1、 238 附录 A 水工混凝土配合比设计方法 A.1 基本原则 A.1.1 水工混凝土配合比设计，应满足设计与施工要求，确保混凝土工程质量且经济合理。 A.1.2 混凝土配合比设计要求做到： 1 应根据工程要求，结构型式，施工条件和原材料状况，配制出既满足工作性、强度及耐久性等要求，又经济合理的混凝土，确定各组成材料的用量； 2 在满足工作性要求的前提下，宜选用较小的用水量； 3 在满足强度、耐久性及其他要求的前提下，选用合适的水胶比； 4 宜选取最优砂率，即在保证混凝土拌和物具有良好的粘聚性并达到要求 的工作性时用水量最小的砂率； 5 宜选用最大粒径较大的骨料及最佳级配。 A.1.3 混凝土
2、配合比设计的主要步骤： 1 根据设计要求的强度和耐久性选定水胶比； 2 根据施工要求的工作度和石子最大粒径等选定用水量和砂率，用水量除以选定的水胶比计算出水泥用量； 3 根据体积法或质量法计算砂、石用量； 4 通过试验和必要的调整，确定每立方米混凝土材料用量和配合比。 A.1.4 进行混凝土配合比设计时，应收集有关原材料的资料，并按有关标准对水泥、掺和料、外加剂、砂石骨料等的性能进行试验。 1 水泥的品 种、品质、强度等级、密度等； 2 石料岩性、种类、级配、表观密度、吸水率等； 3 砂料岩性、种类、级配、表观密度、细度模数、吸水率等； 4 外加剂种类、品质等； 5 掺合料的品种、品质等； 6
3、 拌和用水品质。 A.1.5 进行混凝土配合比设计时，应收集相关工程设计资料，明确设计要求： 1 混凝土强度及保证率； 2 混凝土的抗渗等级、抗冻等级等； 3 混凝土的工作性； 4 骨料最大粒径。 239 A.1.6 进行混凝土配合比设计时，应根据原材料的性能及混凝土的技术要求进行配合比计算，并通过试验室 试配、调整后确定。室内试验确定的配合比尚应根据现场情况进行必要的调整。 A.1.7 进行混凝土配合比设计时，除应遵守本标准的规定外，还应符合国家现行有关标准的规定。 A.2 混凝土配制强度的确定 A.2.1 目前水工混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值采用两种方式 。一种以强度等级“ C”表示
4、，与国际标准 ISO3892 接轨，龄期 28d，强度保证率为 95%，如 C20；另一种是惯用的强度标号“ R”表示，龄期 90d 或 180d，强度保证率为 80%，如 R9015 或 R18015。不论哪种方式表示， 混凝土设计龄期立方体 抗压强度标准值系指按照标准 方法制作养护的边长为 150mm 的立方体试件，在 设计龄期用标准试验方法测得的具有设计保证率的抗压强度 ，以 MPa 计。 A.2.2 混凝土配制强度按 公式 (A.2.2-1)或 公式 （ A.2.2-2） 计算： tff kcucu ,0, (A.2.2-1) vkcucu tcff 1 ,0, (A.2.2-2) 式
5、中 fcu,0 混凝土配制强度， MPa； fcu,k 混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值， MPa； t 概率度系数，由给定的保证率 P 选定，其值按表 A.2.2 选用； 混凝土立方体抗压强度标准差， MPa； cv 变异系数。 表 A.2.2 保证率和概率度系数关系 保证率 P （ %） 70.0 75.0 80.0 84.1 85.0 90.0 95.0 97.7 99.9 概率度系数 t 0.525 0.675 0.840 1.0 1.040 1.280 1.645 2.0 3.0 A.2.3 混凝土抗压强度标准差 和变异系数 cv，宜按同品种混凝土抗压强度统计资料确定。 1 统计时
6、，混凝土抗压强度试件总数应不少于 30 组； 2 根据近期相同抗压强度、生产工艺和配合比基本相同的混凝土抗压强度资料，混凝土抗压强度标准差 按 公式 （ A.2.3-1）计算： 240 1122 ,nnmfnificu cu (A.2.3-1) 式中 fcu,i 第 i 组试件抗压强度， MPa； cufm n 组试件的抗压 强度平均值， MPa； n 试件组数。 3 变异系数 cv按 公式 （ A.2.3-2）计算： cufv mc (A.2.3-2) 4 当混凝土设计龄期 立方体 抗压强度标准值小于或等于 25MPa，其抗压强度标准差 ()计算值小于 2.5MPa 时，计算配制抗压强度用的
