普通混凝土配合比设计和应用探讨.docx

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普通混凝土配合比设计和应用探讨

普通混凝土配合比设计，一般应根据混凝土强度等级及施工所要求的混凝土拌合物坍落度（或工作度——维勃稠度）指标进行。

如果混凝土还有其他技术性能要求，除在计算和试配过程中予以考虑外，尚应增添相应的试验项目，进行试验确认。

普通混凝土配合比设计应满足设计需要的强度和耐久性。

水灰比的最大允许值，可参见表10-33。

混凝土的最大水灰比和最小水泥用量表10-33

环境条件

结构物类别

最大水灰比

最小水泥用量（kg）

素混凝土

钢筋混凝土

预应力混凝土

素混凝土

钢筋混凝土

预应力混凝土

1．干燥环境

·正常的居住和办公用房屋内部件

不作规定

0.65

0.60

200

260

300

2．潮湿环境

无冻害

·高湿度的室内部件

·室外部件

·在非侵蚀性土和（或）水中的部件

0.70

0.60

225

280

300

有冻害

·经受冻害的室外部件

·在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件

·高湿度且经受冻害的室内部件

0.55

250

280

300

3．有冻害和除冰剂的潮湿环境

·经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件

0.50

300

注：

1．当采用活性掺合料取代部分水泥时，表中最大水灰比和最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。

2．配制C15级及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。

混凝土拌合料应具有良好的施工和易性和适宜的坍落度。

混凝土的配合比要求有较适宜的技术经济性。

1普通混凝土配合比设计

1-1普通混凝土配合比设计步骤

普通混凝土配合比计算步骤如下：

（1）计算出要求的试配强度fcu,0，并计算出所要求的水灰比值；

（2）选取每立米混凝土的用水量，并由此计算出每立米混凝土的水泥用量；

（3）选取合理的砂率值，计算出粗、细骨料的用量，提出供试配用的计算配合比。

以下依次列出计算公式：

1．计算混凝土试配强度fcu,0，并计算出所要求的水灰比值（W/C）

（1）混凝土配制强度

混凝土的施工配制强度按下式计算：

fcu,0≥fcu,k＋1.645σ（10-5）

式中fcu,0——混凝土的施工配制强度（MPa）；

fcu,k——设计的混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；

σ——施工单位的混凝土强度标准差（MPa）。

σ的取值，如施工单位具有近期混凝土强度的统计资料时，可按下式求得：

（10-6）

式中fcu,i——统计周期内同一品种混凝土第i组试件强度值（MPa）；

μfcu——统计周期内同一品种混凝土N组试件强度的平均值（MPa）；

N——统计周期内同一品种混凝土试件总组数，N≥250

当混凝土强度等级为C20或C25时，如计算得到的σ＜2.5MPa，取σ＝2.5MPa；当混凝土强度等级等于或高于C30时，如计算得到的σ＜3.0MPa，取σ＝3.0MPa。

对预拌混凝土厂和预制混凝土构件厂，其统计周期可取为一个月；对现场拌制混凝土的施工单位，其统计周期可根据实际情况确定，但不宜超过三个月。

施工单位如无近期混凝土强度统计资料时，可按表10-34取值。

σ取值表表10-34

混凝土强度等级

＜C15

C20~C35

＞C35

σ（N/mm2）

（2）计算出所要求的水灰比值（混凝土强度等级小于C60时）

（10-7）

式中αa、αb——回归系数；

fce——水泥28d抗压强度实测值（MPa）；

W/C——混凝土所要求的水灰比。

1）回归系数αa、αb通过试验统计资料确定，若无试验统计资料，回归系数可按表10-35选用。

回归系数αa、αb选用表表10-35

碎石

卵石

αa

0.46

0.48

αb

0.07

0.33

2）当无水泥28d实测强度数据时，式中fce值可用水泥强度等级值（MPa）乘上一个水泥强度等级的富余系数γc，富余系数γc可按实际统计资料确定，无资料时可取γc＝1.13。

