高强混凝土配合比设计方法及例题.docx

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高强混凝土配合比设计方法及例题

高强（C60）混凝土配合比设计方法[]

基本特点：

1）每立方米混凝土胶凝材料质量480±20kg；

2）水泥用量不低于42.5级，每立方米水泥质量不超过400kg；

3）砂率0.38~0.40，砂率尽量选小些，以降低粘度；

4）使用掺合料取代部分水泥，宜矿渣（10%~20%）与粉煤灰（10%~15%）复掺；

5）优先选用聚羧酸减水剂，并复配有相容性良好缓凝剂与消泡剂；

6）粗骨料粒径不应大于31.5mm，如果强度等级大于C60，其最大粒径不应大于25mm；

7）粗骨料的针片状含量不宜大于5.0%；

8）粗骨料的含泥量不应大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%；

9）细骨料的细度模数宜大于2.6；

10）细骨料含泥量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%。

表1混凝土配合比设计参数参考表（自定，待验证）

砼强度等级

C20

C30

C40

C50

C60

C70

C80

C90

C100

胶凝材料质量（kg）

350±20

360±20

400±20

450±20

480±20

500±20

530±20

550±20

580±20

水胶比W/B

0.50~0.53

0.44~0.47

0.40~0.44

0.33~0.35

0.29~0.33

0.26~0.30

0.28~0.24

0.22~0.26

0.20~0.24

砂率（%）

45~50

40~44

38~40

粗骨料质量（kg）

1050~1100kg

3基本规定

3.0.1混凝土配合比设计应满足混凝土配制强度、拌合物性能、力学性能和耐久性能的设计要求。

混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能的试验方法应分别符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080、《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的规定。

3.0.2混凝土配合比设计应采用工程实际使用的原材料，并应满足国家现行标准的有关要求；配合比设计应以干燥状态骨料为基准，细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%。

3.0.3混凝土的最大水胶比应符合《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。

3.0.4

表3.0.4混凝土的最小胶凝材料用量

最大水胶比

最小胶凝材料用量（kg/m3）

素混凝土

钢筋混凝土

预应力混凝土

0.60

250

280

300

0.55

280

300

0.50

320

≤0.45

330

3.0.5；预应力。

表3.0.5-1钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量

矿物掺合料种类

水胶比

最大掺量（%）

硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥

粉煤灰

≤0.40

≤45

≤35

＞0.40

≤40

≤30

粒化高炉矿渣粉

≤0.40

≤65

≤55

＞0.40

≤55

≤45

钢渣粉

－

≤30

≤20

磷渣粉

－

≤30

≤20

硅灰

－

≤10

复合掺合料

≤0.40

≤60

≤50

＞0.40

≤50

≤40

注：

①采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥之外的通用硅酸盐水泥时，混凝土中水泥混合材和矿物掺合料用量之和应不大于按普通硅酸盐水泥用量20%计算混合材和矿物掺合料用量之和；

