现代混凝土配合比设计注意事项Word下载.docx
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混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系。
..简单得“……通常认为任何站在那里没事干的人都能直接就去浇筑或捣实混凝土”
Neville;
g复杂得至今无法建立实验室指标试验结果和同样复杂的现场条件下的混凝土行为的
相关关系；
人们仍不确知混凝土的体内在服役的环境中随时间究竟发生了什么。
复杂的体系
混凝土是十分复杂的一个材料体系，恐怕是人类所用各种材料中最为复杂的。
砂、石、水泥、外加剂、矿物掺合料与水的简单混合，即刻出现一个有明显“生命历程”的材料体系，其中水泥自发进行着长期延续的水化硬化过程，带动整个体系经历复杂的物理一化学一力学的变化过程，而就在这变化过程中得到长期使用。
混凝土是极其复杂的多相、多尺度的非匀质体，这就造成了混凝土材料本身的高度复杂性和随机变化性，加之我国幅员辽阔，对于使用地方性材料的混凝土而言，其变化就更加复杂了。
仅就原材料而言，各地、各厂的水泥是变化的，哪怕就是同一个水泥厂生产的水泥也是变化的，骨料是变化的，外加剂是变化的，粉煤灰更是变化的。
对混凝土，人们的描述用语是：
多组分、多相、多种尺度颗粒物料混杂堆积互相填充的组成结构，具有不稳定性、非均质性、不连续性、多种尺度的孔隙结构、接触界面情况复杂，而这一切都在变动等特点，……。
混凝土里面包含着综合许多门学科内容的大学问。
可惜，探究这些学问是十分复杂而艰难的。
现代混凝土技术趋于复杂混凝土配合比对于新拌混凝土和硬化混凝土的重要意义不言而喻。
现代混凝土使用复合超塑化剂和超细矿物质掺合料，近年来机制砂逐渐成为建筑用砂的主要品种后矿物组成与品质差异比较大，再加之各地水泥在组分、与外加剂相容性、开裂敏感性方面有较大不同，这些都使配合比设计趋于复杂。
原因是使用环境、原材料和施工方法的多样性。
例如今年暑期在大连理工大学举行的首届全国大学生混凝土材料设计大赛中呈现的现象。
正所谓：
人工造石本无奇，砂子石头和水泥。
一朝采用多组分，百变技法令人迷。
什么是当代混凝土？
当代混凝土是建立在
上的六组分混凝土。
预拌混凝土是当代混凝土的主体品种。
以预拌混凝土、泵送为主流。
拌和料的流变性能成为重要问题。
我国混凝土规范与设计方法的问题
国内外学者提出多种配合比设计方法，大多是以经验为基础的半定量设计方法。
正如陈肇元院士所说：
能满足质量控制标准的混凝土，可以有不同的配合比设计方法”。
传统混凝土配合比设计方法的问题
我国自佃70年代引进高效减水剂，直到佃80年代末至今得以大量使用后，混凝土强度不再依赖于水泥强度，用GB175—77水泥标准的425#水泥（相当于现行水泥标准的
32.5
等）已能配制出C60的泵送混凝土在本质上，混凝土主要还是由水泥骨料和水组成的
硬化，但是其内涵已发生很大变化。
整体体强度水平高了，拌合物从低塑性发展到当前的泵送，流动性大大提高；
原材料也有很大变化：
水泥强度等级高细度细，骨料粒形和级配差了，且品种多样化，品质相差很大；
外加剂和矿物掺合料普遍使用，水胶比普遍降低，关键是混凝土耐久性逐渐成为混凝土的重要性能。
传统混凝土配合比设计方法以保罗米公式为重要基础已经不适合现代混凝土。
普通配合比设计新规范的要点
3.0.4混凝土的最小胶凝材料用量应符合表3.0.4的规定，配制C15及其以下强度
等级的混凝土，可不受表3.0.4的限制。
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
0.60
250
280
0.55
300
0.50
320
<
0.45
330
相关规范标准对水泥或胶凝材料最小用量的规定
标准名称
结构类别
最大
水灰比
最小水泥用量
最小胶凝材料用量
建标JGJ55
《普通混凝土配合比设计规程》
有冻害环境普通
混凝土
0.5
-
国标GB/T50476
《混凝土结构耐久性设计规范》
京标DBJT01-64-07
《混凝土矿物掺和料应用技术规程》
200
国标GB50208
《地下防水工程质量验收规范》
地下结构防水混凝土
国标GB50010
《混凝土结构设计规范》
寒冷环境普通混凝土
275
国标GB50119
《混凝土外加剂应用技术规范》
加防冻剂的普通
0.6
最大水灰比
加膨胀剂的抗渗
建标JGJ104
《建筑工程冬季施工规程》
