C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计与计算混凝土配合比课程设计.docx
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C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计与计算混凝土配合比课程设计
一、课程设计要求与任务分配…………………………………………02
1.1、已知参数和设计要求………………………………………02
1.2、原材料情况…………………………………………………02
1.3、任务与组员任务分配………………………………………03
二、C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计与计算…………………03
三、C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计结果……………………10
四、实验室试配配合比设计及拌合物性能测试………………………10
4.1、C40泵送粉煤灰混凝土试配配合比设计及其结果…………11
4.2、试配后拌合物性能测试结果…………………………………13
五、强度测试原始记录、处理及配合比的确定……………………………15
5.1、7d抗压强度测试………………………………………………15
5.2、28d抗压强度测试……………………………………………17
5.3、配合比的调整和确定…………………………………………18
六、课程设计小结…………………………………………………………20
6.1、数据分析………………………………………………………20
6.2、误差分析………………………………………………………20
6.3、心得体会………………………………………………………21
七、设计依据………………………………………………………………22
一、课程设计的要求与任务分配
1.1、已知参数和设计要求：
某工程需要C40商品混凝土，用于现浇钢筋混凝土梁柱。
施工采用泵送方式（管径φ100），施工气温15～25℃。
要求出机坍落度为190±30mm，而且2h坍落度损失不大于30mm。
为使混凝土有良好的可泵性并节约水泥，要求掺适量的优质粉煤灰。
1.2、原材料情况
A、水泥：
重庆拉法基水泥厂P·O42.5R，fce=48.4MPa，ρc=3.10（g/cm3），堆积密度1560kg/m3；
B、细骨料：
①长江砂Mx=1.0，ρs1=2.69（g/cm3），堆积密度1420kg/m3，含泥量1.4%；
②歌乐山机制砂Mx=3.1，ρs2=2.70（g/cm3），堆积密度1610kg/m3，石粉含量11.0%（MB值1.2）；
C、粗骨料：
歌乐山石灰岩碎石5～25mm，ρg=2.67（g/cm3），堆积密度1710kg/m3，压碎指标8.2%，含泥量0.8%；
D、外加剂：
重庆迪翔建材有限公司DXT—Ⅰ缓凝高性能减水剂，推荐掺量2.0%（以胶凝材料质量计），含固量13.4%，减水率31%；
E、掺合料：
华能重庆珞璜电厂Ⅱ级粉煤灰，ρF=2.42（g/cm3），堆积密度1320kg/m3，需水量比102%；
F、拌合水：
自来水。
1.3、任务与组员任务分配
A、任务：
1.根据原材料检测数据，遵照现行混凝土配合比设计规程要求，进行配合比设计计算；
2.以设计计算为基准，通过实际试配、调整，得到满足该混凝土工程要求的混凝土配合比；
3.编写设计说明书。
其中包括配合比设计说明与计算；实验室试配内容、测试数据与处理结果。
B、组员任务分配
我们小组共有八个人，分别是陈勇、蹇洪峰、陈晨、陈小红、朱效宏、郑雨佳、何益、童婷婷，陈勇任组长，任务分配如下：
各成员均要进行理论配合比设计与计算，然后共同讨论出一组最恰当的理论配合比作为小组理论配合比，在试配时由组长根据实验室原材料与实验室环境条件计算出试配配合比和强度检验所用配合比，在实验室拌制混凝土时大家齐心协力共同完成称量、搅拌、振捣、入模、工作性及表观密度测试等工作。
二、C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计与计算
（1）确定配制强度fcu,0
由于我们的混凝土的设计强度等级小于C60,因此混凝土配制强度fcu,0的计算公式：
式中：
fcu,0——混凝土配制强度（MPa）
fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）
σ——混凝土强度标准差（MPa）
由于没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料，强度标准差σ按现行国家标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）中下表2.1取值。
表2.1标准差σ值（MPa）
混凝土强度标准值
≤C20
C25~C45
C50~C55
σ
4.0
5.0
6.0
而所要求设计的混凝土等级C40级在C25～C45级范围内，则取σ=5.0MPa，
由所设要求的混凝土等级为C40级可知fcu,k=40PMPa，由
可知：
。
（2）确定水灰比W/C
由所给材料情况中水泥为重庆拉法基水泥厂P·O42.5R，fce=48.4MPa，
ρc=3.10（g/cm3），堆积密度1560kg/m3；
而所要要求配制的基准混凝土强度等级为C40级小于C60级时，按下面公式计算水灰比：
式中：
αa、αb——回归系数；
——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）；
由于没有水胶比与混凝土强度关系的试验统计数据，αa、αb根据现行标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）中下表2.2取值。
表2.2回归系数αa、αb选用表
粗骨料品种
系数
碎石
卵石
αa
0.53
0.49
αb
0.20
0.13
由于本次试验采用的是歌乐山石灰岩碎石，故取αa=0.53，αb=0.20.
