混凝土拌合物的配合比设计1

1、3.7 3.7 混凝土拌合物的配合比设计混凝土拌合物的配合比设计 Proportioning of Mixture3.7.1 配合比设计的目的配合比设计的目的确定各个组分材料之间的比例。确定各个组分材料之间的比例。目的之一：满足基本性能要求，包括拌目的之一：满足基本性能要求，包括拌合物的工作度、硬化后在规定龄期的强合物的工作度、硬化后在规定龄期的强度和耐久性符合要求的混凝土。度和耐久性符合要求的混凝土。目的之二：目的之二： 尽可能地经济。尽可能地经济。混凝土拌合物的配合比设计混凝土拌合物的配合比设计0 0200200400400600600800800100010001200120014001

2、4001600160018001800粗骨料粗骨料细骨料细骨料水泥水泥水水低等级低等级普通普通高等级高等级1）拌合物的工作度拌合物的工作度 施工工艺施工工艺 坍落度坍落度(mm)碾压混凝土碾压混凝土 0滑模摊铺混凝土滑模摊铺混凝土 30 50 泵送混凝土泵送混凝土 100 200自密实混凝土自密实混凝土 240 2）配制强度）配制强度 fcu.0 fcu.k + 1.645式中式中：fcu.0 混凝土配制强度混凝土配制强度 fcu.k 设计设计混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标准值 混凝土强度标准差混凝土强度标准差（MPa） 立方体抗压强度标准值，指用标立方体抗压强度标准值，指用

3、标准试验方法测得的强度总体分布中具准试验方法测得的强度总体分布中具有不低于有不低于95%95%保证率的立方体试件抗保证率的立方体试件抗压强度。压强度。立方体抗压强度标准值立方体抗压强度标准值材料的变异性材料的变异性 样本数或频率密度样本数或频率密度3）耐久性）耐久性（以（以防波堤防波堤为例）为例） 大气区大气区 最大水灰比、最小水泥用量最大水灰比、最小水泥用量 (pp.76)水位变动区水位变动区 含气量含气量(pp. 93)、抗氯离子扩散能力、抗氯离子扩散能力 水下区水下区 环境条件环境条件 钢筋混凝土与预应力混凝土钢筋混凝土与预应力混凝土 素混凝土素混凝土 整体论整体论3.7.2 配合比设计

4、的基本内容配合比设计的基本内容 得出生产每立方米混凝土所需要的得出生产每立方米混凝土所需要的各组分材料用量各组分材料用量 。 普通混凝土约普通混凝土约 2400Kg/m2400Kg/m3 3；各组分；各组分相互制约：改变一种组分材料的用量时，相互制约：改变一种组分材料的用量时，其他组份也相应变化。其他组份也相应变化。 拌合物的用水量与水泥用量之比拌合物的用水量与水泥用量之比水灰比水灰比水泥浆体与骨料用量之比水泥浆体与骨料用量之比浆骨比浆骨比砂用量砂用量/ /砂石骨料用量之比砂石骨料用量之比砂率砂率矿物掺合料、外加剂的使用矿物掺合料、外加剂的使用 控制参数：控制参数：期望坍落度期望坍落度期望强度

5、期望强度期望耐久性期望耐久性W/(C+M)SW/(C+M)D强度强度方程方程W/(C+M)min需水量方程需水量方程胶凝材料与水的用量胶凝材料与水的用量骨料总体积骨料总体积含气量含气量胶凝材料的密度胶凝材料的密度骨料用量骨料用量骨料密度骨料密度砂率砂率骨料含水量骨料含水量每立方米混凝土拌合物用料每立方米混凝土拌合物用料每盘体积每盘体积每盘料用量每盘料用量 3.7.3 3.7.3 配合比设计步骤配合比设计步骤 步骤一：选择坍落度或步骤一：选择坍落度或VBVB稠度稠度 根据工程所用施工工艺、配筋根据工程所用施工工艺、配筋密集程度和捣实条件密集程度和捣实条件选择。选择。步骤二：选择石子最大粒径步骤二