冬季施工
建标JGJ/T10-95
《混凝土泵送施工技术规程》
泵送
地下防水技术规程
260
GB50204-92《施工验收规范》
GB50204-2002
无规定
GBJ146-90粉煤灰混凝土应用技术规程
注：
①结构用混凝土必须C25以上
②所有水泥用量均未说明水泥品种和强度
3.0.5矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。
钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-1的规定；
预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表3.0.5-2的规定。
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
曰通硅酸盐水泥
粉煤灰
W0.40-
35
>
0.40；
40
30
粒化高炉矿渣粉
W0.40
65
55
0.40'
5
45
钢渣粉
20
磷渣粉
硅灰
W
复合掺合料
0.40
表3.0.5-2预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量
最大掺量（%）
普通硅酸盐水泥
25
一
10
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。
预防混凝土碱骨料反应
对可能发生碱-骨料反应的混凝土，宜采用大掺量矿物掺和料；
单掺磨细矿渣的用量占胶凝材料总重a>
50%，单掺粉煤灰a>
40%，单掺火山灰质材料不小于30%，并应降低水泥和矿物掺和料中的含碱量和粉煤灰中的游离氧化钙含量。
AAR指碱集料反应
基准
確灰/%
川型水泥，碱含*1%
•F级盼煤灰
■ASTMC227
010203040
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d可按
表4.0.2取值。
混凝土强度标准值
C20
C25~C45
C50~C55
4.0
5.0
6.0
遇有下列情况时应提高混凝土配制强度：
1•现场条件与试验室条件有显著差异时；
2.C30等级及其以上强度等级的混凝土，采用非统计方法评定时。
5.1.1混凝土强度等级不大于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算:
fb=fgsgfce
表5.1.1-1粉煤灰影响系数f和粒化高炉矿渣粉影响系数s
掺量（%）种类
粉煤灰影响系数"
f
粒化高炉矿渣粉影响系数
1.00
0.85〜0.95
0.75〜0.85
0.95〜1.00
0.65〜0.75
0.90〜1.00
0.55〜0.65
0.80〜0.90
50
0.70〜0.85
fee
Cgfce,g
当水泥28d胶砂抗压强度无实测值时，公式5.1.1-2）中的fee值可按下式计算:
表5.1.1-2水泥强度等级值的富余系数c
水泥强度等级值
42.5
52.5
富余系数
1.12
1.16
1.10
采用值
36.4
47.6
57.8
5.1.2回归系数:
a和:
b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选用。
表5.1.2回归系数二a、b选用表
粗骨料品种系数
碎石
卵石
□a
0.53
0.49
ab
0.20
0.13
应至少采用三个不同的配合比。
当采用三个不同的配合比时，其中一个应为本规程第6.1.4条确定的试拌配合比，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加和减少0.05,用水量应与试拌配合比相同，砂率可分别增加和减少1%。
6.2.4配合比调整后，应对设计要求的混凝土耐久性能进行试验，符合设计规定的
耐久性能要求的配合比方可确定为设计配合比。
表7.3.3高强混凝土水胶比、胶凝材料用量和砂率
强度等级
胶凝材料用量
（kg/m3）
砂率（%）
C60,vC80
0.28〜0.34
480〜560
35〜42
C80,VC100
0.26〜0.28
520〜580
外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试配确定；
矿物掺合料掺量宜为25%〜40%;
硅灰掺量不宜大于10%;
粗骨料最大粒径不大于25毫米；
