Excel表格在混凝土配合比设计中的应用.doc

Excel表格在混凝土配合比设计中的应用混凝土配合比设计是预拌混凝土公司一项重要的技术工作。对配合比设计各家公司都有自己独到的见解和设计方法。在这里谈谈个人的做法，目的是抛砖引玉，更好地向内行们学习。本人是用Excel表格进行设计的。依据普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）。首先将所有的原材料检验数据及有关参数填在Excel表格中。如：一、原材料及参数设定海螺42.5级掺量64%水泥活性48.2视比重3.04品种PO粉煤灰级掺量9.6%胶料超量系数1.000 视比重2.114矿粉S95掺量26.4%视比重2.89213.18 石子一5-25.0掺量80%视比重2.74max26.5石子二5-16掺量20%视比重2.71实际水灰比0.904 石子三5-16掺量视比重2.71实际水胶比0.578 黄砂区中砂细度模数2.5 砂率43.3% 视比重2.65实际砂率43.2% 外加剂型号减水率19.1%掺量1.4%视比重1.195外加剂掺量（kg）4.3砼强度等级( C )25坍落度(mm)15030150混凝土假定密度2387.3浆料体积285.6 5饮用水表中水泥掺量64%是指水泥占胶凝材料的比例。粉煤灰掺量9.6%=64%15%，是为了不超过安徽省住宅工程质量通病防治技术措施的有关规定。矿粉掺量26.4%=100%-64%-9.6%系计算得出。石子一掺量80%，石子二掺量20%是指粗骨料合成级配的比例，根据两种石子的筛分结果按混凝土泵送施工技术规程（JGJ/T10-95）附录A粗细骨料最佳级配图的要求粗略分配而来。外加剂的减水率、掺量等是根据经验预先估计的。因为在计算用水量和胶凝材料用量时，要考虑外加剂中的含水量。实际掺量以计算结果为准。混凝土假定密度2387.3（kg）是暂定的，最终要以体积复核符合要求才能确定。为了便于对砂、石级配进行复核，采用刘数华博士、李家正博士翻译意大利Mario Collepardi Silvia Collepardi Roberto Troli三人合著的CONCRETE MIX DESIGN（混凝土配合比设计以下称意-配合比设计）（中国建材工业出版社出版，2009年6月第一版第一次印刷）中的有关内容，=14就是根据混凝土和易性和骨料类型选用的常数。（通常在814之间，在这里泵送混凝土选用=14，非泵送混凝土选用=10。）随AB值的增大混凝土的砂率将相对增大。CB是混凝土中胶凝材料的体积占全部固体材料（胶凝材料、砂、石）体积的百分比。CB=13.18由输入的公式自动算出。随CB值的增大混凝土的砂率将相对减小。max是指骨料最大粒径。随max值的增大混凝土的砂率将相对减小。浆料体积（L）是指混凝土中水、胶凝材料、外加剂体积之和。也由输入的公式自动算出。一般混凝土的浆料体积不宜大于350L，高强度和高性能混凝土也不宜大于380L。因为随浆料体积的增大，混凝土开裂的风险也随之增大。实际水灰比、实际水胶比、实际砂率均在配合比设计计算结束后由输入的公式自动算出。也是为了方便分析混凝土耐久性能而设的。实际水灰比是指单纯水泥用量与用水量（包括外加剂中的含水量）的比值。以上各项参数的设置也要根据委托方的要求或者根据具体工程特点对混凝土耐久性的不同要求作适当的调整或增加参数设置。如改变粉煤灰、矿粉的掺量等。参数设置好后，就可以进行配合比设计计算，如下面表格所示：二、配合比计算砼试配强度(MPa)B12+1.645B1333.23 推定fb值yfysfce40.97 水胶比0.53F16/(F15+0.53*0.20F16)0.578 确定用水量(kg)(205+（E12-90)*5/20)*(1-D11)-0.7J11174.97 实际取值175总胶量（H18+0.7J11）/F17307.98 实际取值308 水泥用量F19*D4197.11 实际取值197粉煤灰用量F19*D529.57 实际取值29矿粉用量F19*D681.31 实际取值82外加剂用量H19*F114.31 实际取值4.3砂石用量H12-H18-H19-H231900.0 实际取值1900砂用量F24*F10821.9 实际取值822石子一用量（F24-H25）*D7862.4实际取值862石子二用量F24-H25-H26216.0 实际取值216混凝土配合比水泥水粉煤灰矿粉砂石子一石子二外加剂总量kg/m3197 175 29 82 822 862 216 4.3 2387.3 体积复核B29/H4+C29+D29/H5+E29/H6+F29/H10+G29/H7+H29/H8+I29/H11990.1 1、砼试配强度(MPa)：计算式：B12+1.645B13中B12、B13是单元格的编号，B是指Excel表格中列的编号，12、13是指Excel表格中行的编号。单元格B12即指混凝土强度等级，B13即指混凝土强度标准差，1.645是系数。（以下公式均同此。）33.23是计算结果。混凝土强度标准差应采用自己的统计计算值，这里采用的是普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）表4.0.2中的数值。2、推定fb值(MPa)：胶凝材料28天胶砂强度的测定并不难，可由于对胶凝材料各组分的比例是多少才能取得较好的叠加效应，目前尚没有试验结果。