混凝土配合比设计中的新技术应用现代配合比设计手册Word文件下载.docx
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按计算确定的W/C及（W/C）±
0.05三个水灰比设计计算三个配合比，通过试验快速测得三组混凝土强度，其中快速测定强度值大于或接近预期的fcV,j的试件的配合比，即为所需选择的施工配合比。
二、设计和调整混凝土配合比的方法和步骤
1建立混凝土标准养护28d强度与快速测定强度的关系式
目前国内外用混凝土标准试件的标准养护28d强度为标准强度，所以不管选用何种混凝土强度快速测定方法进行设计、调整混凝土配合比，均需事先用与实际使用材料相近的材料，按前述试验方法中的有关规定建立混凝土快速测定之强度与标准养护28d强度的关系式和快速测定强度与水灰比的关系式。
例如建设部标准（JGJ15-83）中规定：
对用于单一强度的混凝土，其关系式为：
fcv,k=Kfco,ji；
其中
式中：
fcu,ki——第i组混凝土试块的标准养护28d强度值（MPa）fcu,ji——第i组混凝土试块的快速测定强度值（MPa）n——混凝土试件的组数，要求n≥10
（JGJ15-83）标准还规定，当推定误差的标准差σ（见下面二式）与标准养护28d强度的平均值之比不大于10%时，上式公式可用于实际工程。
对用于多强度混凝土的关系式，则为:
式中：
标准（JGJ15-83）规定，当上式的相关系数r和剩余标准差σ剩与标准养护28d强度平均值之比，分别满足下两式时可用于实际工程。
r≥0.85σ剩/
×
100%≤10%样本相关系数和剩余标准差按下两式计算。
σ剩=
确定各强度混凝土的施工配制强度
结构或构件的混凝土强度质量状况，直接影响结构的可靠度。
结构设计规范为了保证结构的可靠度，一般对混凝土强度的质量合格水平有明确的要求。
在国内外的标准中，都对施工配制强度应达到的水平做出规定。
例如美国钢筋混凝土房屋结构规范（ACI318-83）第三篇第四章的第3条，对混凝土配合比的平均抗压强度，即施工配制强度，要求同时满足以下规定:
fcu,o=
fcu,k+134S（lbf/in2）fcu,o=fcu,k+2.33S-500（lbf/in2）（式中1bf/in2=6894.76Pa）式中：
fcu,k——混凝土标定抗压强度（相当于我国标准（TJ10-74）的设计取用强度）S——混凝土强度的标准差，当n<
30时，应乘以与n有关的大于1的修正系数。
又如日本现行的JASS5标准中规定常用混凝土、高级混凝土和预拌混凝土的施工配制强度要同时满足以下要求：
1常用混凝土：
fcu,o≥fcu,k+σ；
fcu,o≥0.7fcu,k+3σ；
而高级混凝土fcu,o≥fcu,k+1.645σ；
fcu,o≥0.8fcu,k+3σ；
对于预拌混凝土fcu,o≥fcu,k+
σ；
fcu,o≥0.85fcu,k+3σ；
式中fcu,k——混凝土标定抗压强度（相当于我国的设计取用强度，当需要考虑由于气温影响而附加强度补正值（T-MPa）时，应以气温补正强度fcu,k+T代替公式中的设计基准强度。
）
我国现行钢筋混凝土结构设计规范，对混凝土强度也提出了明确要求：
fcu,o≥fcu+σ；
fcu,o≥fcu,k+2σ式中σ—混凝土强度的标准差；
fcu,o——要求的混凝土平均强度（即施工配制强度）；
fcu,k——设计取用强度，当fcu≤18级时，fcu,k=0.8fcu，当C18级<
fcu≤C38级时，fcu,k=0.83fcu，当fcu≥C48时，fcu,k=0.86fcu；
fcu,kb——混凝土强度等级，以20㎝×
20㎝×
20㎝立方体标准养护28d强度总体分布的15%分位值作为混凝土强度的定义。
上述三个标准，对施工配制强度的要求，均由混凝土强度总体分布的两个分位值确定。
因此，对于不同的标准差值，使fcu,o与σ的关系曲线发生了折线的变化。
其转折点是两个条件方程的解。
同时，由混凝土强度总体分布的两个分位值各自确定了标准所采用的混凝土强度的合格质量水平。
施工中，要保证结构的安全可靠，满足设计要求的结构可靠度，混凝土施工配制强度必须定在合格质量水平上，并切实做好混凝土的质量控制，两者不能偏废。