7、标准差应不小于 2.5MPa；当混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值等于或大于 30MPa，其抗压强度标准差计算值小于 3.0MPa 时，计算配制抗压强度用的标准差应取 不小于 3.0MPa。 A.2.4 当无 近期同品种混凝土抗压强度统计资料时， 值 可按表 A.2.4-1 取用， cv可按表 A.2.4-2 取用。 施工中应根据现场施工时段强度的统计结果调整 值。 表 A.2.4-1 标准差选用值 MPa 设计龄期抗压强度标准值 15 20 25 30 35 40 45 50 混凝土抗压强度标准差 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 表 A.2.4-2 变异系数 cv 选用值 设计龄期抗
8、压强度标准值 （ MPa） 15 20 25 30 35 变异系数 cv 0.20 0.18 0.15 A.3 混凝土配合比的计算 A.3.1 混凝土配合比计算应以饱和面干状态骨料为基准。 A.3.2 混凝土配合比应按下列步骤进行计算： 1 计算配制强度 fcu,0，求出相应的水胶比，并根据混凝土抗渗、抗冻等级等要求和允许的最大水胶比限值选定水胶比； 2 选取混凝土的用水量，并计算出混凝土的水泥用量（或胶凝材料用量）； 241 3 选取砂率，计算砂子和石子的用量，并提出供试配用的计算配合比。 A.3.3 根据混凝土配制强度选择水 胶比。在适宜范围内，可选择 3 5 个 水胶比，在一定条件下通过
9、试验，建立强度与胶水比的回归方程 式 （ A.3.3-1）或图表，按强度与胶水比关系式（ A.3.3-2）选择相应于配制强度的水胶比。 )(0, Bw pcfAf cecu (A.3.3-1) cecu ce fBAffApcw 0)/( ，(A.3.3-2) 式中 fcu,0 混凝土的配制 强度， MPa； fce 水泥 28d 龄期抗压强度实测值， MPa； wpc /)( 胶水比； )/( pcw 水胶比。 、 回归系数，应根据工程使用的水泥、掺合料、骨料、外加剂等，通过试验由建立的水胶比 与混凝土强度关系式确定。 A.3.4 根据工程需要，通过试验确定混凝土强度增长率，即在标准养护条
10、件下，其他龄期的强度与28d 龄期的强度之比的百分数。 A.3.5 混凝土的水胶比应符合 A.5.1 的规定。 A.3.6 混凝 土的 用水量可按 A.5.4 或相应类别混凝土的用水量确定原则选取 。 A.3.7 混凝土的胶凝材料用量（ mc mp）、水泥用量 mc和掺合料用量 mp 按下式计算： )/( pcw mmm wpc (A.3.7-1) )(1( pcmc mmPm (A.3.7-2) )( pcmp mmPm (A.3.7-3) 式中 mc 每立方米混凝土水泥用量， kg； mp 每立方米混凝土掺和料用量， kg； mw 每立方米混凝土用水量， kg； Pm 掺合料掺量； )/(
11、 pcw 水胶比。 A.3.8 混凝土的砂率可按 A.5.6 或相应类别混凝土的砂率确定原则选取 。 A.3.9 砂、石料用量 由已确定的用水量、水泥 （胶凝材料） 用量和砂率，根据 “绝对 体积法 ” 计算。 1 每立方米 混凝土中砂、石的绝对体积为： 1, ppccwwgs mmmV (A.3.9-1) 砂料用量： 242 svgss SVm , (A.3.9-2) 石料用量： gvgsg SVm )1(, (A.3.9-3) 式中 Vs,g 砂、石的绝对体积， m3； mw 每立方米混凝土用水量， kg； mc 每立方米混凝土水泥用量， kg； mp 每立方米混凝土掺合料用量， kg；
12、ms 每立方米混凝土 砂 料 用量， kg； mg 每立方米混凝土石 料 用量， kg； 混凝土含气量； Sv 体积砂率； w 水的密度， kg/m3； c 水泥密度， kg/m3； p 掺合料密度， kg/m3； s 砂 料 饱和面干表观密度， kg/m3； g 石 料 饱和面干表观密度， kg/m3。 2 各级石 料用量 按选定的级配比例计算。 A.3.10 列出混凝土各组成材料的计算用量和比例。 A.4 混凝土配合比的试配、调整和确定 A.4.1 试配 1 在混凝土配合比试配时，应采用工程中实际使用的原材料。 2 在混凝土试配时，每盘混凝土的最小拌和量 应符合 表 A.4.1 的规定，当