6、：选择石子最大粒径 Dmax构件最小断面尺寸（小于构件最小断面尺寸（小于1/4）；）；钢筋最小间距（不大于钢筋最小间距（不大于3/4）；）；泵管直径；泵管直径；路面平整度；抗冲击、疲劳强度路面平整度；抗冲击、疲劳强度经济经济步骤三：选择用水量和含气量步骤三：选择用水量和含气量 工作度一定时，用水量取决石子最大粒工作度一定时，用水量取决石子最大粒径、粒形和级配径、粒形和级配 掺减水剂时，用水量掺减水剂时，用水量 = W0（1-） W0为未掺外加剂时的用水量；为未掺外加剂时的用水量； 为外加剂减水率为外加剂减水率 。掺矿物掺合料时，需要相应增减用水量掺矿物掺合料时，需要相应增减用水量 。含气量根据

7、骨料最大粒径决定。含气量根据骨料最大粒径决定。步骤四：选择水灰比步骤四：选择水灰比 fcu.k = A fce ( C/W B )fcu.k混凝土配制强度混凝土配制强度fce 水泥标号水泥标号C/W灰水比灰水比A,B 系数：碎石系数：碎石A=0.48; B=0.52 卵石卵石 A=0.50; B=0.61步骤五：计算水泥用量步骤五：计算水泥用量 水灰比与用水量一经确定，水泥用量水灰比与用水量一经确定，水泥用量就可计算得知。就可计算得知。 如计算所得水泥用量小于从耐久性要如计算所得水泥用量小于从耐久性要求规定的最低水泥用量时，应选后者。求规定的最低水泥用量时，应选后者。步骤六：选择砂率步骤六：选

8、择砂率 合理的砂率应根据施工工艺对拌合物坍落合理的砂率应根据施工工艺对拌合物坍落度的要求等参数确定（坍落度越大、砂率越要度的要求等参数确定（坍落度越大、砂率越要大，以避免发生离析，如自密实混凝土的砂率大，以避免发生离析，如自密实混凝土的砂率要到要到50%）。）。 现行规范中的表格则是通过现行规范中的表格则是通过粗骨料品种、粗骨料品种、最大粒径、水灰比和砂子的细度模数来选取最大粒径、水灰比和砂子的细度模数来选取砂率的。砂率的。掺有外加剂和矿物掺合料，坍落度掺有外加剂和矿物掺合料，坍落度60mm或或10mm的混凝土，砂率应经试验确的混凝土，砂率应经试验确定。定。 体积法：体积法： 石石/石石 +

9、砂砂/砂砂+ 水泥水泥/ 水泥水泥+ 水水/ 水水+10a=1000L （ 砂砂/ 砂砂 + 石）石）100% =砂率砂率% ：密度；：密度；a：含气量：含气量步骤七：计算粗细骨料用量步骤七：计算粗细骨料用量质量法（假定表观密度法）：质量法（假定表观密度法）： 石石 + 砂砂 + 水泥水泥 + 水水 = 2400 （ 砂砂/ 砂砂 + 石）石）100% =砂率砂率% 步骤八：骨料含水量调整步骤八：骨料含水量调整 在施工现场或者预拌混凝土生产在施工现场或者预拌混凝土生产厂，骨料通常的含水状态波动较大，因厂，骨料通常的含水状态波动较大，因此需要根据测定的实际含水量对配合比此需要根据测定的实际含水量

10、对配合比用水量进行调整，并增减骨料的用量用水量进行调整，并增减骨料的用量（主要是砂子含水量波动大）。（主要是砂子含水量波动大）。步骤九：试拌调整步骤九：试拌调整 以上配合比设计过程有许多经验值，以上配合比设计过程有许多经验值，与实际所用材料存在一定的差异，还必与实际所用材料存在一定的差异，还必须通过用上述步骤所得配合比，称取各须通过用上述步骤所得配合比，称取各组成材料进行试拌检测工作度，并制备组成材料进行试拌检测工作度，并制备试件检测强度，以获得符合实际所用材试件检测强度，以获得符合实际所用材料和施工环境条件的混凝土配合比。料和施工环境条件的混凝土配合比。 1）由于化学外加剂和矿物掺合料已成为