国际标准化组织（ISO）对混凝土强度特征值fck的取值，建议取在混凝土强度总体分布的5%分位值上。
所以混凝土强度的平均值可表示为：
fcu,o=fcu,k+1.645σ。
我国的有关标准为了有利于国际技术交流，对混凝土强度的定义也作了相应修改。
《钢筋混凝土工程施工及验收规范》（GBJ204-83）已将标准试件尺寸由边长20㎝的立方体改为15㎝的。
1992年修订的《钢筋混凝土结构设计规范》，在定义混凝土强度时，也定为：
fcu,k=fcu,o（1+1.1645Cu）其中Cu——混凝土强度的变异系数（Cu=σ
）；
fcu,k——由混凝土边长为15㎝立方体强度总体分布的5%分位值确定，其保证率为95%。
这样对应的施工配制强度按下式确定：
fcu,o=fcu,k+1.645σ；
fcu,o=fcu,k/（1-1.645σ）。
实际上，混凝土施工配制强度与混凝土强度合格验收标准有直接关系，混凝土施工生产单位可按合格验收方案，根据验收批的样本容量（n）、厂方应承担的风险（a）和提高混凝土配制强度的经济效益与社会信誉综合考虑，自行作出选择。
混凝土施工配制强度，一般情况下，可按前述要求确定。
但是，对于有早期强度要求的混凝土，其施工配制强度还需结合构件脱模、出池、起吊、预应力筋张拉或放松强度的要求确定。
此时，除满足我国对混凝土强度提出的要求外（见我国的两个公式），还应满足以下要求：
fcu早=Kfcufcu,o施=aa+abfcu,o早fcu,o早=fcu早+λσ早（若无足够数据，无法确定早期强度的标准差σ早时，则可按标准养护28d强度的标准差σ按σ早=σ×
r/ab计算，r为相关系数）
fcu早——要求的早期强度最小值，一般可由混凝土强度的百分率来表示；
K——百分率；
fcu——混凝土强度；
aa、ab——回归系数，由大于等于30对fcu,k与fcu早强度的数据，经回归确定；
λ—与fcu早所要求的保证率有关的系数，可按早期强度的重要性，按下表选用；
σ早——早期强度标准差。
fcu早的保证率（%）
85
90
95
λ值
1.04
1，282
1，645
由混凝土施工配制强度（fcu,o）确定混凝土的灰水比（C/W）
按上述要求确定混凝土施工配制强度以后，即根据事先已建立的fcu,k-fcu,j关系式确定相应的fcu,j，再按已建立的fcu,j-C/W关系式确定相应的C/W。
并取W/C和W/C±
0.05三个水灰比值设计三个混凝土配合比。
设计计算混凝土配合比
混凝土配合比的设计方法，可采用常规的绝对体积法或假定质量法，配合比的用水量和砂率，可按表9-1、9-2选用。
三个配合比的用水量和砂率要相同。
混凝土用水量选用表（kg/m3）表9-1
所需坍落度（㎜）
卵石最大粒径（㎜）
碎石最大粒径（㎜）
10
20
40
15
10～30
30～50
50～70
70～90
190
200
210
215
170
180
195
160
185
220
230
240
混凝土砂率选用表（%）表9-2
水灰比（W/C）
0.40
0.50
0.60
0.70
30～35
33～38
36～41
39～44
29～34
32～37
35～40
38～43
27～32
26～32
25～31
24～30
28～33
31～36
34～39
混凝土配合比的选定
当采用与建立关系式fcu,k-fcu和fcu,j-C/W相同的原材料，并且是同批水泥时，则可由前面设计确定的三个混凝土配合比进行混凝土的试配，并按建立关系式时的快速测定方法进行使用，取得三个混凝土快速测定强度fcu,j1、fcu,j2和fcu,j3。
选择其中符合fcu,j要求的混凝土配合比为施工配合比。
当采用与建立关系式不同批水泥时，由于水泥活性不仅与生产厂、品种、强度有关外，而且不同生产批的水泥质量也不完全一样，故当需按水泥的实际活性调整混凝土的配合比时，其调整方法，参见本章第三节“按不同水泥活性调整设计配合比”所述。
三、例题
例1按标准（JGJ15-83）的热水法，取得的试验数据如表9-3。
试建立fcu,k-fcu,j与fcu,j-C/W的关系式。
并计算其相关系数r，剩余标准差σ剩和σ
的比值，并绘制成图表。
试验数据表9-3
C/W