fce值也可根据3d强度或快测强度推定28d强度关系式推定得出。

对于出厂期超过三个月或存放条件不良而已有所变质的水泥，应重新鉴定其强度等级，并按实际强度进行计算。

3）计算所得的混凝土水灰比值应与规范所规定的范围进行核对，如果计算所得的水灰比大于表10-33所规定的最大水灰比值时，应按表10-33取值。

2．选取每立方米混凝土的用水量和水泥用量

（1）选取用水量

1）W/C在0.4~0.8范围时，根据粗骨料的品种及施工要求的混凝土拌合物的稠度，其用水量可按表10-36、10-37取用。

干硬性混凝土的用水量（kg/m3）表10-36

拌合物稠度

卵石最大粒径（mm）

碎石最大粒径（mm）

项目

指标

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

塑性混凝土的用水量（kg/m3）表10-37

拌合物稠度

卵石最大粒径（mm）

碎石最大粒径（mm）

项目

指标

31.5

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平均取值。

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，则可减少5~10kg。

2．掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。

2）W/C小于0.4的混凝土或混凝土强度等级大于等于C60级以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定。

3）流动性和大流动性混凝土的用水量可以表10-37中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量。

4）掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算：

mwa＝mw0（1－β）（10-8）

式中mwa——掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量（kg）；

mw0——未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量（kg）；

β——外加剂的减水率（%）。

外加剂的减水率应经试验确定。

（2）计算每立方米混凝土的水泥用量

每立方米混凝土的水泥用量（mc0）可按下式计算：

（10-9）

计算所得的水泥用量如小于表10-33所规定的最小水泥用量时，则应按表10-33取值。

混凝土的最大水泥用量不宜大于550kg/m3。

3．选取混凝土砂率值，计算粗细骨料用量

（1）选取砂率值

1）坍落度为10~60mm的混凝土砂率，可按粗骨料品种、规格及混凝土的水灰比在表10-38中选用。

混凝土的砂率（%）表10-38

水灰比

（W/C）

卵石最大粒径（mm）

碎石最大粒径（mm）

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：

1．表中数值系中砂的选用砂率。

对细砂或粗砂，可相应地减少或增加砂率；

2．只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增加；

3．对薄壁构件，砂率取偏大值；

4．表中的砂率系指砂与骨料总量的重量比。

2）坍落度大于60mm的混凝土砂率，可经试验确定，也可在表10-38的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。

3）坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应通过试验确定。

（2）计算粗、细骨料的用量，算出供试配用的配合比

在已知混凝土用水量、水泥用量和砂率的情况下，可用体积法或重量法求出粗、细骨料的用量，从而得出混凝土的初步配合比。

1）体积法

体积法又称绝对体积法。

这个方法是假设混凝土组成材料绝对体积的总和等于混凝土的体积，因而得到下列方程式，并解之。

（10-10）

（10-11）

式中mm0——每立方米混凝土的水泥用量（kg/m3）；

mg0——每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m3）；

ms0——每立方米混凝土的细骨料用量（kg/m3）；

mw0——每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；

ρc——水泥密度（g/cm3）可取2900~3100（kg/m3）；

ρg——粗骨料的视密度（g/cm3）；

ρs——细骨料的视密度（g/cm3）；

ρw——水的密度（kg/m3）可取1000（kg/m3）；

α——混凝土含气量百分数（%）在不使用含气型外掺剂时可取α＝1；

βs——砂率（%）。

在上述关系式中，ρg和ρS应按《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）及《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-92）所规定的方法测得。

2）重量法

重量法又称为假定重量法。

这种方法是假定混凝土拌合料的重量为已知，从而，可求出单位体积混凝土的骨料总用量（重量），进而分别求出粗、细骨料的重量，得出混凝土的配合比。

方程式如下：

mc0＋mg0＋ms0＋mw0＝mcp（10-12）

（10-13）

式中mcp——每立方米混凝土拌合物的假定重量（kg/m3），其值可取2350~2450kg/m3。

其他符号同体积法。

在上述关系式中mcp，可根据本单位累积的试验资料确定。

在无资料时，可根据骨料的密度、粒径以及混凝土强度等级，在2350~2450kg/m3的范围内选取。

1-2普通混凝土拌合物的试配和调整

按照工程中实际使用的材料和搅拌方法，根据计算出的配合比进行试拌。

混凝土试拌的数量不应少于表10-39所规定的数值，如需要进行抗冻、抗渗或其他项目试验，应根据实际需要计算用量。

采用机械搅拌时，拌合量应不小于该搅拌机额定搅拌量的四分之一。

混凝土试配的最小搅拌量表10-39

骨料最大粒径（mm）

拌合物数量（L）

31.5及以下

如果试拌的混凝土坍落度不能满足要求或保水性不好，应在保证水灰比条件下相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。

