第3章 混凝土和砂浆4 配合比设计

1、第第3章章 水泥混凝土和砂浆水泥混凝土和砂浆土木工程材料土木工程材料3.7 混凝土的质量控制与强度评定混凝土的质量控制与强度评定3.7.1 混凝土的质量控制混凝土的质量控制（Quality controlment of concrete）1混凝土生产前的初步控制混凝土生产前的初步控制 包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定与调整等配合比的确定与调整等2混凝土生产过程中的控制混凝土生产过程中的控制 包括在称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护包括在称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护过程中的控制等过程中的控制等 3混凝土生产后的合格控制混凝土生产后

2、的合格控制 包括批量划分，确定取样批数，确定检测方法包括批量划分，确定取样批数，确定检测方法和验收标准等和验收标准等3.7.2 混凝土强度的评定方法混凝土强度的评定方法（Judgement method of concrete strength）1混凝土强度的波动规律混凝土强度的波动规律 正态分布正态分布图图3-24 混凝土强度的正态分布曲线混凝土强度的正态分布曲线 （1）强度平均值）强度平均值 cucu,11niiffn（2）强度标准差）强度标准差 :说明强度的离散程度，值大，说明强度分说明强度的离散程度，值大，说明强度分布集中程度差，质量不均匀，不稳定布集中程度差，质量不均匀，不稳定222

3、cucu,cucu,1111nniiiifffn fnn（3）变异系数）变异系数:值越小，说明该混凝土强度质量越稳定，混值越小，说明该混凝土强度质量越稳定，混凝土生产的质量水平越高凝土生产的质量水平越高 VcuCf2混凝土强度保证率（混凝土强度保证率（P）l混凝土强度总体分布中，不小于设计要求的强度等混凝土强度总体分布中，不小于设计要求的强度等级标准值（级标准值（fcu,k）的概率（）的概率（P）。）。l以正态分布曲线下的阴影部分来表示以正态分布曲线下的阴影部分来表示 图图3-26 混凝土强度保证率混凝土强度保证率3混凝土配制强度混凝土配制强度cu,ocu,kfft设计要求的混凝土强度保证率为

4、设计要求的混凝土强度保证率为95%，则，则 cu,ocu,k1.645ff4混凝土强度的评定混凝土强度的评定（1）统计方法评定）统计方法评定 （2）非统计方法评定）非统计方法评定 3.8 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计 l 混凝土配合比：混凝土配合比：混凝土中各组成材料数量之间的比例关系混凝土中各组成材料数量之间的比例关系 。 l 混凝土配合比的表示方法混凝土配合比的表示方法: （1）绝对用量表示法）绝对用量表示法（单位用量表示法）（单位用量表示法）:以每以每lm3混凝土混凝土中各项材料的质量来表示中各项材料的质量来表示 （2）相对用量表示法）相对用量表示法0001:1:2.5:4.

5、1:0.60gosowocccmmmmmm:300kg:750kg:1230kg:180kgcosogowommmm3.8.1 混凝土配合比设计的基本要求混凝土配合比设计的基本要求1满足结构设计所要求的混凝土满足结构设计所要求的混凝土强度等级强度等级；2满足混凝土施工所要求的混凝土拌合物的满足混凝土施工所要求的混凝土拌合物的和易性和易性； 3满足工程所处环境和使用条件要求的混凝土满足工程所处环境和使用条件要求的混凝土耐久性耐久性； 4在满足上述要求的前提下，尽可能节约水泥，降低成在满足上述要求的前提下，尽可能节约水泥，降低成本，符合本，符合经济经济性原则。性原则。水与胶凝材料之间的比例关系水与

6、胶凝材料之间的比例关系砂子占砂石总量的百分率称为砂率砂子占砂石总量的百分率称为砂率 水泥浆与骨料之间的比例关系常用水泥浆与骨料之间的比例关系常用单位用水量来反应，即单位用水量来反应，即1 1m m3 3混凝土拌和物混凝土拌和物中水的用量（中水的用量（kg/mkg/m3 3）n 单位用水量单位用水量n 砂率砂率n 水胶比水胶比3.8.2 混凝土配合比设计参数混凝土配合比设计参数 3.8.3 混凝土配合比设计步骤混凝土配合比设计步骤 1配合比设计前的准备工作配合比设计前的准备工作 l了解必要的信息了解必要的信息：n设计要求的强度等级；设计要求的强度等级；n强度标准差；强度标准差；n混凝土的使用环境

