1、,土木工程材料Building and Construction Material,土木与交通工程学院材料工程系,北京建筑工程学院,5 混凝土,5 混凝土,5.8 混凝土配合比设计,5.8.1 传统塑性混凝土配合比设计5.8.2 掺减水剂的普通混凝土配合比设计5.8.3 掺粉煤灰的普通混凝土配合比设计,5.8.1 传统塑性混凝土配合比设计,混凝土配合比表示方法以每立方米混凝土中各项材料的质量来表示：水泥（C）300kg，水（W）180kg，砂（S）720kg，石（G）1200kg，每立方米混凝土材料总量为2400kg；以各项材料间的用量比例来表示： 如水泥:砂:石 =300:720:1200
2、=1:2.4:4.0 水灰比 =180/300 =0.6,混凝土配合比设计的原则和要求 满足混凝土结构设计的强度等级； 满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性； 满足耐久性等技术性能要求； 在保证混凝土质量的前提下，作到尽量节约水泥，合理使用材料和降低成本。,混凝土配合比设计中的三个参数,在原材料的品种、性能及其他条件不变的情况下，水灰比（W/C）的大小，决定性地影响混凝土的强度与耐久性。 满足强度要求的水灰比； 满足耐久性要求的水灰比。取同时满足二者要求的W/C。,（1）确定水灰比的原则和方法,混凝土配制强度与设计强度标准值的关系：fcu,o=fcu,k-tk JGJ55-2000普通混凝土配
3、合比设计规程要求： P%=95%，tk=-1.645，则fcu,o=fcu,k+1.645根据Bolomey公式确定水灰比。fcu,o=0.46fce(C/W-0.07) 碎石混凝土fcu,o=0.48fce(C/W-0.33) 卵石混凝土, 满足强度要求的水灰比,施工单位具有近期同一品种混凝土强度资料时根据计算取值。对于C20、C25强度等级，计算结果2.5MPa时取2.5MPa；对于C30强度等级，上式计算结果3.0MPa时取3.0MPa。 无近期资料时按下表取值。,的取值,式中fcu,o混凝土试配强度, a； fce水泥28d的实测强度,a； a,b回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其
4、数值可通过试验求得。普通混凝土配合比设计规程（JGJ552000）提供的a 、b 经验值为： 采用碎石：a=0.46b0.07 采用卵石：a=0.48b =0.33,水灰比计算,摘自JGJ/55-2000普通混凝土配合比设计规程, 满足耐久性要求的水灰比,Kg/m3,本表适用于W/C=0.4-0.8的混凝土,（2）确定单位用水量的原则与方法,另外，单位用水量也可按下式计算：,式中：Wwo每立方米混凝土用水量，kg；T混凝土拌合物的坍落度，cm；K系数，取决于粗料与最大粒径，可参考表5.21取用。,表5.21 混凝土用水计算公式中的K值,由于砂子的粒径远比石子小，砂率的变动会使骨料的总表面积有显
5、著改变，对混凝土拌合物的流动性和粘聚性也有很大影响。 最优砂率，是指在保证混凝土拌合物具有良好的粘聚性并达到要求的流动性时水泥用量（或用水量）最小的砂率。 砂率可根据拨开系数公式初步估算，然后通过坍落度试验来确定。,（3）砂率的确定方法,S和G砂和石的质量；Vos和Vog砂和石的松散体积；P表示石子的空隙率。用砂去填充石子空隙：则Vos = VogP设砂、石的堆积密度分别为：os、og，则砂率：,砂率的初步计算,实际中要考虑砂浆把石子隔开因此实际砂率为：(Sp)0= Sp砂浆剩余系数，又称拨开系数， 一般取1.1-1.4。,表5.23 混凝土的砂率（单位：%）,最优砂率的试验确定,初步配合比计
6、算；配合比试配及调整(确定基准配合比)；施工配合比的确定。,混凝土配合比设计步骤,配制强度的确定(fcu,o)； 初步确定水灰比值(W/C)； 选取每1m3混凝土的水用量(W0)； 确定1m3混凝土的水泥用量(C0)； 选取合理的砂率值(Sp)0； 计算粗(G0)、细(S0)骨料用量。,（1）初步配合比计算,5.8.1 传统塑性混凝土配合比设计,fcu,o=fcu,k+1.645,概率保证度P%=95%,设计强度,配制强度的确定(fcu,o),计算值与满足耐久性要求的水灰比（表5.22）比较，取其小者。,初步确定水灰比值(W/C)0,根据工程种类与施工条件，按混凝土结构工程施工质量验收规范GB