②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％；

③复合掺合料中各组分的掺量不宜超过任一组分单掺时的最大掺量。

表3.0.5-2预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量

矿物掺合料种类

水胶比

最大掺量（%）

硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥

粉煤灰

≤0.40

≤35

≤30

＞0.40

≤25

≤20

粒化高炉矿渣粉

≤0.40

≤55

≤45

＞0.40

≤45

≤35

钢渣粉

－

≤20

≤10

磷渣粉

－

≤20

≤10

硅灰

－

≤10

复合掺合料

≤0.40

≤50

≤40

＞0.40

≤40

≤30

注：

①粉煤灰应为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰；

②在复合掺合料中，各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量。

3.0.6

表3.0.6混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量

环境条件

水溶性氯离子最大含量（%，水泥用量的质量百分比）

钢筋混凝土

预应力混凝土

素混凝土

干燥环境

0.3

0.06

1.0

潮湿但不含氯离子的环境

0.2

潮湿而含有氯离子的环境、盐渍土环境

0.1

除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀环境

0.06

3.0.7

表3.0.7掺用引气剂的混凝土最小含气量

粗骨料最大公称粒径（mm）

混凝土最小含气量（％）

潮湿或水位变动的寒冷和严寒环境

盐冻环境

40.0

4.5

5.0

25.0

5.0

5.5

20.0

5.5

6.0

注：

含气量为气体占混凝土体积的百分比。

3.0.8对于有预防混凝土碱骨料反应设计要求的工程，混凝土中最大碱含量不应大于3.0kg/m3，并宜掺用适量粉煤灰等矿物掺合料；对于矿物掺合料碱含量，粉煤灰碱含量可取实测值的1/6，粒化高炉矿渣粉碱含量可取实测值的1/2。

3.0.8混凝土耐久性设计[]

限制每立方米混凝土中胶凝材料的最低和最高用量，尽可能减水硅酸酸盐水泥用量。

除此之外，还应保证混凝土施工质量。

即要混凝土搅拌搅拌均匀、浇捣密实、加强养护，避免产生次生裂缝。

表3.0.8环境分类与作用等级[2]