由于矿物掺合料为粉煤灰，
的取值根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）按
计算。
式中f、s——粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表2.3选用；
fce,g——水泥强度等级值（MPa）。
表2.3粉煤灰影响系数f和粒化高炉矿渣粉影响系数s
种类
掺量（%）
粉煤灰影响系数f
粒化高炉矿渣粉影响系数s
0
1.00
1.00
10
0.90～0.95
1.00
20
0.80～0.85
0.95～1.00
30
0.70～0.75
0.90～1.00
40
0.60～0.65
0.80～0.90
50
-
0.70～0.85
本次试验粉煤灰掺量为20%，粒化高炉矿渣的掺量为0，所以取f=0.84、s=0.99
因此
综上，αa=0.53，αb=0.20，
所以C40混凝土水灰比为：
（3）确定单位用水量mwo
设计要求：
要求出机坍落度为190±30mm，而且2h坍落度损失不大于30mm，碎石的最大粒径为25mm。
根据现行标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）,每立方米塑性混凝土的用水量（mwo）应符合下表2.4的规定。
表2.4塑性混凝土的单位用水量（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
105
195
185
75～90
215
195
185
175
230
215
205
195
注：
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。
掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。
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：
式中
——满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg），以规程表2.4中90mm坍落度的用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5kg用水量来计算；
β——外加剂的减水率（％），应经混凝土试验确定。
由于
，
，
所以
（4）确定每立方米混凝土胶凝材料用量（
）及外加剂用量
每立方米混凝土的胶凝材料用量（
）应按下式计算：
所以，胶凝材料用量
每立方米混凝土中外加剂用量应按下式计算：
式中：
——每立方米混凝土中外加剂用量（kg）；
——每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg）；
——外加剂掺量（%）,应经混凝土试验确定。
又根据以往实验经验，设定外加剂掺量
为2%，故本实验取外加剂用量
在矿物胶凝材料中粉煤灰掺量占矿物胶凝材料总用量的20%，所以粉煤灰掺量
我们用
来表示单位水泥用量，那么每立方米混凝土的水泥用量
（5）确定混凝土砂率
由于没有历史资料可参考，混凝土砂率的确定应符合下表2.5的规定：
表2.5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。
坍落度大于60mm的混凝土砂率，可在表2.5的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整，由于混凝土拌合物的坍落度要求是190±30mm，碎石的最大公称直径为25mm，水灰比为0.394，故综合表2.5的规定得出：
混凝土的砂率
（6）确定粗、细骨料用量
由于普通水泥混凝土与砌筑砂浆中往往优先选用中砂，则细骨料用特细砂和机制砂配合，其细度模数应该
范围内。
混合砂的细度模数按该式计算:
式中:
—混合砂细度模数
—机制砂细度模数
—特细砂细度模数
—混合砂中机制砂的百分比（%）
—混合砂中特细砂的百分比（%）
常用特细砂与机制砂的比例为3:
7或5:
5.
