混凝土配合比设计

1、P (%第四节 混凝土的配合比设计混凝土配合比是指混凝土中各组成材料（水泥、水、砂、石）用量之间的比例关系。常用的表示方法有两种：以每立方米混凝土中各项材料的质量表示，如水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg ;以水泥质量为1的各项材料相互间的质量比及水灰比来表示，将上例换算成质量比为水泥：砂：石=1 : 4，水灰比=。一、混凝土配合比设计的基本要求设计混凝土配合比的任务，就是要根据原材料的技术性能及施工条件，合理选择原材料，并确定岀能 满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量。混凝土配合比设计的基本要求是：（1 ）满足混凝土结构设计所要求的强度等级。（2 ）满足

2、施工所要求的混凝土拌合物的和易性。（3 ）满足混凝土的耐久性（如抗冻等级、抗渗等级和抗侵蚀性等）。（4）在满足各项技术性质的前提下，使各组成材料经济合理，尽量做到节约水泥和降低混凝土成本。二、混凝土配合比的三个参数（一）水灰比（W/C水灰比是单位体积混凝土中水与水泥质量的比值，是影响混凝土强度和耐久性的主要因素。其确定原 则是在满足强度和耐久性的前提下，尽量选择较大值，以节约水泥。（二）砂率（3 S）砂率是指砂子质量占砂石总质量的百分率。砂率是影响混凝土和易性的重要指标。砂率的确定原则是 在保证混凝土拌和物粘聚性和保水性要求的前提下，尽量取小值。（三）单位用水量单位用水量是指1m混凝土的用水量

3、。单位用水量的多少反映了单位混凝土中水泥浆与集料之间的比例 关系。在混凝土拌和物中，水泥浆的多少显著影响混凝土的和易性，同时也影响强度和耐久性。其确定原 则是在达到流动性要求的前提下取较小值。水灰比、砂率、单位用水量是混凝土配合比的三个重要参数，在配合比设计中正确地确定这三个参数，就能使混凝土满足上述设计要求。三、混凝土配合比设计的方法步骤（一）配合比设计的基本资料（1）明确设计所要求的技术指标，如强度、和易性、耐久性等。（2）合理选择原材料，并预先检验，明确所用原材料的品质及技术性能指标，如水泥品种及强度等 级、密度等；砂的细度模数及级配；石子种类、最大粒径及级配；是否掺用外加剂及掺和料等。

4、（二）初步配合比的计算1 确定混凝土试配强度（）在正常施工条件下，由于人、材、机、工艺、环境等的影响，混凝土的质量总是会产生波动，经验证 明，这种波动符合正态分布。为使混凝土的强度保证率能满足规定的要求，在设计混凝土配合比时，必须 使混凝土的试配强度高于设计强度等级 ，可按下式估计：fcu,0 fcu,k-t（3-7）式中一混凝土的试配强度，MPa设计龄期要求的混凝土强度等级，MPab 施工单位的混凝土强度标准差的历史统计水平，MPa若无统计资料时，可参考表 3-16取值。t 与混凝土要求的保证率所对应的概率度，见表3-17。当设计龄期为28 d时，抗压强度保证率 P为95%此时t=,式3-7

5、变为fcu,0 fcu,k +b(3-8)表3-16混凝土强度标准差b值 (单位：Mpa)( DL/T5330 2005)设计龄期混凝土抗压强度标准值50混凝土抗压强度标准差b注：施工中应根据现场施工时段强度的统计结果调整b值表3-17不同t值的保证率 PtP (%t表3-18抗渗等级允许的最大水灰比28d抗渗等级水灰比P2P4P6P8表3-19抗冻等级允许的最大水灰比2确定水灰比值（ W/C ）（1）满足强度要求的水灰比：根据已测定的水泥实际强度 种类及所要求的混凝土配制强度，按混凝土强度经验公式（Cb）fce （或选用的水泥强度等级 fce,k ）、粗集料3-3）计算水灰比，则有cu ,0