类别

名称

轻微

轻度

中度

严重

E非常严重

F极端严重

腐蚀机理

Ⅰ

一般环境

Ⅰ－A

Ⅰ－B

Ⅰ－C

－

混凝土碳化引起的钢筋锈蚀

Ⅱ

冻融环境

－

Ⅱ－C

Ⅱ－D

Ⅱ－E

－

反复冻融引起混凝土损伤

Ⅲ

海洋氯化物环境

－

Ⅲ－C

Ⅲ－D

Ⅲ－E

Ⅲ－F

氯盐引起钢筋锈蚀

Ⅳ

除冰盐等其它氯盐环境

－

Ⅳ－C

Ⅳ－D

Ⅳ－E

－

氯盐引起钢筋锈蚀

Ⅴ

化学腐蚀环境

－

Ⅴ－C

Ⅴ－D

Ⅴ－E

－

硫酸盐等化学物质对砼的腐蚀

注：

氯化物环境（Ⅲ和Ⅳ）对混凝土材料也有一定腐蚀作用，但主要是引起钢筋的严重锈蚀。

反复冻融（Ⅱ）和其它化学介质对混凝土的冻蚀和腐蚀，也会间接促进钢筋锈蚀，有的并能直接引起钢筋锈蚀，但主要是对混凝土的损伤和破坏。

标准[]对混凝土的最低强度等级、最大水胶比和每立方米混凝土胶凝材料最小用量作了如下规定：

表3.0.8混凝土最低强度等级、最大水胶比、和胶凝材料用量[3]（kg•m-3）

使用年限

环境作用等级

100年

50年

30年

C30，0.55，280

C25，0.60，260

C20，0.65，240

C35，0.50，300

C30，0.55，280

C25，0.60，260

C40，0.45，320

C35，0.50，300

C30，0.55，300

C45，0.40，340

C40，0.45，320

C50，0.36，360

C45，0.40，340

C55，0.66，380

C50，0.36，360

注：

1、对于氯盐环境（Ⅲ-D和Ⅳ-D），这一混凝土最大水胶比0.45宜降为0.40。

2、引气混凝土的最低强度等级与最大水胶比可按降低一个环境等级采用。

3、表中胶凝材料最小用量与骨料最大粒径约为20mm的混凝土相对应，当最大粒径较小或较大时需适当增减胶凝材料用量。

4、对于冻融和化学腐蚀环境下的薄壁构件，其水胶比宜适当低于表中对应的数值。

4混凝土配制强度的确定

4.0.1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等级小于C60时，配制强度应按下式计算：

（4.0.1-1）

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，这里取设计混凝土强度等级值，MPa；

σ—混凝土强度标准差，MPa。

2．当设计强度等级大于或等于C60时，配制强度应按下式计算：

（4.0.1-2）

4.0.2混凝土强度标准差应按照下列规定确定：

1．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时，其混凝土强度标准差σ应按下式计算：

（4.0.2）

式中，fcu,i—第i组的试件强度，MPa；

mfcu—n组试件的强度平均值，MPa；

n—试件组数，n值应大于或者等于30。

对于强度等级不大于C30的混凝土：

当σ计算值不小于3.0MPa时，应按照计算结果取值；当σ计算值小于3.0MPa时，σ应取3.0MPa。

对于强度等级大于C30且不大于C60的混凝土：

当σ计算值不小于4.0MPa时，应按照计算结果取值；当σ计算值小于4.0MPa时，σ应取4.0MPa。

2．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4.0.2取值。

表4.0.2标准差σ值（MPa）

混凝土强度标准值

≤C20

C25~C45

C50~C55

4.0

5.0

6.0

5混凝土配合比计算

5.1水胶比

5.1.1混凝土强度等级小于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算：

（5.1.1）

式中：

W/B－混凝土水胶比；

αa、αb—回归系数，按规程5.1.2条的规定取值；

fb—胶凝材料（水泥与矿物掺合料按使用比例混合）28d胶砂强度（MPa），可实测，试验方法应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671执行；

5.1.2回归系数（αa、αb）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，可按表5.1.2采用。

表5.1.1回归系数（αa、αb）取值表

粗骨料品种

系数

碎石

卵石

αa

0.53

0.49

αb

0.20

0.13

5.1.3当胶凝材料28d胶砂抗压强度值（fb）无实测值时，可按下式计算：

（5.1.2）

式中：

γf、γs—粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表5.1.2选用；

fce—水泥28d胶砂抗压强度，MPa。

表5.1.2粉煤灰影响系数γf和粒化高炉矿渣粉影响系数γs

掺量（%）种类

粉煤灰影响系数γf

粒化高炉矿渣粉影响系数γs

1.00

0.85～0.95

1.00

0.75～0.85

0.95～1.00

0.65～0.75

0.90～1.00

0.55～0.65

0.80～0.90

0.70～0.85

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。

5.1.4当水泥28d胶砂抗压强度（fce）无实测值时，可按下式计算：

（5.1.3）

式中：

γc—

fce,g—水泥强度等级，MPa。

表5.1.3水泥强度等级值的富余系数（γc）

水泥强度等级值

32.5

42.5

52.5

富余系数

1.12

1.16

1.10

5.2用水量和外加剂用量

5.2.1每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量（mwo）应符合下列规定：

1．混凝土水胶比在0.40～0.80范围时，可按表5.2.1

2．混凝土水胶比小于0.40时，可通过试验确定。

表5.2.1-1干硬性混凝土的用水量（kg/m3）

拌合物稠度

卵石最大公称粒径（mm）

碎石最大粒径（mm）

项目

指标

10.0

20.0

40.0

16.0

20.0

40.0

维勃稠度

（s）

16～20

175

160

145

180

170

155

11～15

180

165

150

185

175

160

5～10

185

170

155

190

180

165

表5.2.1-2塑性混凝土的用水量（kg/m3）

拌合物稠度

卵石最大粒径（mm）

碎石最大粒径（mm）

项目

指标

10.0

20.0

31.5

40.0

16.0

20.0

31.5

40.0

坍落度

（mm）

10～30

190

170

160

150

200

185

175

165

35～50

200

180

170

160

210

195

185

175

55～70

210

190

180

170

220

205

195

185

75～90

215

195

185

175

230

215

205

195

注：

①本表用水量系采用中砂时的取值。

采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5～10kg；采用粗砂时，可减少5～10kg。

②3用水量来计算，当坍落度增大到180mm以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。

③基于保证剩余强度和混凝土耐久性考虑，单方用水量需小于200kg，采用低水胶比、大掺和料的方式设计混凝土配合比。

5.2.2掺外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量（mwo）可按下式计算：

（5.2.2）

式中：

mw0—计算配合比每立方米混凝土的用水量，kg；

—未掺加外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m33用水量来计算，当坍落度增大到180mm以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。