7、50204-2002确定适宜的坍落度值（T）； 根据坍落度值及所用骨料的最大粒径，按混凝土单位用水量选用表（表5.20）确定每1m3混凝土的用水量；,W0,选取每1m3混凝土的水用量(W0),计算值与满足耐久性要求的最小水泥用量（表5.22）比较，取其大者。,C0,确定1m3混凝土的水泥用量（C0）,按骨料种类、规格及水灰比从混凝土砂率选用表中选用，或根据拨开系数公式进行估算。,(Sp)0,选取合理的砂率值(Sp)0,质量法：,体积法：,ag、as粗骨料、细骨料近似密度，g/cm3； 混凝土含气量百分数（%），不使用引气型外加剂时，=1；,oh混凝土拌和物表观密度（kg/m3），一般为2400
8、-2450。,S0G0,计算粗(G0)、细(S0)骨料用量,由初步配合比计算得到：C0、W0、S0、G0、(W/C)0、(Sp)0 拌合10-15L混凝土进行坍落度及强度试验，如两项要求都能达到，就可确定实验室配合比；如任一项不符合要求，必须进行调整 ：工作性试验调整；强度试验调整；表观密度检验。,（2）配合比试配及调整,a.坍落度低于设计要求，保持水灰比不变，增加适量水泥浆；b.坍落度太大，保持砂率（Sp）不变，增加骨料；c.坍落度合适，粘聚性和保水性不良时，调整砂率。 试拌调整工作完成后，测出混凝土拌合物的表观密度。,C1、W1、S1、G1、(W/C)1、(Sp)1,(W/C)0,工作性试
9、验调整,三个强度值与fcu,t进行比较，取最接近fcu,t时的参数。,(W/C)2、(Sp)2,强度试验调整,1(m3) oh计= C0 + W0 + S0 + G0设表观密度实测值为oh实，校正系数= ，并要求 2%，若 2%，则：C=C0；W=W0；S=S0；G=G0,C、W、S、G、(W/C)、Sp,表观密度检验,上述结果经过水分校正，即得到施工配合比。若砂含水率a%，石含水率b%，得： S=S0(1+a%)G=G0(1+b%)W=W0-S0*a%-G0*b%,C、W、S、G、(W/C)、(Sp),（3）施工配合比的确定,【例1】：根据初步计算配合比（水泥419 ：砂561 ：石1250
10、 ：水180），称取16L各材料用量进行混凝土和易性试拌。测得混凝土坍落度T=20mm，小于设计要求，增加5%的水泥和水，重新搅拌测得坍落度为50mm，且粘聚性和保水性均满足设计要求，并测得混凝土表观密=2380kg/m3，求基准配合比。,增加5%的水泥和水,【例2】某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为30，施工要求混凝土坍落度为3050，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差5MPa。所用原材料情况如下： 水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.10/cm，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08； 砂：中砂，级配合格，砂子表观密度os=2.60/cm； 石：530
11、mm碎石，级配合格，石子表观密度og=2.65/cm3；试求：1混凝土计算配合比； 2若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为，石子含水率为1，试计算混凝土施工配合比。,解：求混凝土计算配合比(1)确定混凝土配制强度（fcu,0）fcu,0= fcu,k + 1.645= 30 + 1.6455 =38.2 MPa(2)确定水灰比（W/C）fce = c fce,k = 1.08 42.5=45.9MPa由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由表5.22, 干燥环境容许最大水灰比为0.65，故可确定水灰比为0.53。,(3)确定用水量（mw0） 查表5.20，对于
12、最大粒径为30的碎石混凝土，当所需坍落度为3050时,1m3混凝土的用水量可选用185kg。(4)计算水泥用量（mc0）按表5.22对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260，故可取 mc0 349/3。,（5）确定砂率（s）查表5.23，对于采用最大粒径为40的碎石配制的混凝土，当水灰比为0.53时，其砂率值可选取32%37%，（采用插入法选定）现取s=（）计算砂、石用量（s0、g0）用体积法计算，将mc0=349、mw0=185代入,（7）该混凝土计算配合比为：m3混凝土中各材料用量为：水泥： 349，水 ：185，砂：641，碎石：1192。以质量比表示即为： 水泥：砂：石=：1.8