6、ceW变为ce(3-9C（2）满足耐久性要求的水灰比：根据表3-18、表3-19分别查出满足抗渗性、与表3-14 （或表3-15 ）对照，取三者中的小值作为满足耐久性要求的水灰比。同时满足强度、耐久性要求的水灰比，取（1）（2）中的小值。3 确定单位用水量（nwo）（1）干硬性和塑性混凝土用水量的确定 W/C =时，根据施工要求的坍落度值和已知的粗集料种类及最大粒径， 中的规定值选取单位用水量。 W/C小于的混凝土及采用特殊成型工艺的混凝土，用水量通过试验确定。cu ,o a bce抗冻性要求的水灰比值,可由表3-20 （或表3-21 ）普通混凝土引气混凝土28d抗冻等级F50F100F150

7、混凝土坍落度mm卵石最大粒径碎石最大粒径20mm40mm80mm150mm20mm40mm80mm150mm103016014012010517515513512030 50165145125110180160140125507017015013011518516514513070 90175155135120190170150135表3-20水工常态混凝土单位用水量参考值（DL/T5330 2005）（单位：kg/m3）3 kg/m 3 5F200注：1.本表适用于细度模数为的天然中砂，当使用细砂或粗砂时，用水量需增加或减少 kg/m3。2. 采用人工砂时，用水量需增加5 kg/m 310

8、kg/m 3。3. 掺入火山灰质掺和料时，用水量需增加10 kg/m 320 kg/m3;采用I级粉煤灰时，用水量可减少5kg/m3 10 kg/m 3。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。5. 本表适用于骨料含水状态为饱和面干状态。表3-21混凝土单位用水量选用表（JGJ55-2000）（单位：kg/m3）项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102040162040坍落度103019017016015020018517516535 50200180170160210195185175(mm5 570210190180170220

9、20519518575 90215195185175230215205195维勃稠1620175160145180170155度（s）11 151801651501851751605 10185170155190180165注：1.本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细砂时，1m3混凝土用水量可增加工510kg,采用粗砂则可减少5 10kg。2. 掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。3. 本表不适用于水灰比小于或大于的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土。（2）流动性、大流动性混凝土的用水量按下列步骤计算：以表 3-20（或3-21）中坍落度90mm勺用水 量为基础，按坍落度每增大20

10、mmi水量增加5kg，计算出未掺外加剂的混凝土用水量；掺外加剂时混凝土用水量按下式计算：mwamw0（1）（3-10）式中 nwa掺外加剂混凝土的单位用水量，kg/m3 ；mu未掺外加剂混凝土的单位用水量，kg/m3；B 外加剂的减水率，%经试验确定。4 计算混凝土的单位水泥用量（m）根据已选定的单位用水量（me）和已确定的水灰比（ W/C ）值，可由下式求出水泥用量：mC0mW0W/C(3-11 )根据结构使用环境条件和耐久性要求，查表3-13中规定的1m混凝土最小的水泥用量，最后取两值中大者作为1m混凝土的水泥用量。5 确定砂率（p s）（1）计算法测得混凝土所用砂、石的表观密度和堆积密度

11、，求岀石子的空隙率，按以下原理计算砂率：砂子填充 石子空隙并略有剩余。即ms。mS0mg0100%k P0sPx 100%k Ps Pft) g(3-12 )式中：ps砂率，%ngp分别为砂、石用量，kg ;p0s、pg分别为砂、石的堆积密度，kg/m3;p石子的空隙率；k拨开系数（又称富裕系数）k=，用碎石及粗砂取大值。（2）试验法在用水量和水灰比不变的条件下，拌制5组以上不同砂率的试样，每组相差2%3%测出各组的坍落度或维勃稠度。在坐标上绘岀砂率与坍落度（或维勃稠度）关系图，从曲线上找岀极大值所对应的砂率即 为所求的最优砂率（见图 3-6 （a）o（3）查实践资料法：根据本单位对所用材料的

12、使用经验选用砂率。如无使用经验，按集料种类规格及 混凝土的水灰比值按表 3-22 （或表3-23 ）选取。表3-22水工常态混凝土砂率（% 参考值 （DL/T5330 2005）骨料最大粒径水灰比mm2036 3838 4040 4242 444030 3232 3434 3636 388024 2626 2828 3030 3215020 2222 2424 262628注:1.本表适用于卵石、细度模数为的天然中砂拌制的混凝土。2. 砂的细度模数每增减，砂率相应增减%o3. 使用碎石时，砂率需增加3 %5 %o4. 使用人工砂时，砂率需增加2 %3 %o5. 掺用引气剂时，砂率可减小2 %3