β—外加剂的减水率，%，应经混凝土试验确定。

5.2.3每立方米混凝土中外加剂用量应按下式计算：

（5.2.3）

式中：

ma0—计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量，kg；

mb0—计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，kg；

βa—外加剂掺量，%，应经混凝土试验确定。

5.3胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量

5.3.1每立方米混凝土的胶凝材料用量（mbo）应按下式计算：

（5.3.1）

式中：

mb0—计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，kg；

mw0—计算配合比每立方米混凝土用水量，kg；

W/B—混凝土水胶比。

5.3.2每立方米混凝土的矿物掺合料用量（mf0）计算应按下式计算：

（5.3.2）

式中：

mf0—计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量，kg；

βf—矿物掺合料掺量，

计算水胶比过程中确定的矿物掺合料掺量（%）。

5.3.3每立方米混凝土的水泥用量（mco）应按下式计算：

（

式中：

mc0—计算配合比每立方米混凝土中水泥用量，kg。

5.4砂率

5.4.1砂率（βs）应根据骨料的技术指标，混凝土拌合物性能和施工要求，参考历史资料确定。

5.4.2当缺乏砂率的历史资料时，混凝土砂率的确定应符合下列规定：

1．坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。

2．坍落度为10～60mm的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、最大公称粒径及水灰比按表5.4.1选取。

3．坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在表5.4.1的基础上，按坍落度每增大20mm、砂率增大1%的幅度予以调整。

表5.4.1混凝土的砂率（％）

水胶比

（W/B）

卵石最大公称粒径（mm）

碎石最大粒径（mm）

10.0

20.0

40.0

16.0

20.0

40.0

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：

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；

采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大；

只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大；

对薄壁构件，砂率宜取偏大值。

5.5粗、细骨料用量

5.5.1当采用质量法计算混凝土配合比时，粗、细骨料用量应按式（5.5.1-1）计算；砂率应按式（5.5.1-2）计算。

（5.5.1-1）

（5.5.1-2）

式中：

mg0—计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量，kg；

ms0—计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量，kg；

mw0—计算配合比每立方米混凝土的用水量，kg；

βs—砂率，%；

mcp—每立方米混凝土拌合物的假定质量，kg，。

表5.5.1普通混凝土假定质量（mcp）

混凝土强度等级

≤C15

C20～C35

≥C40

假定每立方米质量（kg）

2360

2400

2450

*表中混凝土1m3为不使用引气剂（含气量1%）时的假定质量，当混凝土含气量增加时，混凝土假定质量需扣除与增加的气体积相同的混凝土质量

5.5.2

（5.5.2）

式中：

ρc—水泥密度，kg/m3，应按《水泥密度测定方法》GB/T208测定，也可取2900kg/m3～3100kg/m3；

ρf——矿物掺合料密度，（kg/m3，可按《水泥密度测定方法》GB/T208测定；

ρg——粗骨料的表观密度，kg/m3，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》JGJ52测定；

ρs——细骨料的表观密度，kg/m3，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》JGJ52测定；

ρw——水的密度，kg/m3，可取1000kg/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。

常用材料密度如下表：

5.6混凝土施工配合比换算[]

混凝土实验室配合比计算用料是以干燥骨料为基准的，但实际工地使用的骨料常含有一定的水分，即存在含水率（式（5.6－1）），因此必须将实验配合比进行换算，换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工用的配合比。

其换算方法如下：

5.6-1

设施工配合比1m3混凝土中水泥、掺合料、外加剂、砂、石、水的用量分别为

、

；并设工地砂含水率a%、石含水率为b%、外加剂含固量s%。

则施工配合比1m3混凝土中各材料用量应为：

5.6-2

5.6-3

5.6-4

5.6-5

5.6-6

5.6-7

式中：

a%、b%、s%—分别为砂、石含水率及外加剂含固量。

表5.5.2常用原材料密度

原材料

密度（kg/m3）

堆积密度（kg/m3）

水泥

2900~3100，常用3100

矿渣

2900

粉煤灰

2200

硅灰

2200

砂

2650

碎石

2670

水

1000

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