13、采用机械拌和时，其拌和量不宜小于拌和机额 定拌和量的 1/4。 表 A.4.1 混凝土试配的最小拌和量 骨料最大粒径 （ mm） 拌和物数量 （ L） 20 15 40 25 80 40 243 3 按计算的配合比进行试拌，根据坍落度、含气量、泌水、离析等情况判断混凝土拌和物的工作性，对初步确定的用水量、砂率、外加剂掺量等进行适当调整。 用选定的水胶比 和用水量 ，每次增减 砂率 1% 2%进行试拌， 坍落度最大时的砂率即为最优砂率。用最优砂率试拌，调整 用水量至混凝土拌和物满足工作性要求。然后 提出混凝土抗压强度试验用的配合比。 4 混凝土强度试验至少应采用三个不同水胶比的配合比，其中一个应
14、为 A.5.1 确 定的配合比，其它配合比的 用 水量不变，水胶比依次增 减，变化幅度为 0.05， 砂率可相应增 减 1%。 当不同水胶比的混凝土拌和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。 5 根据试配的配合比成型混凝土立方体抗压强度试件，标准养护 到规定龄期 进行抗压强度试验。根据试验得出混凝土抗压强度与其对应的水胶比关系，用作图法或计算法求出与混凝土配 制强度（ fcu,0）相对 应的水胶比。 A.4.2 调整 1 按 A.4.1 试配结果 ，计算混凝土各组成材料用量和比例。 2 按下列步骤进行调整： 1） 按 确 定的材料用量按 公式 （ A.4.2-1）计算
15、每立方米混凝土拌和物的质量： gspcwcc mmmmmm , (A.4.2-1) 2） 按 公式 (A.4.2-2)计算混凝土配合比校正系数： cctcmm, (A.4.2-2) 式中 配合比校正系数； mc,c 每立方米 混凝土拌和物的质量计算值， kg； mc,t 每立方米 混凝土拌和物的质量实测值， kg； mw 每立方米混凝土用水量， kg； mc 每立方米混凝土水泥用量， kg； mp 每立方米混凝土掺合料用量， kg； ms 每立方米混凝土砂子用量， kg； mg 每立方米混凝土石子用量， kg。 3 按校正系数 对 配合比中每项材料用量进行调整，即为调整的设计配合比。 A.4.
16、3 确定 1 当混凝土有抗渗、抗冻等其他技术指标要求时，应用满足抗压 强度要求的设计配合比，进行相关性能试验。如不满足要求，应对配合比进行适当调整，直到满足设计要求。 2 当使用过程中遇下列情况之一时，应调整或重新进行配合比设计： 1） 对混凝土性能指标要求有变化时； 2） 混凝土原材料品种、质量有明显变化时。 244 A.5 常态混凝土配合比设计的基本参数 A.5.1 混凝土的水胶比应根据设计对混凝土性能的要求，通过试验确定，并不 超过表 A.5.1 的 规定。 表 A.5.1 混凝土的水胶比最大允许值 部 位 严寒地区 寒冷地区 温和地区 上、下游水位以上（坝体外部） 0.50 0.55
17、0.60 上、下游水位变化区（坝体外部） 0.45 0.50 0.55 上、下游最低水位以下（坝体外部） 0.50 0.55 0.60 基 础 0.50 0.55 0.60 内 部 0.60 0.65 0.65 受水流冲刷部位 0.45 0.50 0.50 注：在有环境水侵蚀情况下，水位变化区外部及水下混凝土最大允许水胶比应减小 0.05。 A.5.2 混凝土的水胶比还应满足 设计规定的抗渗、抗冻等级等要求。混凝土抗渗、抗冻等级与水泥品种、水胶比、外加剂和掺和料品种及掺量、混凝 土龄期等因素有关。对于大中型工程，应通过试验建立相应的关系曲线，并根据试验结果，选择满足设计技术指标要求的水胶比。在
18、没有试验资料时，抗渗混凝土的水胶比可参考表 A.5.2 选用。抗冻混凝土的水胶比，宜根据混凝土抗冻等级和所用的骨料最大粒径按 SL211 选用。 表 A.5.2 抗渗等级与水灰比关系 抗渗等级 水灰 (胶 )比 W2 0.75 W4 0.60 0.65 W6 0.55 0.60 W8 0.50 0.55 W10 0.45 注：未掺外加剂和掺合料。 A.5.3 掺掺合料时混凝土的最大水 胶比应适当降低，并通过试验确定。 A.5.4 混凝土用水量，应根据骨料最大粒径、坍落度、外加剂、掺合料以及适宜的砂率通过试拌确定。 1 水胶比在 0.40 0.70 范围，当无试验资料时，其初选用水量可按表 A.