13、 % ;掺用粉煤灰时，砂率可减小1 %2 %o表3-23混凝土砂率选用表（% （ JGJ55 2000）水灰比卵石最大粒径/mm碎石最大粒径/mm(W/C)10204016204026 3225 3124 3024 3030 35293428 3327 3230 3529 3428 3328 3333 3832 3731 3630 3533 3832 3731 3631 3636 4135 4034 3933 3836 4135 4035 3934 3939 4438 4337 4236 41注：1.本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减小或增大砂率。2. 本表适用于坍落度1060

14、mm勺混凝土。对坍落度大于60mm的混凝土，应在上表的基础上，按坍落度每增大20mm砂率增大1%的幅度予以调整。3. 只用一个单粒级粗集料配制混凝土时，砂率应适当增大。4. 对薄壁构件砂率取偏大值。6.计算1用混凝土的砂、石用量（m0、mO砂、石用量可用质量法或体积法求得，实际工程中常以质量法为准。（1）质量法：根据经验，如果原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌合物的表观密度将接近一个固 定值，可先假设（即估计）每立方混凝土拌合物的质量p cp （ kg/m3）按下列公式计算 m。、m。：（3-13 ）c0 ms0勺假定表观密度,msg泥质量,的砂的质量，石子的质量，式中：pcp 混凝土拌合参

15、考表3-24选取；m 每立方米混？ns0每立方米混凝帀0每立方米混凝ma每立方米混凝土的水的质量, 3 s砂率，%mw0pcp 1 mkg/m3。可根据集料的表观密度、粒径及混凝土强度等级100% 3kg ；kg；kg ；kg；mg0混凝土种类石子最大粒径20 mm40 mm80 mm120 mm150 mm普通混凝土23802400243024502460引气混凝土2280%)2320%)2350%)2380%)2390%)表 3-24混凝土拌和物湿表观密度参考值（kg/m3）注：1.适用于骨料表观密度为2600 kg/m 32650 kg/m 3的混凝土。2. 骨料表观密度每增减 100

16、kg/m 3，混凝土拌和物质量相应增减60 kg/m 3;混凝土含气量每增、减1%拌和物质量相应增、减1%。3. 表中括弧内的数字为引气混凝土的含气量。（2）体积法假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积及拌合物中所含空气的体积之和，用下式计算 混凝土拌合物的各材料用量：1mms0100% &(3-14)ms0mg0mc0mw0mg0 ms0kgm3)-0.01 a=lkgm3)； p水泥、水的密度 石的表观密度（混凝土含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可选取解以上联式，即可求出。至此，可得到初步配合比，但以上各项计算多是利用经验公式或经验资料获得的，由此配成的混凝土 有可能不符合实际

17、要求，所以须对初步配合比进行试配、调整。（三）试配、调整，确定基准配合比采用工程中实际采用的原材料及搅拌方法，按初步配合比计算出配制15L40L所需的材料用量，成混凝土拌合物。首先通过试验测定坍落度，同时观察粘聚性和保水性。若不符合要求，应进行调整。调 整的原则如下：若流动性太大，可在砂率不变的条件下，适当增加砂、石用量；若流动性太小，应在保持 水灰比不变的条件下，增加适量的水和水泥；粘聚性和保水水性不良时，实质上是混凝土拌合物中砂浆不 足或砂浆过多，可适当增大砂率或适当降低砂率，调整到和易性满足要求时为止。 其调整量可参考表当试拌调整工作完成后，应测岀混凝土拌合物的表观密度（p ct），并重

18、新计算岀每立方米混凝土的各项材料用量，即为供混凝土强度试验用的基准配合比。设调整和易性后试验的材料用量为水m、水泥mb、砂mb、石子，则基准配合比为：Pct 1m3式中:P c、p w分别对Ip g 、 p saa =1。拌制3-25。gJmwjmwb mwbmcbmsb叫匕Pct1m3mwb mcbmsbmbmgb(3-15)Pct 1m3mwbmcbmsbmrmcbp 1m3msbmcbmcbmgb式中mw、m、ms、m一基准配合比混凝土每立方米的用水量、水泥用量、细集料用量和粗集料用量, kg/m3;P cP混凝土拌和物表观密度实测值，kg/m3。经过和易性调整试验得岀的混凝土基准配合比