fcu,j
fcu,k
2.875
2.857
2.500
20.0
20.7
18.5
16.4
15.8
46.5
44.6
43.8
41.9
40.7
2.000
1.818
1.667
10.5
10.3
7.5
6.8
5.9
33.9
34.5
20.6
30.4
27.9
1.539
1.429
1.333
5.5
4.8
5.2
4.1
25.6
23.9
24.6
23.0
17.9
2.222
12.2
13.1
12.9
35.8
37.5
39.0
34.8
6.1
6.2
5.7
29.3
26.5
26.2
1.250
3.6
4.0
3.8
16.3
18.6
17.5
18.9
解：
1按表9-3所列数据计算整理得：
Σ（C/W）×
fcu,j=584.2732Σfcu,jfcu,k=9553.45ΣC/W=55.845Σfcu,k=909.0Σ（C/W）2=111.551Σf2cu,k=29829.72Σfcu,j=272.5Σ（C/W）×
fcu,k=1821.1555Σf2cu=3275.95n=30Lfcufcu,k=Σf2cu,j-（Σfcu,j）2/n=800.741667Lfcu,jfcu,k=Σfcu,jfcu,k-（Σfcu,j）（Σfcu,k）/n=1296.411667LC/W=Σ（C/W）2-（ΣC/W）2=7.5922Lfcu,k=Σf2cu,k-（Σfcu,k）2/n=2286.269668
2求解fcu,k=A+Bfcu,j回归方程
3求解fcu,j=aa+abC/W回归方程
4按上述计算结果绘制fcu,j-C/W和fcu,k-fcu,j关系曲线。
绘制fcu,j-C/W关系曲线时，由试验的最大、最小灰水比分别确定该曲线的起始和终止点为：
绘制fcu,k-fcu,j关系曲线时，其起始和终止点，分别由上述的fcu,jmin和fcu,jmax值确定：
图略。
例2已知f2cu,k=20MPa,σ=3.5MPa。
试有例1建立的关系式，用混凝土强度快速测定方法设计现浇独立基础用的混凝土的试配配合比。
所用水泥与例1的品种和强度等级相同，石子为卵石，最大粒径40㎜，坍落度要求为3～5㎝。
1、fcu,o=fbcu,k+1.645σ≈25.8MPa2、由fcu,o确定fcu,j:
因fcu,k=15.597+1.62fcu,jr=0.958>
（0.9）;
故fcu,j=（fcu,o-15.597）/1.62=6.3MPa3、由fcu,j=6.3MPa,按fcu=10.139C/W-9.791得C/W=（6.3+9.791）/10.139=1.587，故W/C=1/1.587=0.634、按W/C=0.63、0.68、0.58设计计算三个混凝土配合比。
W/C
0.58
0.63
0.68
水
普硅52.5级水泥
293
270
250
中砂
596
603
609
卵石0.5～4㎝
1391
1407
1421
配合比
1:
2.034:
4.747:
2.233:
5.311:
2.436:
5.684:
混凝土配合比按假定容重法计算，假定混凝土湿密度为2450kg/m3。
按题意要求，查表9-1、9-2得用水量170kg/m3,砂率为30%,得试配用的三个配合比上表。
按上述三个配合比进行试配，取得三个快速测定强度，其中大于和接近fcu,j的配合比，便可作为独立基础混凝土的施工配合比。
第二节1小时推定混凝土强度用于配合比的简捷设计
强度是混凝土配合比设计最主要的参数。
采用标准试验方法所得的经过标准养护、龄期为28d的抗压强度，由于试验周期太长，不能及时设计确定混凝土配合比或调整施工配合比，以致既不能适应现代化快速施工的需要，也不利于充分利用水泥活性，降低水泥用量，提高经济效益。
尤其是对一些工期紧、影响整个建设项目按时投产的混凝土工程，时间就显得尤为宝贵。
我国独创的1h推定混凝土强度新技术，即促凝压蒸法，具有试验快速、设备简单、投资少、适用范围广等特点，对于及时完成配合比设计、加强质量控制、节约水泥等都有重要意义。
一、概述
《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ/T55-2000）提出了考虑水泥实测强度fce和灰水比C/W的混凝土配制强度fcu,o计算式：