水泥用量不宜大于500kg/m3。
733计算后调整拌合物的试拌配合比，另外两个配合比的水胶比，宜较试拌配合比分别增加和减少0.02。
7.3.6高强混凝土抗压强度宜采用标准试件通过试验测定；
使用非标准尺寸试件时，尺寸折算系数应由试验确定。
3.0.3控制最大水胶比是保证混凝土耐久性能的重要手段，而水胶比又是混凝土配合比设计的首要参数。
《混凝土结构设计规范》GB50010对不同环境条件的混凝土最大水胶比作了规定。
3.0.4在控制最大水胶比条件下，表3.0.4中最小胶凝材料用量是满足混凝土施工
性能和掺加矿物掺合料后满足混凝土耐久性能的胶凝材料用量下限。
3.0.5规定矿物掺合料最大掺量主要是为了保证混凝土耐久性能。
当采用超出表
3.0.5-1和表3.0.5-2给出的矿物掺合料最大掺量时，全然否定不妥，通过对混凝土性能进行全面试验论证，证明结构混凝土安全性和耐久性可以满足设计要求后，还是能够采用的。
当掺量小于20%时，可按普通水泥使用
当掺量大于20%时，水胶比应不大于0.5
当掺量大于30%时，水胶比应不大于0.45
当掺量超过50%时，水胶比应不大于0.42
随掺量的增大，水胶比降低
在没有特殊规定的情况下，混凝土强度试件在28d龄期进行抗压试验；
当设计规定
采用60d或90d等其它龄期强度时，混凝土强度试件在相应的龄期进行抗压试验。
水胶比是不是一定要通过计算获得？
新规范规定“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”
W/B二
■新规范采用改进的保罗米公式来计算水胶比。
尽管对公式中的参数和系数作了修改，此公式仍是依据胶凝材料28天胶砂强度与混凝土28天配制强度的关系建立的混凝土水胶比
计算公式。
这样的混凝土配合比设计方法，首先要满足的是混凝土28天强度。
但如果我们更多地从耐久性角度考虑，在结构荷载允许的前提下，对掺加较多矿物掺合料的混凝土可能越来越多地选择60天、90天或更长龄期评定混凝土强度。
如此新规范使用改进的保罗米公式就不再适合。
许多人认为水胶比计算出来比较可靠，其实并非如此。
对于一定等级的混凝土如果考虑
耐久性要求，在特定胶凝材料组成下水胶比的范围并不大，可以进行选择，选择3-4个水
胶比进行混凝土试配。
也就是说混凝土的水胶比不一定是算出来的，可依据混凝土性能目标进行选择，经试配确定，这需要我们基于对现代混凝土的深刻认识而转变观念。
混凝土单位体积用水量的重要性没有得到充分体现
规范将最少水泥用量”改为最少胶凝材料用量”。
体现了现代混凝土的技术理念，但没有限定最高胶凝材料用量。
胶凝材料用量过高，混凝土体积稳定性差，开裂的风险就越大。
■规范对混凝土浆骨比指标没有提及。
其实浆骨比是保证硬化前后混凝土性能的核心因素。
尤其对于混凝土体积稳定性更为重要。
应参考《混凝土结构耐久性设计规范》，规定胶凝材料用量上限。
■其实如果充分重视混凝土耐久性，配合比设计理念应该实现从水胶比一强度的关系转变到单位体积用水量一耐久性关系上来。
矿物掺合料掺加比例的规定考虑不周
规范规定了矿物掺合料最大掺量，并在条款说明中提出当采用超出表3.0.5-1和表3.0.5-2给出的矿物掺合料最大掺量时，全然否定不妥，通过对混凝土性能进行全面试验论证，证明结构混凝土安全性和耐久性能满足设计要求后，还是能够采用的。
虽然为混凝土大比例掺加矿物掺合料留下了余地，但作为规范这样明文规定矿物掺合料最大掺加比例不利于绿色高性能混凝土技术的推广应用。
其实混凝土矿物掺合料的掺加比例应根据使用环境、结构形式和混凝土水胶比而定，例如北京近年来许多工程的大基础底板混凝土中矿物掺合料掺加比例都超过了新规范规定，混凝土性能良好，技术趋于成熟。
至于预应力钢筋混凝土中掺合料掺加比例更低的要求，可能是考虑张拉时混凝土强度的需要，其实过早张拉导致混凝土追求高早强对于耐久性不利。
混凝土强度试验水胶比取值规定得商榷
规范6.1.5在试拌配合比的基础上应进行混凝土强度试验，并应符合下列规定：
应至少采
用三个不同的配合比。
当采用三个不同的配合比时，其中一个应为本规程第6.1.4条确定的
试拌配合比，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加和减少0.05。
对于中低强
度混凝土试配，这样的水胶比取值幅度可能过大，笔者认为0.03较为适宜。
规范仍认为骨料干燥状态作为基础设计配合比为宜不能令人信服