然后提出供检验混凝土强度用的基准配合比。

混凝土强度试块的边长，应不小于表10-40的规定。

混凝土立方体试块边长表10-40

骨料最大粒径（mm）

试块边长（mm）

≤30

100×100×100

≤40

150×150×150

≤60

200×200×200

制作混凝土强度试块时，至少应采用三个不同的配合比，其中一个是按上述方法得出的基准配合比，另外两个配合比的水灰比，应较基准配合比分别增加或减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可分别增加和减少1%。

当不同水灰比的混凝土拌合物坍落度与要求值的差超过允许偏差时，可通过增、减用水量进行调整。

制作混凝土强度试件时，尚需试验混凝土的坍落度、黏聚性、保水性及混凝土拌合物的表观密度，作为代表这一配合比的混凝土拌合物的各项基本性能。

每种配合比应至少制作一组（3块）试件，标准养护28d后进行试压；有条件的单位也可同时制作多组试件，供快速检验或较早龄期的试压，以便提前提出混凝土配合比供施工使用。

但以后仍必须以标准养护28d的检验结果为准，据此调整配合比。

经过试配和调整以后，便可按照所得的结果确定混凝土的施工配合比。

由试验得出的各水灰比值的混凝土强度，用作图法或计算求出混凝土配制强度、（fcu,0）相对应的水灰比。

这样，初步定出混凝土所需的配合比，其值为：

用水量（mw）——取基准配合比中的用水量值，并根据制作强度试件时测得的坍落度值或维勃稠度加以适当调整；

水泥用量（mc）——以用水量乘以经试验选定出来的灰水比计算确定；

粗骨料（mg）和细骨料（ms）用量——取基准配合比中的粗骨料和细骨料用量，按选定灰水比进行适当调整后确定。

按上述各项定出的配合比算出混凝土的表观密度计算值ρc,c：

ρc,c＝mc＋mg＋ms＋mw（10-14）

再将混凝土的表观密度实测值除以表观密度计算值，得出配合比校正系数δ：

δ＝ρc,t/ρc,c（10-15）

式中ρc,t——混凝土表观密度实测值（kg/m3）；

ρc,c——混凝土表观密度计算值（kg/m3）。

当混凝土混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，按上述确定的配合比即为确定的设计配合比，当二者之差超过2%时，应将混凝土配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ，即为最终确定的配合比设计值。

1-3掺矿物掺合料混凝土配合比设计

1．设计原则

掺矿物掺合料混凝土的设计强度等级、强度保证率、标准差及离差系数等指标应与基准混凝土相同，配合比设计以基准混凝土配合比为基础，按等稠度、等强度的等级原则等效置换，并应符合（普通混凝土配合比设计规程）（JGJ55）的规定。