由于采用的特细砂是长江砂，其细度模数Mx=1.0；采用的歌乐山机制砂Mx=3.1
当长江砂：
机制砂=5:
5时，
，不符合要求，应当舍弃。
当长江砂：
机制砂=3:
7时，
，符合要求。
所以选定长江砂与歌乐山机制砂按质量比为3:
7配制细骨料，此时即可得到中砂。
另外根据以往经验，小石子与大石子质量比可按3：
7配置粗骨料，这样得到级配较好的粗骨料。
采用质量法计算粗、细骨料用量时，应按照下列公式计算：
式中
——每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）；
——每立方米混凝土的细骨料用量（kg）；
——每立方米混凝土的用水量（kg）；
——砂率（％）；
——每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg），可取2350～2450kg。
本实验假定每立方米混凝土拌合物的质量为2420kg。
通过计算得出：
即：
小石子用量341.757kg,大石子用量797.433kg；长江砂用量213.597kg,机制砂用量498.393kg。
三、C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计结果
综合以上配合比设计结果，个人C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比如下表3.1：
表3.1个人C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比
C40泵送粉
煤灰混凝土（W/B=0.38）
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
水
减水剂
粉煤灰
长江砂
机制砂
小石子
大石子
每m3用量（kg）
326
214
498
342
797
161
8
82
质量比
1．000
2.184
3.494
0.494
0.025
0.252
经过综合小组成员理论配合比结果以及大家的意见，将小组C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比列在下表3.2：
表3.2小组C40泵送粉煤灰混凝土理论配合比
C40泵送粉
煤灰混凝土（W/B=0.38）
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
水
减水剂
粉煤灰
长江砂
机制砂
小石子
大石子
每m3用量（kg）
341
190
444
353
825
162
8.5
85
质量比
1．000
1.859
3.455
0.475
0.025
0.249
四、实验室试配配合比设计及拌合物性能测试
适配时间、地点：
重庆大学材料学院工艺实验室于2013年11月27日下午
实验所用仪器：
小电子秤：
最大量程100kg,最小量程400g，精度为20g；大电子称：
最大量程150kg,最小量程1kg，精度为50g；振动台:
1m2；容量筒：
5L；模具用的是100mm×100mm×100mm的三联模。
混凝土的试配采用的机械振动成型的方式，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的规定。
4.1、C40泵送粉煤灰混凝土试配配合比设计及其结果
实验室材料含水情况：
歌乐山机制砂的含水率4%，减水剂的含固量13.4%。
调整后实际单位用水量
=原单位用水量-原单位机制砂用量×含水率-减水剂中的水
实际机制砂用量：
实验室用粗骨料由大碎石和小碎石按80:
20的比例配合而成，因含水率的影响，调整后小组C40泵送粉煤灰混凝土实验室试配配合比如下表4.1：
表4.1小组C40泵送粉煤灰混凝土试配基准配合比
C40泵送粉
煤灰混凝土（W/B=0.38）
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
拌合水
减水剂
粉煤灰
长江砂
机制砂
小碎石（20%）
大碎石
（80%）
每m3用量（kg）
341
190
463
236
942
137
8.5
85
质量比
1.000
1.915
3.455
0.402
0.025
0.249
经试验室试配过程中，为使混凝土拌合性质更好的符合要求，对基准配合比作出微调如下：
表4.2小组最终C40泵送粉煤灰混凝土试配基准配合比
C40泵送粉
煤灰混凝土（W/B=0.38）
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
拌合水
减水剂
粉煤灰
长江砂
机制砂
小碎石（20%）
大碎石
（80%）
每m3用量（kg）
341
190
463
236
942
142
8.5
85
质量比
1.000
1.915
3.455
0.416
0.025
0.249
所以实际容重为mz=341+190+463+236+942+142+8.5+85=2408kg/m3
为了确定出最佳配合比，采用水灰比分别为W/C＝0.35、W/C＝0.38、W/C＝0.41拌制三组混凝土拌和物，砂率分别为33%，35%，37%，以上面W/C＝0.38的基准配合比为基准，用水量不变，减水剂掺合料比例不变，且每组试配10L混凝土，其试配配合比如下：
表4.301组（W/C＝0.35）试配配合比
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
拌合水
减水剂
粉煤灰
长江砂
机制砂
小碎石（20%）
大碎石
（80%）
每m3用量（kg）
370
176
427
238
951
142
9.3
93
质量比
1.000
1.630
3.214
0.384
0.025
0.251
10L用量（kg）
3.70
1.76
4.27
2.38
9.51
1.42
0.093
0.93
表4.402组（W/C＝0.38）试配配合比
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
拌合水
减水剂
粉煤灰
长江砂
机制砂
小碎石（20%）
大碎石
（80%）
每m3用量（kg）
341
190
463
236
942
142
8.5
85
质量比
1.000
1.915
3.455
0.416
0.025
0.249
10L用量（kg）
3.41
1.90