13、4 ：3.42，/0.53 2确定施工配合比 由现场砂子含水率为 ，石子含水率为1，则施工配合比为：水泥 mc施 = mc0=349砂子 s施 = s0（1+3%）=641（1+3%）=660石子 g施 = g0（1+1%）=1192（1+1%）=1204水 w施= mw0s03%g01% =1856413%11921%=154,【例3】已知某混凝土工程所用的配合比为C：S：G1：1.98：3.90，W/C0.64，混凝土拌合物的表观密度为2400 kg/m3。试计算1m3混凝土各材料的用量。 设水泥用量为C，则砂、石、水的用量分别为1.98C、3.90C、0.64C，故有： C+1.98C+
14、3.90C+0.64C2400 所以C319 kg S=632 kg G=1244 kg W=204 kg,【例4】已知某混凝土楼板的实验室配合比为C：S：G1：2.4：4.1，W/C0.6，单位用水量为180 kg。现测得施工现场所用砂子含水率为3 %，石子含水率为1%。求混凝土的施工配合比。 W180 kg ，所以 S=2.4C=2.4300=720 kg G=4.1C=4.1300=1230 kg则施工配合比为： CC300 kg SS(1+3%)=720(1+3%)=742 kg G=G(1+1%)=1230(1+1%)=1242 kgWWS3%G1%146 kg,【例5】采用42.5
15、强度等级的普通硅酸盐水泥配制混凝土。施工配合比为：水泥336 kg，水129 kg，砂685 kg，碎石1260 kg。已知砂、石含水率分别为5 %、1 %。问该配合比是否满足C25混凝土的要求(c=1.0，A0.46，B0.07，t=1.645，5.0Mpa)。C25的混凝土的配制强度fcu=fcu,k+1.645=25+1.645533.2MPa 石中的含水量WSG6855%/(1+5%)+12601%/(1+1%)=45 kg拌和水总量为WWSGW施45+129174 kg混凝土的强度f28= Afe(C/WB) =0.461.042.5(336/1740.07)=36.4 Mpa满足C
16、25混凝土的强度要求,【例6】某实验室试拌混凝土，经调整后各材料用量为：P.O 42.5水泥4.5kg，水2.7kg，砂9.9kg，碎石18.9kg。用质量为1.78kg的5L容量筒装满混凝土，称得其总重为13.75kg。试求：(1)该混凝土拌和物的表观密度(计算精确至10kg/m3)；(2)每m3混凝土各材料用量；(3)当施工现场砂子含水率为3.5%，石子含水率为1%时，求施工配合比。,(1)该混凝土的拌合物的表观密度: (2)每m3混凝土的质量为2390 kg，故各材料用量:(3)施工配合比:水泥的用量：C299 kg砂的用量：S657(1+3.5%)=681 kg石的用量：G1255(1
17、+1%)=1267 kg水的用量：W=1796573.5%12551%143 kg,1、提高混凝土强度设计原则：(1)水泥用量不变；(2)降低水灰比；(3)砂率减小1%3%【例7】不掺加减水剂时混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，W/C=0.44，砂率为35%，使用高效减水剂，其掺量为水泥用量的0.5%，减水率为15%(砂率减小2%)。求：（1）用此减水剂提高强度时的试验室配合比（混凝土实测表观密度为2405kg/m)；（2）若使用碎石、P.O42.5普通硅酸盐水泥，估算混凝土28天强度。,5.8.2 掺减水剂的普通混凝土配合比设计,解：（1）水用量：W=18
18、2(1-15%)=155 kg； 水泥用量不变：C=410 kg ； 砂率： ；由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-155-410=1840 kg/m3 所以，S=184033%=607 kg/m3 ； G=1840-607=1233 kg/m3 。 混凝土各材料用量为：C:W:S:G = 410:155:607:1233。（2） 所以使用碎石和P.O42.5普通硅酸盐水泥配制的混凝土其28天强度估计可达57.0MPa。,2、节约水泥设计原则：（1）水泥用量依据减水率相应减少10%15%；（2）水灰比不变，用水量减少，则水泥用量减少；（3）砂率不变，计算砂石。【