7、条件；混凝土的使用环境条件；n施工工艺对混凝土拌合物的流动性要求及各原料的施工工艺对混凝土拌合物的流动性要求及各原料的品种类型和物理力学性质等。品种类型和物理力学性质等。l了解原材料的性能指标了解原材料的性能指标：n水泥品种、强度等级、密度；水泥品种、强度等级、密度；n砂的细度模数及级配情况；砂的细度模数及级配情况；n石子的种类（卵石或碎石）、最大粒径及级配；石子的种类（卵石或碎石）、最大粒径及级配；n是否掺用外加剂及掺合料，外加剂的品种、性能、是否掺用外加剂及掺合料，外加剂的品种、性能、适宜掺量等；适宜掺量等；n砂石的表观密度和堆积密度及饱和面干吸水率；砂石的表观密度和堆积密度及饱和面干吸水

8、率；n拌和用水的水质情况拌和用水的水质情况 2混凝土配合比设计的算料基准混凝土配合比设计的算料基准 （1）计算）计算1m3混凝土拌合物中各材料的用量，以质量计。混凝土拌合物中各材料的用量，以质量计。 （2）计算时，骨料以干燥状态质量为基准。所谓干燥状）计算时，骨料以干燥状态质量为基准。所谓干燥状态，是指细骨料含水率小于态，是指细骨料含水率小于0.5% ，粗骨料含水率小于，粗骨料含水率小于0.2%。当以饱和面干骨料为基准进行计算时应做相应调。当以饱和面干骨料为基准进行计算时应做相应调整。整。四个过程四个过程初步配合比设计初步配合比设计（材料全干状态）（材料全干状态）试拌配合比试拌配合比（材料全干

9、状态）材料全干状态）实验室配合比设计实验室配合比设计（材料全干状态）（材料全干状态）施工配合比设计施工配合比设计（材料自然状态）（材料自然状态）3混凝土配合比的设计过程混凝土配合比的设计过程 1）确定试配强度（）确定试配强度（fcu,0） （1）初步配合比的计算）初步配合比的计算 混凝土的设计强度等级小于混凝土的设计强度等级小于C60时时 cu,ocu,k1.645ff混凝土的设计强度等级不小于混凝土的设计强度等级不小于C60时时 cu,ocu,k1.15ff混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料确定，并应混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料确定，并应符合以下规定：符合以下规定：l计算时

10、，强度试件组数不应少于计算时，强度试件组数不应少于30组；组；l对于强度等级不大于对于强度等级不大于C30的混凝土，的混凝土，其强度标其强度标准差计算值准差计算值3.0MPa时，取时，取3.0MPa；对于对于强度等级大于强度等级大于C30且小于且小于C60的混凝土的混凝土 ，其强度，其强度标准差计算值标准差计算值 4.0MPa时，取时，取4.0MPa； 当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度统计资当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度统计资料时，其值应按规范规定取用料时，其值应按规范规定取用 混凝土强度等级混凝土强度等级C20C25C45C50C55标准差标准差 /MPa4.05.

11、06.0混凝土强度标准差混凝土强度标准差2）确定水胶比确定水胶比 l混凝土强度等级小于混凝土强度等级小于C60时时，按混凝土强度要求计算，按混凝土强度要求计算abcu,oabbfWBff 式中式中 a、b回归系数，回归系数，与骨料品种及水泥品种有关，与骨料品种及水泥品种有关，其数值通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系其数值通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系式来确定。若无试验统计资料，则可取式来确定。若无试验统计资料，则可取碎石混凝碎石混凝土土 a 0.53，b0.20；卵石混凝土；卵石混凝土a0.49，b0.13； fb胶凝材料胶凝材料28d胶砂抗压强度（胶砂抗压强度（MPa）。）。 fb可

12、通过试验实测获得。在无法取得实测值时，可用下式可通过试验实测获得。在无法取得实测值时，可用下式计算计算其中其中 、 为粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，为粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表可按表3-28选用。选用。bfsceff fs表表3-28 3-28 粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数 种类种类掺量掺量/%粉煤灰影响系数粉煤灰影响系数 粒化高炉矿渣粉影响系数粒化高炉矿渣粉影响系数 01.001.00100.850.951.00200.750.850.951.00300.650.750.901.00400.550.650.800.