2．设计步骤

（1）根据设计要求，按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）进行基准配合比设计；

（2）可按表10-41选择矿物掺合料的取代水泥百分率（βc）：

取代水泥百分率（βc）表10-41

矿物掺合料种类

水灰比或强度等级

取代水泥百分率（βc）

硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥

矿渣硅酸盐水泥

粉煤灰

≤0.40

≤40

≤35

≤30

＞0.40

≤30

≤25

≤20

粒化高炉矿渣粉

≤0.40

≤70

≤55

≤35

＞0.40

≤50

≤40

≤30

沸石粉

≤0.40

10~15

5~10

＞0.40

15~20

10~15

硅灰

C50以上

≤10

复合掺合料

≤0.40

≤70

≤60

≤50

＞0.40

≤55

≤50

≤40

注：

高钙粉煤灰用于结构混凝土时，根据水泥品种不同，其掺量不宜超过以下限制：

矿渣硅酸盐水泥不大于15%

普通硅酸盐水泥不大于20%

硅酸盐水泥不大于30%

（3）按所选用的取代水泥百分率（βc），求出每立方米矿物掺合料混凝土的水泥用量（mc）：

mc＝mc0（1－βc）（10-16）

（4）按表10-42选择矿物掺合料超量系数（δc）；

超量系数（δc）10-42

矿物掺合料种类

规格或级别

超量系数

粉煤灰

1.0~1.4

1.2~1.7

III

1.5~2.0

粒化高炉矿渣粉

S105

0.95

S95

1.0~1.15

S75

1.0~1.25

沸石粉

1.0

复合掺合料

S105

0.95

S95

1.0~1.15

S75

1.0~1.25

（5）按超量系数（δc）求出每立方米混凝土的矿物掺合料混凝土的矿物掺合料用量（mf）：

mf＝δc·（mc0-mc）（10-17）

式中βc——取代水泥百分率（%）；

mf——每立方米混凝土中的矿物掺合料用量（kg/m3）；

δc——超量系数；

mc0——每立方米基准混凝土中的水泥用量（kg/m3）；

mc——每立方米矿物掺合料混凝土中的水泥用量（kg/m3）。

（6）计算每立方米矿物掺合料混凝上中水泥、矿物掺合料和细骨料的绝对体积，求出矿物掺合料超出水泥的体积；

（7）按矿物掺合料超出水泥的体积，扣除同体积的细骨料用量；

（8）矿物掺合料混凝土的用水量，按基准混凝土配合比的用水量取用；

（9）根据计算的矿物掺合料混凝土配合比，通过试拌，在保证设计的工作性的基础上，进行混凝土配合比的调整，直到符合要求；

（10）外加剂的掺量应按取代前基准水泥的百分比计；

（11）矿物掺合料混凝土的水灰比及水泥用量、胶凝材料用量应符合表10-43的要求。

最小水泥用量胶凝材料用量和最大水灰比表10-43

矿物接合料种类

用途

最小水泥用量（kg/m3）

最小胶凝材料用量（kg/m3）

最大水灰比

粒化高炉矿渡粉复合接合料

有冻害、潮湿环境中结构

200

300

0.50

上部结构

200

300

0.55

地下、水下结构

150

300

0.55

大体积棍凝土

110

270

0.60

无筋混凝土

100

250

0.70

注：

掺粉煤灰、沸石粉和硅灰的混凝土应符合《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）中的规定。

2有特殊要求的混凝土配合比设计

2-1抗渗混凝土

1．抗渗混凝土所用原材料应符合下列规定：

（1）粗骨料宜采用连续级配，其最大粒径不宜大于40mm，含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%；

（2）细骨料的含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%；

（3）外加剂宜采用防水剂、膨胀剂、引气剂、减水剂或引气减水剂；

（4）抗渗混凝土宜掺用矿物掺合料。

2．抗渗混凝土配合比的计算方法和试配步骤除应遵守普通混凝土配合比设计的规定外，尚应符合下列规定：

（1）每立方米混凝土中的水泥和矿物掺合料总量不宜小于320kg；

（2）砂率宜为35%~45%；

（3）供试配用的最大水灰比应符合表10-44的规定。

抗渗混凝土最大水灰比表10-44

抗渗等级

最大水灰比

C20~C30

C30以上

P8~P12

0.60

0.55

P12以上

0.55

0.50

抗渗等级

0.50

0.45

3．掺用引气剂的抗渗混凝土，其含气量宜控制在3%-5%。

4．进行抗渗混凝土配合比设计时，尚应增加抗渗性能试验，并应符合下列规定：

（1）试配要求的抗渗水压值应比设计值提高0.2MPa；

（2）试配时，宜采用水灰比最大的配合比做抗渗试验，其试验结果应符合下式要求：

Pt≥P/10＋0.2（10-18）

式中Pt——6个试件中4个未出现渗水时的最大水压值（MPa）；

P——设计要求的抗渗等级值。

（3）掺引气剂的混凝土还应进行含气量试验，试验结果应符合本节3条的规定。

2-2抗冻混凝土

1．抗冻混凝土所用原材料应符合下列规定：

（1）应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜使用火山灰质硅酸盐水泥。

（2）宜选用连续级配的粗骨料，其含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%。

（3）细骨料含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%。

（4）抗冻等级F100及以上的混凝土所用的粗骨料和细骨料均应进行坚固性试验，并应符合现行行业标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53）及《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52）的规定。