19、，满足了和易性的要求，但其水灰比不一定选用恰当， 混凝土的强度和耐久性不一定符合要求，故应对混凝土强度和耐久性进行复核。表3-25条件变动时材料用量调整参考值条件变化情况大致的调整值条件变化情况大致的调整值加水量砂率加水量砂率坍落度增减10mm含气量增减1% 2%- 4% 3% %砂率增减1% 2kg/m3（四）强度及耐久性!复核，确定实验室冒配合比采用三个不同的配合比，其中一个是基准配合比，另两个配合比的水灰比则分别比基准配合比增加及 减少，其用水量与基准配合比相同，砂率值可分别增加或减少1%每种配合比制作一组（三块）试件，每一组都应检验相应配合比拌合物的和易性及测定表观密度，其结果代表这一

20、配合比的混凝土拌合物的性能，将试件标准养护28d时，进行强度、抗渗、抗冻指标测定，并做混凝土强度与灰水比的直线关系图，求岀 既符合强度要求，又符合耐久性要求的灰水比。最后按以下原则确定1m混凝土拌和物的各材料用量，即为实验室配合比。1. 用水量（m）取基准配合比中用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度值，进行 调整确定。2. 水泥用量（m）以用水量乘以通过试验确定的与配制强度相对应的水灰比值。3. 砂、石用量（m、m）取基准配合比中的砂、石用量，并按定出的水灰比作适当调整。4. 混凝土表观密度的校正由强度复核之后的配合比，还应根据实测的混凝土拌和物的表观密度（p “）作校正，以确定

21、im混凝土的各材料用量。其步骤如下：（1）计算岀混凝土拌合物的计算表观密度（p c,c ）：c,c mc mw ms mg（3-16）（2）计算出校正系数（5）:5 =巴（3-17 ）c,c（3）当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验寸，上面确定岀的配合比即为确定的设计配合比；当二者之差超过2%寸，应按下式计算岀试验室配合比（每1m混凝土各材料用量）:mc,sh叫mw,shin/v（3-18ms,shms）（五）混凝土施工配合比的确定m m混凝土的实验室配合比所用砂、石是以饱和面干状态（工民建为干燥状态）为标准计量的，且不含有 超、逊径。但施工时，实际工地上存放的砂、石都

22、含有一定的水分，并常存在一定数量的超、逊径。所以， 在施工现场，应根据集料的实际情况进行调整，将实验室配合比换算为施工配合比。1.集料含水率的调整依据现场实测砂、石表面含水率（砂、石以饱和面干状态为基准）或含水率（砂、石以干燥状态为基 准），在配料时，从加水量中扣除集料表面含水量或含水量，并相应增加砂、石用量。假定工地测出砂的 表面含水率为a%石子的表面含水率为 b%,设施工配合比1m 3混凝土各材料用量为 m , m , m , mw, 则csg(3-19 )mt,sh叫 sh（1 a%）2 集料超、逊径调整 根据施工现场实测某级集料超、径颗粒含县wmg,sh（1b%）m将该级集料中超径含量

23、计入上一级集料逊径含量计入下一级集料中，则该级集料调整量为：调整量=（该级超径量+该级逊径量）（下级超径量+上级逊径量）（3-20）四、混凝土配合比设计实例【例3-1】某混凝土坝，所在地区最冷月份月平均气温为-7C,河水无侵蚀性，该坝上游面水位变化区的外部混凝土，一年内的总冻融次数为45次，最大作用水头 50m，设计要求混凝土强度等级为C25,无强度历史统计资料，坍落度为3050mm混凝土采用机械振捣。原材料性能如下所述。水泥：强度等级为级的普通水泥，密度 pc =棉；砂：当地河砂，细度模数 M x =，表观密度S=2610kg/m3,其他性能均符合水工混凝土的要求；石子：采用当地的石灰岩石轧