13、90500.700.85cef,cecce gff,ce gfc 为水泥为水泥28d抗压强度实测值，抗压强度实测值，可根据水泥胶砂强度试验可根据水泥胶砂强度试验方法测定方法测定 当无水泥当无水泥28d抗压强度实测值时：抗压强度实测值时：水泥强度等级值（水泥强度等级值（MPa )水泥强度等级值富余系数，按实际统计资料确定；水泥强度等级值富余系数，按实际统计资料确定；当缺乏统计资料时，可根据水泥强度等级值的不同选用。当缺乏统计资料时，可根据水泥强度等级值的不同选用。当水泥强度等级值为当水泥强度等级值为32.5、42.5、52.5时，时， 分别取为分别取为1.12、1.16、1.10。cn为保证混凝

14、土必要的耐久性，以上按强度要求为保证混凝土必要的耐久性，以上按强度要求所计算出的水胶比还应满足规范所规定的最大所计算出的水胶比还应满足规范所规定的最大水水胶胶比要求（比要求（表表3-23 ），当计算值大于规定值），当计算值大于规定值时，应按规定取值。时，应按规定取值。耐久性复核耐久性复核3）确定确定单位单位用水量用水量mw0和和外加剂用量外加剂用量干硬性、塑性混凝土用水量的确定干硬性、塑性混凝土用水量的确定 a、当水胶比在、当水胶比在0.400.80范围时，根据粗集料的品种、范围时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，按表粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，按表3-29、3-30

15、确确定；定； b、水胶比小于、水胶比小于0.40 的混凝土用水量通过试验确定。的混凝土用水量通过试验确定。 表表3-29 干硬性混凝土的用水量干硬性混凝土的用水量 单位：单位：kg/m3拌合物稠度拌合物稠度卵石最大粒径卵石最大粒径/mm碎石最大粒径碎石最大粒径/mm项目项目指标指标102040162040维勃稠维勃稠度度/s16201751601451801701551125180165150185175160510185170155190180165 表表3-30 塑性混凝土的用水量塑性混凝土的用水量 单位：单位：kg/m3拌合物稠度拌合物稠度卵石最大粒径卵石最大粒径/mm碎石最大粒径碎石最

16、大粒径/mm项目项目指标指标102031.540162031.540坍落坍落度度/mm1030190170160150200185175165355020018017016021019518517555702101901801702202051951857590215195185175230215205195 b、掺外加剂时的混凝土的用水量。、掺外加剂时的混凝土的用水量。 外加剂的减水率（）外加剂的减水率（） ，其值可经试验确定。，其值可经试验确定。 掺外加剂时流动性和大流动性混凝土的用水量计算掺外加剂时流动性和大流动性混凝土的用水量计算 a 、以表、以表3-30中坍落度中坍落度90mm的用水

17、量为基础，按坍落的用水量为基础，按坍落度每增大度每增大20mm用水量增加用水量增加5kg的原则，计算未掺加外加剂时的原则，计算未掺加外加剂时的混凝土的用水量的混凝土的用水量mw0 ；。当坍落度增大到。当坍落度增大到180mm以上时，以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少随坍落度相应增加的用水量可减少 w0w01mm（）每每m3混凝土中外加剂用量混凝土中外加剂用量 a0b0amm式中式中 每每m3混凝土中胶凝材料用量，计算方法见下式混凝土中胶凝材料用量，计算方法见下式 外加剂的掺量（外加剂的掺量（%），经混凝土试验确定。），经混凝土试验确定。b0ma4）计算）计算胶凝材料用量胶凝材料用量mb0、