因此在这里采用推定的方法。系数yf、ys按普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）表5.1.3选用，水泥活性（水泥28天胶砂强度）fce见单元格F4。3、水胶比：水胶比计算式0.53F16/(F15+0.53*0.20F16)即普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）公式5.1.1-1：W/B=a fb/（fcu，0+ab fb），a=0.53，b=0.20。4、确定用水量(kg)：确定用水量计算式(205+（E12-90)*5/20)*(1-D11)-0.7J11中90、205选自普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）表5.2.1-2。当坍落度为90mm时，用水量为205kg。（妥否？）单元格E12指设计坍落度为150mm，单元格D11是外加剂的减水率19.1%，单元格J11是外加剂用量4.3kg。经测试外加剂的含固量为0.3，故须减去0.7的外加剂含水量。经计算用水量为174.97kg/m3，实际取值175kg/m3。（数字175要手工输入单元格H18中）5、总胶量(kg)：计算式（H18+0.7J11）/F17小括号内是实际上混凝土的总用水量，即实际取175再加上外加剂含水量。单元格F17是水胶比。经计算为307.98kg/m3，实际取值待水泥、粉煤灰、矿粉计算好后自动累计得出。6、水泥用量、粉煤灰用量、矿粉用量(kg)：水泥用量、粉煤灰用量、矿粉用量就是用单元格F19（注意不是单元格H19）中的总胶量307.98kg/m3，乘以各自的掺量系数64%、9.6%、26.4%计算得197.11、29.57、81.31，加权取值为197、29、82（kg/m3）。当设计C10、C15、C20泵送混凝土时，为符合“泵送混凝土的胶凝材料用量不宜小于300 kg/m3。”的规定，可适当增加粉煤灰的用量。当将水泥用量、粉煤灰用量、矿粉实际取值输入后，单元格H19自动算出总胶量实际取值为308 kg/m3。7、外加剂用量(kg)：计算式H19*F11是先确定了外加剂掺量百分比后，再计算外加剂用量。也可以先确定外加剂用量，用公式H23/H19反算外加剂掺量百分比。根据试配结果坍落度实测值用水量等，也可以用计算式：减水率=1-(H18+0.7*J11)/(205+(E12-90)*5/20)来反算值。8、砂石用量(kg)：因为本表格的计算式是采用质量法，单元格H12中混凝土假定密度不一定合适，就要参照单元格J30所算得的体积（L）进行调整。单元格J30所算得的体积不包括混凝土含气量，它是依本表格29行的配合比数值计算的。单元格H24中的数值是单元格H25、H26、H27的代数和。它并一定等于单元格F24。它随下一步砂、石子用量计算的变化而变化，所以用体积复核混凝土假定密度要经过几个来回才能调整好。混凝土含气量可按粗骨料最大粒径选用，一般取1%，即单元格J30所算得的体积（L）大约990L。细石混凝土取1.5%2%，即980985L。（用有引气作用的外加剂应根据混凝土含气量考虑。）也可以将实际试配测得的混凝土表观密度输入到单元格H12中。9、砂用量(kg)：砂用量依选定砂率计算。砂率合适与否，应以试配为主。也可以参照本表格的第三部分砂石级配复核结果，经调整后再做试配。建议砂石的筛分试验要及时准确，砂的筛分各级累计筛余中要包括9.5mm粒径的分计筛余。将各级的累计筛余输入到表格的37行中（如此记录、计算并不会改变砂的细度模数），将石子一与石子二各级的累计筛余输入到表格的38、39行中。理论计算的砂率附在单元格K25中供参考。随着坍落度增大，实际砂率可大一些。根据经验，砂率误差在2%之内也可以不作调整。总之要以试配结果并方便施工为主。因理论计算的砂率依据砂的筛分结果并随石子一与石子二用量比例的不同而变化，所以应先确定石子一与石子二用量比例后，再调整砂率。备注：砂率公式的设计是依据意-配合比设计中的有关内容。意-配合比设计中提到Bolomey等式是最有名的理想颗粒粒径分布计算理论之一：式中：Psd固体颗粒（水泥和骨料）通过筛孔d的百分比； 仅涉及骨料时，则Bolomey等式变为：通过以上公式，可以将所有固体颗粒过筛百分比（Psd）转换为仅涉及骨料颗粒的过筛百分比（Pd）。本表格理论砂率是选用骨料最佳曲线上筛孔尺寸为4.75mm的累计筛余值作为计算依据，是否合理尚有待商榷。因为当一定时，粗细骨料中的石子（粒径大于4.75mm）占固体材料（胶凝材料、骨料）的比例是不变的。即石子总量并不随着胶凝材料的增加而减少。若砂中含石少于石中含砂，那么随着强度等级的提高，石子用量却逐渐增加，让人看起来有点怪怪的。10、粗骨料级配合成：粗骨料级配合成也就是表格中石子一与石子二的用量计算。本表格的第三部分骨料合成曲线图中附有按混凝土泵送施工技术规程（JGJ/T10-95）图A-3粗骨料5-31.5mm最佳级配图。（绘制的不是很准确）它包括有粗骨料合成级配累计筛余最大值、最小值、最佳值三条曲线。粗骨料合成曲线依据粗骨料筛分结果随石子一与石子二用量比例的不同而变化。只要粗骨料合成曲线落在粗骨料合成级配累计筛余最大值、最小值之间，那么配制的混凝土应能