目前混凝土大量使用机制砂，且混凝土骨料品种多，品质各异，尤其是吸水率差别大时以干燥状态设计混凝土配合比可能造成有效水胶比不同；
此外使用干燥状态骨料生产混凝土时，若骨料吸水多，则同时也吸附了一定量的减水剂，造成混凝土坍落度损失大；
以干燥状态为基础设计配合比易导致混凝土生产中由于水的控制较难，质量波动增大。
所以以
饱和面干状态骨料为混凝土配合比设计基础为宜。
质量法计算砂石存在问题
对于混凝土企业实验室，测定原材料密度的技术条件应该具备。
由于混凝土矿物掺合料一般比水泥轻，且骨料表观密度差别也可能较大，假定表观密度可能不准。
现代六组分混凝土的配合比设计应采用体积法更合理。
条款说明5.5中这样解释：
在实际工程中，混凝土配合比设计通常采用质量法。
混凝土配合比设计也允许采用体积法，可视具体技术需要选用。
与质量法比较，体积法需要在测定水泥和矿物掺合料的密度以及骨料的表观密度等，对技术条件要求略高。
混凝土配合比设计规范不宜修订和保留
混凝土不是算出来的，而是配出来的，混凝土配合比设计可以编指南，定原则，但保留并修订设计规范其实没有必要。
定的指标、限制越多，越具体，就越容易成为束缚混凝土技术人员的绳索”阻碍混凝土技术的发展。
标准规范条款应该更多以性能要求和导向为主。
目前的工程实际是混凝土搅拌站试配出合理的配合比后，为了使混凝土配合比设计资料复合标准规范，按照现有规范设计方法挖空心思“对号入座”，编资料。
比如：
C30混凝土配合比中实际用胶凝材料380kg,水胶比0.45,为了资料满足规范，混凝土搅拌站技术部门都采用反算的思路：
从W/B到fb再推算rf、rs。
针对这些情况,《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011又有何意义？
规范编制人员应该认真反思。
普通配合比设计新规范的点评
规范标准应该与时俱进，不能刻舟求剑。
要深刻了解现代混凝土的复杂性。
抗压强度、变形性能和耐久性
混凝土抗压强度高与低，满足设计要求即可；
并非混凝土强度越高，就意味着水平”越高（HSC似乎还不过瘾，又出现了
UHSC）无论混凝土强度高低，必须具有匀质性、体积稳定性和耐久性，这是“根本”抗渗混凝土
影响混凝土抗渗性最关键的两个指标是：
水胶比、粗骨料最大粒径事实上并不存在单独具有抗渗性超强的混凝土，其与混凝土强度等级不无关系使得C25及以下的混凝土具有良好的抗渗性，才体现出水平
配制抗渗混凝土要点
限制水胶比
限制骨料最大粒径
控制粗骨料的粒形、级配、含泥量
控制细骨料的级配、含泥量
优先掺粉煤灰，其次掺磨细矿渣，有条件时，双掺，并掺入高效减水剂和引气剂
抗冻混凝土
混凝土抗冻性好，首先要求其抗渗性好
控制水胶比和骨料最大粒径
掺入高效减水剂和引气剂
控制临界强度
绝对（最好）不要使用防冻剂、早强剂
高强混凝土
现代混凝土技术赋予混凝土强度绝对是件“易如反掌”的事情高强混凝土技术之所以被单独提出来，并非配制“高强”有什么技术“玄机”；
而是，强度越高，体积稳定性越差，开裂的风险就越大，如何确保高强混凝土的耐久性才是高强混凝土技术的难点所在
泵送混凝土
泵送混凝土有两个指标绝对要进行控制：
第一，流动性与粘聚性的统一；
第二，泵送压力的选择，即必须采用高压泵！
绝对不能以低压泵为“借口”，将本来已经满足泵送要求的混凝土拌合物的流动性人为地放大，这样带来的不仅仅是成本问题，更重要的是耐久性问题，这又是舍本逐末！
大体积混凝土
体积较大的、可能由胶凝材料水化热引起的温度应力导致有害裂缝结构混凝土应从控制原材料的温度入手水胶比过低也容易导致开裂！
低与高，要权衡！
原材料的温度，尤其是水泥的温度特别重要，拌和水要降温。
此外，早期养护更是重要！
关于配合比设计还要说的话
没有任何可以以不变应万变的配合比，试配工作是必须的，目前并没有什么全计
算”
对原材料质量差异的控制比对配料计量误差的限制更重要。
对变化了的材料不能使用不变的方法。
用科学思维方法指导混凝土技术
任何给工程带来好处的措施，必然同时存在某些不利因素，有所得必有所失。
没有任何事物（材料、技术）只有优点没有缺点，有利必有弊；
必须因地制宜、因事制宜、因时制宜、因人（使用者的素质）制宜。
对变化了的材料使用不变的方法往往会得出错误的结论。
新拌混凝土流动性大与小，能施工就行
混凝土强度高与低，满足设计要求就行
混凝土质量的根本有两点：
一是混凝土长龄期强度的发展，二是混凝
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