19、5.4 选取； 245 表 A.5.4 常态混凝土初选用水量表 单位： kg/m3 混凝土坍落度 （ mm） 卵石最大粒径 （ mm） 碎石最大粒径 （ mm） 20 40 80 150 20 40 80 150 10 30 160 140 120 105 175 155 135 120 30 50 165 145 125 110 180 160 140 125 50 70 170 150 130 115 185 165 145 130 70 90 175 155 135 120 190 170 150 135 注 1：本表适用于细度模数为 2.6 2.8 的天然中砂。当使用细砂或粗砂时，用水
20、量需增加或减少 3 kg/m3 5 kg/m3； 注 2：采用人工砂，用水量增加 5 kg/m3 10 kg/m3； 注 3：掺入火山灰质掺合料时，用水量需增加 10 kg/m3 20 kg/m3；采用级粉煤灰时，用水量可减少 5 kg/m3 10 kg/m3； 注 4：采用外加剂时，用水量应根据外加剂的减水率作适当调整，外加剂的减水率应通过试验确定； 注 5：本表适用于骨料含水状态为饱和面干状态。 2 水胶比小于 0.40 的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定。 A.5.5 石子按粒径依次分 为 5mm 20mm、 20mm 40mm、 40mm 80mm、 80mm 1
21、50mm（ 120mm）四个粒级。 水工大体积混凝土宜尽量使用最大粒径较大的骨料， 石子最佳级配（或组合比 ）应通过试验确定，一般以紧密堆积密度较大、用水量较小时的级配为宜。当无试验资料时，可按表 A.5.5 选取。 表 A.5.5 石子级配比初选表 级配 石子最大粒径 （ mm） 卵石 (小 :中 :大 :特大 ) 碎石 (小 :中 :大 :特大 ) 二 40 40:60: : 40:60: : 三 80 30:30:40: 30:30:40: 四 150 20:20:30:30 25:25:20:30 注：表中比例为质量比。 A.5.6 混凝土配合比宜选取最优砂率。最优砂率应根据骨料品种、
22、品质、粒径、水胶比和 砂的细度模数等通过试验选取。当无试验资料时，砂率可按以下原则确定： 混凝土坍落度小于 10mm 时，砂率应通过试验确定。混凝土坍落度为 10mm 60mm 时，砂率可按表 A.5.6 初选并通过试验最后确定。混凝土坍落度大于 60mm 时，砂率可通过试验确定，也可在表 A.5.6 的基础上按坍落度每增大 20mm，砂率增大 1%的幅度予以调整。 246 表 A.5.6 常态混凝土砂率初选表 单位： % 骨料最大粒径 （ mm） 水胶比 0.40 0.50 0.60 0.70 20 36 38 38 40 40 42 42 44 40 30 32 32 34 34 36 3
23、6 38 80 24 26 26 28 28 30 30 32 150 20 22 22 24 24 26 26 28 注 1：本表适用于卵石、细度模数为 2.6 2.8 的天然中砂拌制的混凝土； 注 2：砂的细度模数每增减 0.1，砂率相应增减 0.5% 1.0%； 注 3：使用碎石时，砂率需增加 3% 5%； 注 4：使用人工砂时，砂率需增加 2% 3%； 注 5：掺用引气剂时，砂率可减小 2% 3%；掺用粉煤灰时，砂 率可减小 1% 2%。 A.5.7 外加剂 掺量按胶凝材料质量的百分比计，应通过试验确定，并 应 符合国家和行业现行有关标准的规定。 A.5.8 掺合料的掺量按胶凝材料质量