11、必要组份，）由于化学外加剂和矿物掺合料已成为必要组份，而且前者对关键参数水胶比的影响非常显著；后而且前者对关键参数水胶比的影响非常显著；后者则在许多场合下掺量很大，甚至超过水泥，因者则在许多场合下掺量很大，甚至超过水泥，因此其品质在胶凝材料中起主导作用；此其品质在胶凝材料中起主导作用；2）复杂多变的环境和工程需要多组分复合：多级）复杂多变的环境和工程需要多组分复合：多级配的骨料，不同类型的外加剂、矿物掺合料、纤配的骨料，不同类型的外加剂、矿物掺合料、纤维等。如丹麦的跨海桥梁与隧道工程用混凝土中，维等。如丹麦的跨海桥梁与隧道工程用混凝土中，胶凝材料包括水泥、粉煤灰、硅粉，外加剂胶凝材料包括水泥、

12、粉煤灰、硅粉，外加剂34种，种，加上骨料组分共十余种。加上骨料组分共十余种。 现行配合比设计方法的局限性现行配合比设计方法的局限性混凝土配合比设计技术的新进展混凝土配合比设计技术的新进展 近些年来，计算机和神经近些年来，计算机和神经元网络等技术已经开始用于混元网络等技术已经开始用于混凝土配合比设计，引起广泛的凝土配合比设计，引起广泛的关注，对于多组份材料混凝土关注，对于多组份材料混凝土的配合比设计，必定有很好的的配合比设计，必定有很好的推动作用与广阔的应用前景。推动作用与广阔的应用前景。加拿大矿产与能源技术中心加拿大矿产与能源技术中心（CANMET）大掺量粉煤灰混凝土大掺量粉煤灰混凝土水泥水泥

13、 150 kg/m3; 粉煤灰粉煤灰200 kg/m3掺引气剂和高效减水剂，含气量掺引气剂和高效减水剂，含气量=56%混凝土的抗压强度：混凝土的抗压强度：28天天 3040MPa （水胶比（水胶比= 0.32) 90天天 4050 1年年 5060大掺量粉煤灰混凝土大掺量粉煤灰混凝土 水泥水泥 150 kg/m3; 粉煤灰粉煤灰200 kg/m3 掺高效减水剂、水胶比掺高效减水剂、水胶比= 0.29、坍落度、坍落度210mm混凝土抗压强度：混凝土抗压强度： 3天天 22MPa （试件）（试件） 7天天 34 28天天 52 90天天 70 365天天 98思考题思考题 1. 针对水灰比较大时混

14、凝土的抗渗透性比较差的针对水灰比较大时混凝土的抗渗透性比较差的特点，在进行配合比设计时应如何考虑保证耐久特点，在进行配合比设计时应如何考虑保证耐久性？当水灰比较小时呢？性？当水灰比较小时呢？ 2. 你进行配合比设计和混凝土试验有什么体会和你进行配合比设计和混凝土试验有什么体会和建议？建议？ 普通混凝土普通混凝土 高强混凝土高强混凝土普通混凝土普通混凝土 高强混凝土高强混凝土防波堤防波堤一个不透水，但存在非一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构环境作用（第一阶段）环境作用（第一阶段）（无可见损伤）（无可见损伤）1. 1. 侵蚀作用侵蚀作用（冷热循

15、环、干湿循环）（冷热循环、干湿循环）2. 2. 荷载作用荷载作用（循环荷载、冲击荷载（循环荷载、冲击荷载） 由于微裂缝和孔隙由于微裂缝和孔隙连通起来，不透水性逐连通起来，不透水性逐渐丧失渐丧失环境作用（第二阶段）环境作用（第二阶段）（损伤的开始与扩展）（损伤的开始与扩展）水的渗入水的渗入O2、CO2渗入渗入酸性离子酸性离子（Cl- 、 SO4-)渗入渗入因为以下原因使孔隙内静水因为以下原因使孔隙内静水压力增大，导致混凝土膨压力增大，导致混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱胀：钢筋锈蚀、碱- -骨料反骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀应、水结冰、硫酸盐侵蚀B B：混凝土强度与刚度降低：混凝土强度与刚度降低开裂、剥