（5）抗冻混凝土宜采用减水剂，对抗冻等级F100及以上的混凝土应掺引气剂，掺用后混凝土的含气量应符合普通混凝土配合比设计的规定。

2．混凝土配合比的计算方法和试配步骤除应遵守普通混凝土配合比设计规定外，供试配用的最大水灰比尚应符合表10-45的规定。

抗冻混凝土的最大水灰比表10-45

抗冻等级

无引气剂时

掺引气剂时

F50

0.55

0.60

F100

0.55

F150及以上

0.50

3．进行抗冻混凝土配合比设计时，尚应增加抗冻融性能试验。

2-3高强混凝土

1．配制高强混凝土所用原材料应符合下列规定：

（1）应选用质量稳定、强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

（2）对强度等级为C60级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于31.5mm，对强度等级高于C60级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于25mm；针片状颗粒含量不宜大于5.0%，含泥量不应大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%；其他质量指标应符合现行行业标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53）的规定。

（3）细骨料的细度模数宜大于2.6，含泥量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%。

其他质量指标应符合现行行业标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52）的规定。

（4）配制高强混凝土时应掺用高效减水剂或缓凝高效减水剂；并应掺用活性较好的矿物掺合料，且宜复合使用矿物掺合料。

2．高强混凝土配合比的计算方法和步骤除应按本章规定进行外，尚应符合下列规定：

（1）基准配合比中的水灰比，可根据现有试验资料选取；

（2）配制高强混凝土所用砂率及所采用的外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试验确定；

（3）高强混凝土的水泥用量不应大于550kg/m3；水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg/m3。

3．高强混凝土配合比的试配与确定的步骤应按本章的规定进行。

当采用三个不同的配合比进行混凝土强度试验时，其中一个应为基准配合比，另外两个配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少0.02~0.03。

4．高强混凝土设计配合比确定后，尚应用该配合比进行不少于6次的重复试验进行验证，其平均值不应低于配制强度。

2-4泵送混凝土

1．泵送混凝土原材料

（1）水泥

配制泵送混凝土应采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。

矿渣水泥保水性稍差，泌水性较大，但由于其水化热较低，多用于配制泵送的大体积混凝土，但宜适当降低坍落度、掺入适量粉煤灰和适当提高砂率。

（2）粗骨料

粗骨料的粒径、级配和形状对混凝土拌合物的可泵性有着十分重要的影响。

粗骨料的最大粒径与输送管的管径之比有直接的关系，应符合表10-46的规定。

粗骨料的最大粒径与输送管径之比表10-46

石子品种

泵送高度（m）

粗骨料的最大粒径与输送管径之比

碎石

＜50

≤1：

50~100

≤1：

4.0

＞100

≤1：

5.0

卵石

＜50

≤1：

2.5

50~100

≤1：

3.0

＞100

≤1：

4.0

粗骨料应符合国家现行标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）的规定。

粗骨料应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10%。

粗骨料的级配影响空隙率和砂浆用量，对混凝土可泵性有影响，常用的粗骨料级配曲线可按图10-1选用。

图10-1泵送混凝土粗骨料最佳级配图

泵送混凝土粗细骨料最佳级配图（图10-11、图10-2）说明：

1）粗实线为最佳级配线；

2）两条虚线之间区域为适宜泵送区；

3）粗细骨料最佳级配区宜尽可能接近二条虚线之间范围的中间区域。

（3）细骨料

细骨料对混凝土拌合物的可泵性也有很大影响。

混凝土拌合物之所以能在输送管中顺利流动，主要是由于粗骨料被包裹在砂浆中，而由砂浆直接与管壁接触起到的润滑作用。

对细骨料除应符合国家现行标准《普通混凝土用砂质

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