即fcu,o=aa×
fce（C/W-ab）。
标准提出，在无法取得水泥实测强度fce时，可用水泥强度富余系数公式（fce=rcfce.g）计算fce。
按各地区实际统计资料定出rc值，无统计资料时可取rc=1.13。
标准还规定，对于出厂期超过三个月或存放条件不良而变质的水泥，应重新鉴定其强度等级，并按实际强度进行计算。
在这种情况下，得出水泥实测强度必须等待28d。
拌制混凝土，试验得出混凝土实测强度又须等待28d，因此不能满足及时选择混凝土配合比的要求。
由于水泥从出厂到工程现场使用是一个复杂多变的过程，水泥强度等级的富余系数并不是固定不变的，采用固定的富余系数（例如rc=1.13）计算混凝土的水灰比往往并不可靠。
通过本节的实例可以说明这个问题。
用1h快硬砂浆强度进行混凝土配合比的设计和调整，可以做到及时试配，及时得出试验结果，有利于合理利用水泥活性，降低水泥用量，既能保证混凝土质量，又能取得较好的经济效果。
在《混凝土配合比经验式计算法》一书中提出的选择混凝土配合比的原则和步骤，目前仍然是适用的。
但是根据水泥28d实测强度选择混凝土配合比存在不够及时的局限性。
为此，参考ACI214委员会报告中采用快速试验设计混凝土配合比的方案，用1h推定混凝土28d强度，初次提出1h定出混凝土配合比与间接推定水泥强度的方法。
二、选择混凝土配合比的一般原则和步骤
选择混凝土配合比应当遵循的一般原则
1最小单位用水量；
2最大石子粒径；
3最多石子用量；
4最密集料级配。
基本资料
1混凝土的设计强度等级、强度保证率等。
2施工中采用的石子最大粒径、拌和物的坍落度、混凝土强度标准差或离差系数。
3水泥品种、强度、石子种类及捣实密度、砂子细度模数等原材料基本数据。
主要步骤
在原材料一定的条件下，选择混凝土配合比的三个作用步骤是：
1根据设计要求的强度和耐久性要求，选定水灰比。
2根据施工要求的坍落度和石子最大粒径选定单位用水量，用水量除以选定的水灰比，求出单位水泥用量。
3选定砂石用量。
通过试拌判断混凝土拌和物的和易性，必要时调整水量和石子用量（或砂率）。
计算混凝土配合比有两种不同的方法。
一种是绝对体积法，另一种是质量法。
比较起来，后者计算配合比时节省了绝对体积法中的繁琐换算，使计算更加简捷，因此，我们用质量法计算混凝土配合比。
三、选择混凝土配合比的主要公式与参数
计算保证强度
根据混凝土的设计强度等级计算配制强度fcu,o=fcu,k+tσ或fcu,o=fcu,k/（1-tCV）
fcu,o———混凝土配制强度（MPa）；
fcu,k——混凝土设计强度等级（MPa）；
t——保证率系数，根据设计要求的保证率p而定（见表9-4）；
σ——强度标准差；
CV——回归离差系数。
计算要求的灰水比
根据计算的保证强度，按下式计算要求的灰水比C/W值（参见JGJ/T55-2000）。
碎石fcu,o=0.46fce（C/W-0.52）卵石fcu,o=0.48fce（C/W-0.61）式中：
C/W——混凝土所要求的灰水比值；
fce——水泥28d实测强度（MPa）
t-p关系表表9-4
t
0.52
0.84
1.00
1.28
1.64
2.00
2.05
2.33
2.57
3.00
3.09
p（%）
70
80
84
97.7
98
99
99.5
99.87
99.9
选择试拌用水量（见表9-5）
混凝土试拌用水量及其调整值（kg/m3）表9-5
石子种类
外加剂
石子最大粒径（㎜）
120
150
碎石
无
223
202
159
147
140
一般减水剂或加气剂
213
192
149
137
130
高效减水剂
203
182
139
127
卵石
193
172
129
117
110
183
162
119
107
100
173
152
109
97
条件变化
调整值
用水量（kg/m3）
石子填充体积Vg（%）
坍落度±
1㎝
±
2.5（2～3）
2砂率±
1
2.0（1～3）
2
需水性大的原材料（水泥、集料、混合材）
10～20
干硬性或低坍落度混凝土
-40～20
+10
泵用或高坍落度混凝土
+30
升级会员 