24、的百分比计，应通过试验确定，并应符合国家和行业现行有关标准的规定。 A.5.9 有抗冻要求的混凝土，必须掺用引气剂，其掺量应根据混凝土的含气量要求通过试验确定。对大中型水电水利工程，混凝土的最小含气量应通过试验确定；当没有试验资料时，混凝土的最小含气量应符合水工建筑物抗冻设计规范（ SL211）的规定。混凝土的含气量不宜超过 7%。 A.6 碾压混凝土配合比设计 A.6.1 碾压混凝土所用原材料应符合下列规定： 1 应选用强度等级不低于 32.5 级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥。 2 应优先选用优质粉煤灰或其它活性材料作为掺合料；掺量超过 6
25、5%，应通过试验论证； 3 石料最大粒径一般不宜超过 80mm。 4 当采用人工骨料 时，人工 砂的石粉（小于 0.16mm 颗粒）含量宜控制在 10% 22%，最佳石粉含量应通过试验确定。 5 必须掺用外加剂，以满足可碾性、缓凝性及其他特殊要求。 A.6.2 碾压混凝土的水胶比应根据设计对碾压混凝土性能的要求，通过试验确定，并不超过表 A.5.1的规定。 A.6.3 碾压混凝土用水量： 水胶比在 0.40 0.70 范围，当无试验资料时，其初选用水量可按表 A.6.3 选取。 247 表 A.6.3 碾压混凝土初选用水量表 单位： kg/m3 碾压混凝土 VC 值 （ s） 卵石最大粒径 （
26、 mm） 碎石最大粒径 （ mm） 40 80 40 80 5 10 115 100 130 110 10 20 110 95 120 105 注 1：本表适用于细度模数为 2.6 2.8 的天然中砂，当使用细砂或粗砂时，用水量需增加或减少 5 kg/m3 10 kg/m3； 注 2：采用人工砂，用水量增加 5 kg/m3 10kg/m3； 注 3：掺入火山灰质掺合料时，用水量需增加 10 kg/m3 20 kg/m3；采用级粉煤灰时，用水量可减少 5 kg/m3 10 kg/m3； 注 4：采用外加剂时，用水量应根据外加剂的减水率作适当调整，外加剂的减水率应通过试验确定； 注 5：本表适用于
27、骨料含水状态为饱和面干状态。 A.6.4 碾压混凝土砂率 ： 1） 碾压混凝土的砂率可按表 A.6.4 初选并通过试验最后确定。 表 A.6.4 碾压混凝土砂率初选表 单位： % 骨料最大粒径 （ mm） 水胶比 0.40 0.50 0.60 0.70 40 32 34 34 36 36 38 38 40 80 27 29 29 32 32 34 34 36 注 1：本表适用于卵石、细度模数为 2.6 2.8 的天然中砂拌制的 VC 值为 5s 12s 的碾压混凝土； 注 2：砂的细度模数每增减 0.1，砂率相应增减 0.5% 1.0%； 注 3：使用碎石时，砂率需增加 3% 5%； 注 4：
28、使用人工砂时，砂率需增加 2% 3%； 注 5：掺用引气剂时，砂率可减小 2% 3%；掺用粉煤灰时，砂率可减小 1% 2%。 2） 在满足碾压混凝土施工工艺要求的前提下，选择最佳砂率。最佳砂率的评定标准为： (a)骨料分离少； (b)在固定水胶比及用水量条件下，拌和物 VC 值小，混凝土密度大、强度高。 A.6.5 石子最佳级配应通过试验确定。当无试验资料时，可按表 A.6.5 选取。 表 A.6.5 石子级配初选表 级配 石子最大粒径 （ mm） 卵石 (小 :中 :大 ) 碎石 (小 :中 :大 ) 二 40 40:60: 40:60: 三 80 30:40:30 30:40:30 注：表中比例为质量比。 A.6.6 碾压混凝 土配合比的计算方法和步骤除应遵守 A.3 和 A.4 的 规定外，尚应符合以下规定： 1 碾压混凝土拌和物的设计工作度 (VC 值 )，可选用 5s 12s。 2 大体积永久建筑物碾压混凝土的胶凝材料用量不宜低于 130kg/m3。