16、落与整体性丧失开裂、剥落与整体性丧失混凝土受环境作用产生劣化的混凝土受环境作用产生劣化的“整体性整体性”模型模型延迟生成钙矾石延迟生成钙矾石从整体方法论看待DEF的发生温度与干燥收缩温度与干燥收缩高温蒸汽养护高温蒸汽养护预制预应力结构预制预应力结构中应力过大中应力过大微裂缝微裂缝后期硫酸后期硫酸盐释放盐释放高硫熟料高硫熟料石膏石膏- -玷污玷污骨料骨料暴露于水中暴露于水中雨水雨水相对湿度大相对湿度大3.6 3.6 混凝土组成材料混凝土组成材料 Constituent Materials of Concrete水水 泥泥 1. 水泥的生产水泥的生产 2. 水泥的矿物组成水泥的矿物组成 3. 水泥

17、的水化水泥的水化 4. 水泥的品种水泥的品种硅酸盐水泥的矿物组成硅酸盐水泥的矿物组成硅酸钙硅酸钙： C3S + + C2S 75% %铝酸盐与铁铝酸盐铝酸盐与铁铝酸盐C3A+ C4AF25% % 石膏（石膏（35% %）调凝用）调凝用 水泥的水化水泥的水化1. 水化反应是放热反应水化反应是放热反应 主要水化产物：主要水化产物： C-S-H （水化硅酸钙水化硅酸钙） CH （氢氧化钙）氢氧化钙） C3A3C H32（钙矾石）（钙矾石） 水化伴随着体积收缩水化伴随着体积收缩2. 4. 水化加快时，后期强度和抗渗透性相对较水化加快时，后期强度和抗渗透性相对较低。低。为什么水化加速，后期强度就比较低？

18、为什么水化加速，后期强度就比较低？影响水泥水化的因素影响水泥水化的因素矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比 R(t) = f(C3S)f(fineness)f(T)f(W/C) 水化快、放热量大，升温与膨胀加剧，硬水化快、放热量大，升温与膨胀加剧，硬化时形成的微结构相对疏松，达到温峰后下降化时形成的微结构相对疏松，达到温峰后下降的幅度越大，收缩受约束产生的开裂越严重。的幅度越大，收缩受约束产生的开裂越严重。粉煤灰混凝土粉煤灰混凝土纯水泥混凝土纯水泥混凝土矿物掺合料的影响矿物掺合料的影响温温 升升强度比强度比28d骨骨 料料1） 对水泥水化速率没有直接

19、影响；对水泥水化速率没有直接影响；2）但级配和粒形好的骨料空隙率小，同样）但级配和粒形好的骨料空隙率小，同样胶凝材料用量时的水胶比可以比较低，胶凝材料用量时的水胶比可以比较低，结构与性能就比较好，也更经济；结构与性能就比较好，也更经济；3）针对不同要求，需选择不同品种的骨料）针对不同要求，需选择不同品种的骨料化学外加剂化学外加剂 减水剂减水剂 2. 早强剂早强剂 3. 缓凝剂缓凝剂 4. 引气剂引气剂 5. 其它外加剂其它外加剂 掺量为水泥或胶凝材料的重量掺量为水泥或胶凝材料的重量% %，如引气剂，如引气剂仅仅0.01%0.01%量级；膨胀剂则要掺量级；膨胀剂则要掺10%10%上下。上下。直接

20、影响水化直接影响水化高效减水剂高效减水剂1）要根据从搅拌到浇注的时间间隔选择品种要根据从搅拌到浇注的时间间隔选择品种和掺量；和掺量；2）可通过后掺或多次添加，减小工作度损失可通过后掺或多次添加，减小工作度损失；3）掺量接近或达到饱和时，容易引起离析、掺量接近或达到饱和时，容易引起离析、泌水等副作用。泌水等副作用。矿物掺合料矿物掺合料 硅粉和粉煤灰硅粉和粉煤灰，两者，两者都是工业废料，颗都是工业废料，颗粒成球形，而且不必经过加工就可以使用。粒成球形，而且不必经过加工就可以使用。硅粉颗粒极微细，借助高效减水剂可以大幅硅粉颗粒极微细，借助高效减水剂可以大幅度降低拌合物水胶比，混凝土早期强度能大度降低拌合物水胶比，混凝土早期强度能大幅度提高（后期增长幅度则较小），耐久性幅度提高（后期增长幅度则较小），耐久性也可以大幅度改善。但其价格高，掺量受限也可以大幅度改善。但其价格高，掺量受限制，混凝土浇注后必须及早开始湿