19、例8】：不掺加减水剂时混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，W/C=0.44，砂率为35%。使用木钙减水剂，其掺量为水泥用量的0.25%，可节约水泥8%。求：（1）用此减水剂提高强度时的试验室配合比（混凝土实测表观密度为2405kg/m )；（2）若使用碎石、P.O42.5普通硅酸盐水泥配制混凝土，估算混凝土28天强度。,解：（1）掺入木钙减水剂可节约水泥8%，则水泥用量为： C=410（1-8%）=41092%=377kg 水灰比不变，W/C=0.44，则水用量：W=3770.44=166kg 砂率： 由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=
20、2405-377-166=1862 kg/m3 所以S=186235%=652 kg/m3 ，G=1862-652=1210 kg/m3 混凝土各材料用量为：C:W:S:G = 377:166:652:1210 （2） 所以使用碎石和P.O42.5普通硅酸盐水泥配制的混凝土其28天强度估计可达48.7MPa。,3、提高混凝土的工作性设计原则：（1）水泥用量、水用量不变，水灰比不变；（2）砂率增大5%，到40%45%【例9】：已知混凝土基准配合比为：C:W:S:G=410:182:636:1181，W/C=0.44，砂率为35%。利用泵送剂将其基准混凝土配制成180mm的泵送混凝土，求其配合比。
21、,解：水泥用量和水用量不变，W/C=0.44， C=410 kg，W=182 kg； 砂率增大5%，取 由公式：C+W+S+G=2405 kg/m3 有：S+G=2405-410-182=1813 kg/m3 所以，S=181340%=725 kg/m3 G=1813-725=1088 kg/m3 混凝土配合比为：C:W:S:G = 410:182:725:1088,现行当代混凝土的特点是普遍掺入矿物掺和料和高效减水剂；配合比中需要求出的未知数由传统的4个变成5个；传统的配合比三要素水灰比、浆骨比、砂石比，就成为水胶比、浆骨比、砂石比和矿物掺和料用量四要素。,5.8.3 现代高性能混凝土配合比
22、设计,？,混凝土各组成材料的关系和性质及其作用和影响,基本原则根据工程要求选择原材料和设计配合比，满足耐久性及特殊性能的要求；满足性能要求的前提下，优化骨料级配，尽量减小浆骨比(或用水量、胶凝材料总量) ；根据混凝土的目标性能，确定矿物掺和料种类、掺量以及水胶比；用绝对体积法计算混凝土各组成的材料用量；选择合适外加剂，用高效减水剂掺量调整拌和物的施工性。,混凝土配合比四要素的选择(1)水胶比：满足强度和耐久性要求。一般来说，有耐久性要求的中等强度等级混凝土，掺用粉煤灰超过30%时，水胶比宜不超过0.44。浆骨(体积)比：在水胶比一定的情况下的用水量或胶凝材料总量，或骨料总体积用量即反映浆骨比。
23、由试配拌和物工作性确定，取尽量小的浆骨比值。砂石比：对级配良好的石子，砂率的选择以石子松堆空隙率与砂的松堆空隙率乘积为0.160.2为宜。一般，泵送混凝土砂率不宜小于36%，并不宜大于45%。,混凝土配合比四要素的选择(2)矿物掺和料掺量：视工程性质、环境和施工条件而选择。不同环境下矿物掺和料的掺量选择见GB/T 50746-2008 混凝土结构耐久性设计规范对于完全处于地下和水下的工程，当没有立即冻融作用时，矿物掺和料可以用到最大掺量（矿物掺和料占胶凝材料总量的最大掺量粉煤灰为50%，磨细矿渣为75%）,粉煤灰超量取代法配合比设计举例【例10】某坍落度为3050mm的C20混凝土实验室配合比
24、为C：W：S：G=271：162：705：1247，使用粉煤灰和泵送剂配制C20泵送混凝土（粉煤灰替代水泥量为25%，超量系数为1.4，粉煤灰表观密度 砂子表观密度 ，石子表观密度 混凝土实测表观密度2390kg/m3，采用PO42.5水泥），求混凝土各材料用量。,解：1）先计算泵送混凝土配合比 水泥、水用量不变，即： C=271 kg，W=162 kg； 砂率增大5%,取由 和 得出：S=800 kg，G=1152 kg。2）掺加粉煤灰的配合比计算粉煤灰总掺量为：粉煤灰超量部分：砂用量：,等体积减砂原则,石子用量： G=1152 kg ；水泥实际用量：C=271 （1-25%）=203 kg ；水用量： W=162 kg ； A=203+162+95+767+1152=2379各材料用量为：,