24、制的碎石 ，最大粒径为80mm其中，小石：中石：大石=30： 30: 40,级配后的碎石视密度g =2670kg/m3。实测骨料超、逊径及表面含水率如表3-26所示。本工程的施工单位是一大型国有企业，该企业混凝土强度标准差的历史统计资料为，试根据给定资料进行试验室配合比及施工配合比设计。表3-26骨料表面含水率及超、逊径骨料种类砂子石子小石中石大石实测超径含量（%2. 054实测逊径含量（%1025实测骨料表面含水率（%3. 01. 10. 30. 2【解】A.初步配合比设计（1）确定配制强度fcu,o由于混凝土施工的不均匀性及混凝土所处的条件等因素，确定强度保证率为 95%根据题意是属于无统

25、计资料的混凝土 （本句应去掉），其配制强度按式（3-8）计算。f cu ,0= f cu ,k + b已知b =。贝ufcu,0 =25+X =（2）确定水灰比（W/C ）强度要求的水灰比由式（3-9）得Oacecu,oaa abOa =及ab =代入上式，则得ce将 fceY fce,k =X =W C按耐久性要求的水灰比Oacecu ,oaa abce0.46 48.031.4 0.46 0.07 48.00.67由题意，查表3-11和表3-12得混凝土抗渗等级为 P6,抗冻等级为F150。由P6查表3-18得满足抗 渗性要求水灰比为；由 F150,查表3-19得满足抗冻要求的水灰比为；查

26、表 3-14，在寒冷地区，上游水 位变化区允许的最大水灰比为。所以满足耐久性要求的水灰比为。同时满足强度及耐久性要求的水灰比为。（3）确定单位用水量nwc查表3-20，按坍落度 3050mm碎石的最大粒径 80mm得单位用水量为 140kg,即m=140kg。（4）计算水泥用量mcg结果满足表3-13（5）选择砂率p sm。mw0140280 kgW C 0.50中处于水位变化区的素混凝土最小水泥用量270kg/m3的规定。根据粗骨料的最大粒径 80mm及水灰比，查表3-22得砂率为2628%取中间值27%；但因粗骨料是碎石，砂率应增加3% 5%取%则最后初选的砂率为 %+%=%(6)砂、石用

27、量ms。、mgo则由式(3-13 )质量法：假定1用混凝土拌和物的表观密度 p cp=2430kg/m3 , 得mso mg0Cp x 1m-( mco mg0)=2430-280 -140=2010 ( kg)mS0=2010mg(ms。mg0) x sx %=623 (kg)(ms0 mg0) ms0=2010-623=1387(kg)体积法：由式3-14得280ms0mg03100型 0.01 1 1261026701000ms00.31ms0mg0解得：ms 0 =657(kg)mg 0 =1463(kg)若采用质量法计算结果，则混凝土的初步配合比为：水:140kg ;水泥:280kg

28、 ; 砂:623kg ;石子：1387kg (其中，小石 416kg，中石：416kg，大石：555kg)B.试拌调整，确定基准配合比按计算岀的初步配合比，称30L混凝土所用材料进行混凝土试拌，其试拌用料量为：水：；水泥：；砂：；石子：(其中，小石，中石，大石)。假设通过第一次试拌测得混凝土拌和物的坍落度为20mm粘聚性和保水性较好，则其坍落度较原要求的平均值小20mm应在保持水灰比不变的条件下增加用水量，根据经验参考表3-25，每增减10mm落度时,加水量增减2%4%取平均值3%+算，故增加用水量2=，水泥用量增加 kg。因此，第二次试拌的材料用量为：水kg，水泥kg，砂和石用量仍各为kg及

29、kg。经试拌后测得坍落度为 40mm满足要求。并测得拌和物的表观密度为 2444 kg/m3o则由式(3-15)得基准配合比为：midvbctmib1m3msbx mcb=2444x%4.452 8.904 18.69 41.612444x=x=295( kg)73.6561m3mwb=x =148 kmwjctmVbmcbmSbmgb1m3gb =x = 62 kmsjctmwbmibmsbmgb1m3mgb=x=1381 kkctmg J%msbmgbC.检查强度及耐久性，确定实验室配合比以基准水灰比，另取和 共三个水灰比的配合比，分别制成混凝土试件，进行强度、抗渗性、抗冻性试验。假设三组试件的抗渗性及抗冻性均符合要求，测得各试件的28d的强度如表3-27所示。表3-27例3-1强度试验结果试样W/CC/Wf cu(Mpa)I38. 4n32. 2m27. 2据表3-27数据，因强度与灰水比成线性关系(见图