＜16

坚固性（按质量损失计％） ＜5 ＜8 ＜12

针片状颗粒含量（按质量计％） ＜5 ＜15 ＜20②

含泥量（按质量计％） ＜0.5 ＜1.0 ＜1.5

泥块含量（按质量计％） ＜0 ＜0.2 ＜0.5

有机物含量（比色法） 合格 合格 合格

硫化物及硫酸盐（按SO3质量计％） ＜0.5 ＜1.0 ＜1.0

岩石抗压强度 火成岩不应小于100Mpa；变质岩不应小于80 Mpa；水成岩不应小于60 Mpa

表观密度 ＞2500kg／m3

松散堆积密度 ＞1350kg／m3

空隙率 ＜47％

碱集料反应 经碱集料反应试验后，试验无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10％

注：

①Ⅲ级碎石的压碎指标，用做路面时，应小于20％；用做下面层或基层时，可小于25％。

    ②Ⅲ级粗集料的针片状颗粒含量，用做路面时，应小于20％；用做下面层或基层时，可小于25％。

3.3.2 用做路面和桥面混凝土的粗集料不得使用不分级的统料，应按最大公称粒径的不同采用2～4个粒级的集料进行掺配，并应符合表3.3.2合成级配的要求。

卵石最大公称粒径不宜大于19.0mm；碎卵石最大公称粒径不宜大于26.5mm；碎石最大公称粒径不宜大于31.5mm；贫混凝土基层粗集料最大公称粒径不宜大于31.5mm；钢纤维混凝土与碾压混凝土最大公称粒径不宜大于19.0mm。

碎卵石或碎石中粒径小于75μm的石粉含量不宜大于1％。

表3.3.2  粗集料级配范围   

粒径

类型     级配 方孔筛尺寸（mm）

 2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.5 31.5 37.5

 累计筛余（以质量计）（％）

合成级配 4.75～16 95～100 85～100 40～60 0～10    

 4.75～19 95～100 85～100 60～75 30～45 0～5   

 4.75～26.5 95～100 90～100 70～90 50～70 25～40 0～5 0 

 4.75～31.5 95～100 90～100 75～90 60～75 40～60 20～35 0～5 0

粒径 4.75～9.5 95～100 80～100 0～15 0    

 9.5～16  95～100 80～100 0～15 0   

 9.5～19  95～100 85～100 40～60 0～15 0  

 16～26.5   95～100 55～70 25～40 0～10 0 

 16～31.5   95～100 85～100 55～70 25～40 0～10 0

3.4.1 细集料：

细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，并应符合表3.4.1的规定。

高速公路、一级公路、二级公路及有抗盐（冻）要求的三、四级公路混凝土路面使用的砂应不低于Ⅱ级，无抗盐（冻）要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土路面及贫混凝土基层可使用使用Ⅲ级砂。

特重、重交通混凝土路面宜使用河砂，砂的硅质含量不应低于25％。

表3.4.1  细集料技术指标  

项目 技术要求

 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级

机制砂单粒级最大压碎指标（％） ＜20 ＜25 ＜30

氧化物（氯离子质量计％） ＜0.01 ＜0.02 ＜0.0

坚固性（按质量损失计％） ＜6 ＜8 ＜10

云母（按质量计％） ＜1.0 ＜2.0 ＜2.0

天然砂、机制砂含泥量（按质量计％） ＜1.0 ＜2.0 ＜3.0②

天然砂、机制砂泥块含量（按质量计％） 0 ＜1.0 ＜2.0

机制砂MB值＜1.4或合格石粉含量②（按质量计％） ＜3.0 ＜5.0 ＜7.0

机制砂MB值＜1.4或不合格石粉含量（按质量计％） ＜1.0 ＜3.0 ＜5.0

有机物含量（比色法） 合格 合格 合格

硫化物及硫酸盐（按SO3质量计％） ＜0.5 ＜0.5 ＜0.5

轻物质（按质量计％） ＜1.0 ＜1.0 ＜1.0

机制砂母岩抗压强度 火成岩不应小于100Mpa；变质岩不应小于80 Mpa；水成岩不应小于60 Mpa

表观密度 ＞2500kg／m3

松散堆积密度 ＞1350kg／m3

空隙率 ＜47％

碱集料反应 经碱集料反应试验后，试验无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10％

表3.4.2  细集料级配范围   

砂分级 方筛孔尺寸（mm）

 0.15 0.30 0.60 1.18 2.36 4.75

 累计筛余（以质量计）（％）

粗砂 90～100 80～95 71～85 35～65 5～35 0～10

中砂 90～100 70～92 41～70 10～50 0～25 0～10

细砂 90～100 55～85 16～40 0～25 0～15 0～10

二、混凝土配合比：

4.1.1普通混凝土配合比设计适用于滑模摊铺机、轨道摊铺机、石辊轴机组及小型机具四种施工方式。

4.12

（2）应按式（4.1.2）计算配制28d弯拉强度的均值。

式中：

fc —配制28天弯拉强度的均值（MPA）；Fr —设计弯拉的强度标准值（MPA）

S —弯拉强度试验样本的标准差（MPA）；t —保证率系数，按表4.1.2—1确定

表4.1.2—1  保证率系数   

公路技术等级 判别概率P 样本数N（组）

  3 6 9 15 20

高速公路 0.05 1.36 0.79 0.61 0.45 0.39

一级公路 0.10 0.95 0.59 0.46 0.35 0.30

二级公路 0.15 0.72 0.46 0.37 0.28 0.24

三、四级公路 0.20 0.56 0.37 0.29 0.22 0.19

CV —弯拉强度变异系数，应按统计数据在表4.1.2—2的规定值范围内取值；在无统计数值时，弯拉强度变异系数应按设计取值；如果施工配制弯拉强度超出设计给定的弯拉强度变异系数上限，则必须改进机械设备和提高施工控制水平。