18、矿物掺合料用量、矿物掺合料用量mf0和和水泥用量水泥用量mc0 1m3混凝土胶凝材料用量混凝土胶凝材料用量mb0的确定的确定 w0b0=/mmWB 计算出的计算出的mb0应进行试拌调整，在拌合物性能满足的情况下，应进行试拌调整，在拌合物性能满足的情况下，取经济合理的胶凝材料用量。取经济合理的胶凝材料用量。 1m3混凝土矿物掺合料用量混凝土矿物掺合料用量mf0的确定的确定 f0b0fmm式中式中 f 矿物掺合料矿物掺合料的掺量（的掺量（%）。应经试验确定。最大）。应经试验确定。最大掺量掺量应符合表应符合表3-31、表表3-32的的规定。规定。 计算计算1m3混凝土的水泥用量混凝土的水泥用量mc0

19、。c0b0f0mmm5）确定砂率确定砂率（s） 合理砂率可通过试验、计算或查表求得合理砂率可通过试验、计算或查表求得。坍落度小于坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定的混凝土，其砂率应经试验确定坍落度为坍落度为1060mm 的混凝土，可根据粗集料品种、的混凝土，可根据粗集料品种、粒径及水灰粒径及水灰 比按表比按表3-33选取选取坍落度大于坍落度大于60mm的混凝土，砂率可经试验确定，也的混凝土，砂率可经试验确定，也可以在表可以在表3-33的基础上，按坍落度每增的基础上，按坍落度每增20mm，砂率增，砂率增大大1的幅度予以调整的幅度予以调整 表表3-33 混凝土砂率选用表混凝土砂率选用表

20、 单位：单位：%水灰比水灰比（W/C）卵石最大粒径卵石最大粒径/mm碎石最大粒径碎石最大粒径/mm1020401620400.42632253124303035293427320.53035293428333338323730350.63338323731363641354033380.73641354034393944384336416）计算粗、细骨料用量）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）：假定混凝土拌合物的表观假定混凝土拌合物的表观密度为一固定值，混凝土拌合物各组成材料的单位用量之密度为一固定值，混凝土拌合物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度和即为

21、其表观密度计算公式：计算公式：混凝土假定密度混凝土假定密度可取可取2 235035024502450kg/mkg/m3 3 f0c00s0w0cps0s0g0100%gsmmmmmmmmm 采用体积法（绝对体积法）采用体积法（绝对体积法）计算公式：计算公式：假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和混凝土拌合物中所含空气之和。凝土拌合物中所含空气之和。 注意：公式中质量单位取为注意：公式中质量单位取为kg，密度单位为，密度单位为kg/m3 在不使用引起型外加剂时，在不使用引起型外加剂时， 取值为取值为1 g0c0f0s0w0cfgsws0s0

22、g00.011100%smmmmmmmmc水泥密度可取水泥密度可取29003100 kg/37）得出初步配合比）得出初步配合比 通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量，通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材料用量， 即初步配合比计算完成。即初步配合比计算完成。1）试配）试配骨料最大公称粒径（骨料最大公称粒径（mm ）拌合物数量（拌合物数量（L）31.5及以下及以下204025和易性满足要求的配合比和易性满足要求的配合比 材料的要求：粗、细骨料均以干燥状态为基准材料的要求：粗、细骨料均以干燥状态为基准 搅拌方法和拌合物数量搅拌方法和拌合物数量混凝土试配的最小搅拌量混凝土试配的最小搅拌量l试

23、拌时应采用强制式搅拌机进行搅拌，且注意混凝土的搅拌试拌时应采用强制式搅拌机进行搅拌，且注意混凝土的搅拌方法应与施工时使用的方法相同方法应与施工时使用的方法相同 l搅拌量不应小于搅拌机公称容量的搅拌量不应小于搅拌机公称容量的1/4且不应大于搅拌机公称且不应大于搅拌机公称容量容量 （2）试拌配合比的确定）试拌配合比的确定 2 2）校核和易性，调整配合比）校核和易性，调整配合比 在试拌调整过程中，在计算初步配合比的基础上，在试拌调整过程中，在计算初步配合比的基础上，保持水胶比不变，尽量采用较少的胶凝材料用量，以保持水胶比不变，尽量采用较少的胶凝材料用量，以节约胶凝材料为原则节约胶凝材料为原则，通过，