4.63
2.36
9.42
1.42
0.085
0.85
表4.503组（W/C＝0.41）试配配合比
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
拌合水
减水剂
粉煤灰
长江砂
机制砂
小碎石（20%）
大碎石
（80%）
每m3用量（kg）
324
203
494
231
924
142
8.1
81
质量比
1.000
2.151
3.565
0.438
0.025
0.250
10L用量（kg）
3.24
2.03
4.94
2.31
9.24
1.42
0.081
0.81
4.2、试配后拌合物性能测试结果
（1）坍落度测试
宏观均无离析，但是稍微有些泌水。
坍落度数据记录如下表4.6：
表4.6坍落度数据记录
项目组别
01组（W/C＝0.35）
02组（W/C＝0.38）
03组（W/C＝0.41）
坍落度/mm
185
200
215
（2）混凝土拌合物的表观密度
混凝土的表观密度测试的数据记录如下表4.7：
表4.7表观密度测试的数据记录
项目组别
01组（W/C＝0.35）
02组（W/C＝0.38）
03组（W/C＝0.41）
容桶重
/kg
0.94
0.94
0.94
混凝土+容桶重
/kg
12.88
12.92
12.90
拌合料的表观密度实测值：
（容量筒体积V=5L）
A、01组混凝土拌合料的表观密度实测值为：
01组混凝土表观密度计算值：
︱
-
︱/
×100%=︱2388-2406︱/2406×100%=0.75%
01组混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值没有超过计算值的2%。
B、02组混凝土拌合料的表观密度实测值为:
02组混凝土表观密度计算值：
︱
-
︱/
×100%=︱2396-2408︱/2408×100%=0.5%
02组混凝土的表观密度实测值与计算值之差的绝对值没有超过计算值的2%。
C、03组混凝土拌合料的表观密度实测值为:
03组混凝土表观密度计算值:
︱
-
︱/
×100%=︱2392-2407︱/2407×100%=0.62%
03组混凝土的表观密度实测值与计算值之差的绝对值没有超过计算值的2%。
综上所述：
01组、02组、03组混凝土的表观密度依次分别为2388kg/m3、2396kg/m3、2392kg/m3。
五、强度测试原始记录、处理及配合比的确定
试件成型日期：
2013年11月27日
试件拆模日期：
2013年11月29日
7d抗压强度测试日期：
2013年12月4日
28d抗压强度测试日期：
2013年12月25日
本次试验采用的是100mm×100mm×100mm的立方体试件
强度计算：
混凝土立方体抗压强度计算公式:
P=
式中：
P—混凝土立方体试件抗压强度（MPa）；
F—试件破坏荷载（N）；A—试件承压面积（mm2）.
对于非标准的试件要乘以折算系数K（见下表5.1）：
表5.1100mm立方体试件抗压强度折算系数K
fcu（MPa）
强度折算系数K
fcu（MPa）
强度折算系数K
≤55
0.95
76～85
0.92
56～65
0.94
86～95
0.91
66～75
0.93
≥96
0.90
5.1、7d抗压强度测试
强度测试地点、时间：
重庆大学建筑材料性能实验室于2013年12月4日
强度测试仪器：
压力机：
最大量程200t，精度0.5t
在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级小于C30时，加荷速度取0.3
0.5MPa/s;混凝土强度等级大于C30且小于C60时，取0.5
0.8MPa/s;混凝土强度等级大于C60时，取0.8
1.OMPa/s。
将7d抗压强度的数据记录在下表5.2：
表5.27d抗压强度的数据记录及处理
项目
1
2
3
01组混凝土/kN
381.99
397.39
392.12
01组混凝土7d强度/MPa
折算后（微机处理）
36.3
37.8
37.7
平均值
37.3
中间值的15%
5.66
与中间值的差值
1.4
0.1
0.0
02组混凝土/kN
410.19
414.98
415.46
02组混凝土7d强度/MPa
折算后（微机处理）
39.0
39.4
39.5
平均值
39.3
中间值的15%
5.91
与中间值的差值
0.4
0.0
0.1
03组混凝土/kN
366.29
340.05
353.58
03组混凝土7d强度/MPa
折算后（微机处理）
34.8
32.3
33.6
平均值
33.6
中间值的15%
5.04
与中间值的差值
1.2
1.3
0.0
混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa。
计算时以三个试件的折算后的强度平均值作为该组试件的强度实验结果。
三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值;如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。
按上所诉内容可计算并验证7d混凝土抗压强度的值（折算后的值），最终得到三组试件7d的立方体抗压强度如下：
01组（W/B=0.35）混凝土的7d强度为：
37.3MPa；
02组（W/B=0.38）混凝土的7d强度为:
39.3MPa；
03组（W/B=0.41）混凝土的7d强度为:
33.6MPa。
5.2、28d抗压强度测试
强度测试地点、时间：
重庆大学建筑材料性能实验室于2013年12月25日
强度测试仪器：
压力机最大量程200t，精度0.5t
在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级小于C30时，加荷速度取0.3
0.5MPa/s;混凝土强度等级大于C30且小于C60时，取0.5
0.8MPa/s;混凝土强度等级大于C60时，取0.8
1.OMPa/s。
将28d抗压强度的数据记录在下表5.3：
表5.328d抗压强度的数据记录及处理
项目
1
2
3
01组混凝土/kN
503.85
444.32
555.83
01组混凝土28d强度/MPa
折算后（微机处理
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