表4.1.2—2  各级公路混凝土路面弯拉强度变异系数 

公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路

混凝土弯拉强度变异系数水平等级 低 低 中 中 高

弯拉强度变异系数CV允许变化范围 0.05～0.10 0.05～0.10 0.10～0.15 0.10～0.15 0.15～0.20

2、工作性：

（1）滑模摊铺机前拌合物最佳工作性及允许范围应符合表4.1.2—3的规定。

混凝土路面滑模摊铺机最佳工作性及允许范围  4.1.2—3

                指标

   界限 坍落度SL（mm） 振动粘度系数

η（ns／m2）

 卵石混凝土 碎石混凝土 

最佳工作性 20～40 25～50 200～500

允许波动范围 5～55 10～65 100～600

注：

（1）滑模摊铺机适宜的摊铺速度应控制在0.5～2.0m／min之间；

（2）本表适用于设超铺角的滑模摊铺机；对不设超铺角的滑模摊铺机，最佳振动粘度系数为25～600 ns／m2；最佳坍落度卵石为10～40mm；碎石为10～50mm。

   （3）滑模摊铺机的最大单位用水量卵石混凝土不宜大于155kg／m3；碎石混凝土不宜大于160kg／m3。

（2）轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具摊铺的路面混凝土坍落度及最大单位用水量，应满足表4.1.2—4的规定。

表4.1.2—4  不同路面施工方式混凝土坍落度及最大单位用水量 

摊铺方式 轨道摊铺机摊铺 三辊轴机组摊铺 小型机具摊铺

出机坍落度（mm） 40～60 30～50 10～40

摊铺坍落度（mm） 20～40 10～30 0～20

最大单位用水量

（kg／m3） 碎石 卵石 碎石 卵石 碎石 卵石

 156 153 153 148 150 145

注：

（1）表中的最大单位用水量系采用中砂、粗集料为风干状态的取值，采用细砂时，应使用减水率较大的（高效）减水剂。

（2）使用碎卵石时，最大单位用水量可取中值。

3耐久性

（2）各交通等级路面混凝土满足耐久性要求的最大水灰（胶）比和最小单位水泥用量应符合表4.1.2—6的规定。

最大单位水泥用量不宜大于400kg／m3；掺粉煤灰时，最大单位胶村总量不宜大于420kg／m3。

表4.1.2—6  混凝土满足耐久性要求的最大水灰（胶）比和最小单位水泥用量 

公路技术等级 高速公路、

一级公路 二级公路 三、四级公路

最大水灰（胶）比 0.44 0.46 0.48

抗冰冻要求最大水灰（胶）比 0.42 0.44 0.46

抗盐冻要求最大水灰（胶）比 0.40 0.42 0.44

最小单位水泥用量

（g／m3） 42.5级 300 300 300

 32.5级 310 310 310

抗冰（盐）冻时最小单位水泥用量（g／m3） 42.5级 320 320 320

 32.5级 330 330 330

掺粉煤灰时最小单位水泥用量（g／m3） 42.5级 260 260 255

 32.5级 280 270 265

抗冰（盐）冻掺粉煤灰时最小单位水泥用量

（42.5级水泥）（g／m3） 280 270 265

注：

（1）掺粉煤灰，并有抗冰（盐）冻性要求时，不得使用32.5级水泥；

（2）水灰（胶）比计算砂石料的自然风干状态计（砂含水量≤1.0％，石子含水量≤0.5％）；

   （3）处在除冰盐、海风、酸雨或硫酸盐等腐蚀性环境中，或在大纵坡等加减速车道上的混凝土，最大水灰（胶）比可比表中数值降低0.01～0.02。

（4）在海风、酸雨或硫酸盐等腐蚀性环境影响范围内的混凝土路面和桥面，在使用硅酸盐水泥时，应参加粉煤灰、磨细矿渣或硅灰掺合料，不宜单独使用硅酸盐水泥，可使用矿渣或普通水泥。

4.1.3外加剂的使用应符合下列要求：

1、高温施工时，混凝土拌合物的初凝时间不得大于3H，否则应采取缓凝或保塑措施；低温施工时，终凝时间不得大于10H，否则应采取必要的促凝或早强措施。

2、外加剂的掺量应由试配试验确定。

引气剂的适宜掺量可由搅拌机口的拌合物含气量进行控制。

实际路面和桥面引气混凝土的抗冰冻、抗盐冻耐久性，宜采用本规范附录F.1、F2规定的钻芯法测定，测定位置：

路面为表面和表面下50MM；桥面为表面和表面下30MM；测得的两个表面的最大平均气泡间距系数不宜超过表4.1.3的规定。

4.1.4配合比参数的计算应符合下列要求：

（1）根据粗集料的类型，水灰比可分别按下列统计公式计算：

    碎石或碎卵石混凝土：

                                                              （4.1.4.1）

   卵石混凝土：

                                                               （4.0.4.2）

式中：

W／C—水灰比；

      Fc—水泥实测28d抗折强度（Mpa）

（2）掺用粉煤灰时，应计入超量取代法中代替水泥的那一部分粉煤灰用量（代替砂的超量部分不计入），用水胶比W／C+F代替水灰比W／C。

（3）应在满足弯拉强度计算值和耐久性（表4.1.1—6）两者要求的水灰（胶）比中取小值。

2 、砂率应根据砂的细度模数和粗集料种类，查表4.1.4取值。

在软做抗滑槽时，砂率在表4.1.4基