24、通过调整外加剂用量和砂率调整外加剂用量和砂率，使混凝土拌合物坍落度及和易性等性能满足施工要求，使混凝土拌合物坍落度及和易性等性能满足施工要求，提出试拌配合比，供混凝土强度试验用。提出试拌配合比，供混凝土强度试验用。 （3）实验室配合比的确定）实验室配合比的确定 1）制作强度试件）制作强度试件l强度试验应采用三个不同的配合比，其中强度试验应采用三个不同的配合比，其中一个是试拌配合一个是试拌配合比，另两组的水胶比则分别增加及减少比，另两组的水胶比则分别增加及减少0.050.05，用水量应与，用水量应与试拌试拌配合比相同，砂率可分别增加和减少配合比相同，砂率可分别增加和减少1 1l制作混凝土强度试件

25、时，应检验相应配合比的拌合物性能制作混凝土强度试件时，应检验相应配合比的拌合物性能（和易性和表观密度）以作备用。每个配合比至少按标准（和易性和表观密度）以作备用。每个配合比至少按标准方法制作一组（三块）试件，标准养护方法制作一组（三块）试件，标准养护28d后试压后试压 2）确定达到配制强度时各材料的用量）确定达到配制强度时各材料的用量 将将3个胶水比值所测个胶水比值所测混凝土强度与相应混凝土强度与相应的胶水比作线性关的胶水比作线性关系图或插值法计算，系图或插值法计算，求出略大于混凝土求出略大于混凝土配制强度对应的胶配制强度对应的胶水比。水比。混凝土混凝土28d抗压强度抗压强度fcu，28与与B

26、/W的关系曲线的关系曲线fcu，28B/Wfcu，0（B/W）fcu,o最后按以下原则确定最后按以下原则确定1m3各材料用量：各材料用量：用水量用水量mw和外加剂用量和外加剂用量ma根据确定的水胶比做调整；根据确定的水胶比做调整；胶凝材料用量胶凝材料用量mb以用水量乘以选定的胶水比计算确以用水量乘以选定的胶水比计算确定；定；粗、细骨料用量粗、细骨料用量mg、ms应根据用水量和胶凝材料用应根据用水量和胶凝材料用量进行调整后确定。量进行调整后确定。 b、校正条件：混凝土表观密度计算值与实测值之差的绝对、校正条件：混凝土表观密度计算值与实测值之差的绝对值超过计算值值超过计算值2时，需要进行密度校核（

27、否则无需校正）时，需要进行密度校核（否则无需校正） ,c tc c a、计算出混凝土拌合物的计算表观密度、计算出混凝土拌合物的计算表观密度 c,t表观密度实测值表观密度实测值,/2%c tc cc c 校正系数校正系数:3）混凝土表观密度的校正）混凝土表观密度的校正 c,c= mw+ mc + mg + ms+ mf 当二者之差超过计算值的当二者之差超过计算值的2%时，应将配合比中的各时，应将配合比中的各项材料用量均乘以校正系数项材料用量均乘以校正系数 4）氯离子检测和耐久性试验）氯离子检测和耐久性试验 a、配合比调整后，应测定拌合物水溶性氯离子含量，试验、配合比调整后，应测定拌合物水溶性氯离

28、子含量，试验结果应符合表结果应符合表3-34的规定的规定 b、对耐久性有设计要求的混凝土应进行相关的耐久性试验。、对耐久性有设计要求的混凝土应进行相关的耐久性试验。 表表3-34 混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量混凝土拌合物中水溶性氯离子最大含量环境条件环境条件水溶性氯离子最大含量水溶性氯离子最大含量/%（水泥用（水泥用量的质量百分比）量的质量百分比）钢筋混凝钢筋混凝土土预应力混预应力混凝土凝土素混凝土素混凝土干燥环境干燥环境0.300.061.00潮湿但不含氯离子的环境潮湿但不含氯离子的环境0.20潮湿但含有氯离子的环境、盐渍土环潮湿但含有氯离子的环境、盐渍土环境境0.10除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀环境除冰盐等侵蚀性物质的腐蚀环境0.06 实测施工实测施工现场砂、石含水率现场砂、石含水率分别为分别为a%、b%，则则 施工配合比的各种材料单位用量为：施工配合比的各种材料单位用量为： 1%1%ccffssggwwsgmmmmmmammbmmmamb （