混凝土配合比设计讲义（课堂PPT）

1、普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计一、混凝土配合比设计概念1.1.定义：定义：是指混凝土各组成材料之间的数量关系。2.2.表示方法：表示方法：1)单位体积混凝土内各项材料的用量，如：mc=270； ms=706kg； mg=1255；mw=180。2)单位体积内各项材料用量的比值。如：水泥：砂子：石子=1：2.3：4.0， W/C=0.63q3 3、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）满足施工规定所需的和易性要求； （2）满足设计的强度要求；（3）满足与使用环境相适应的耐久性要求； （4）满足业主或施工单位渴望的经济性要求； （5）满足可持续发展所必需的生态性要求

2、。二、混凝土配合比设计的三个参数混凝土：四个基本变量： 水泥、水、砂子、石子 三个关系: （1）水和水泥的关系（水灰比） （2）砂和石子的关系（砂率） （3）水泥浆与骨料的关系（单位用水量） 三参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系 混凝土强度与水灰比的关系影响混凝土强度的因素W/CW/C抗压强度l 水灰比定律在材料相同的条件下，砼强度值随水灰比的增大而减小，其变化规律呈近似双曲线形状。三、 混凝土配合比设计的步骤混凝土配合比设计步骤包括配合比计算、试配和调整、施工配合比的确定等。初步计算配合比初步计算配合比 实验室配合比实验室配合比 基准配合比基准配合比 施工配合比施工配合比调整坍落度调整

3、坍落度校核强度、耐久性校核强度、耐久性扣减工地砂石含水量扣减工地砂石含水量1、初步计算配合比（六步走）、初步计算配合比（六步走）计算步骤：计算步骤： 第一步：确定混凝土配制强度第一步：确定混凝土配制强度(f(fcu,0cu,0) )第二步：确定水灰比第二步：确定水灰比(w/c) (w/c) 第三步：确定用水量第三步：确定用水量W W0 0 第四步：确定水泥用量第四步：确定水泥用量C C0 0 第五步：确定砂率第五步：确定砂率 s s 第六步：确定砂石用量第六步：确定砂石用量S S0 0，G G0 0v第一步：混凝土配制强度的确定第一步：混凝土配制强度的确定v依据混凝土强度保证率95的原则： f

4、 fcu.0cu.0 f fcu.kcu.k + 1.645+ 1.6451.645是指强度保证率为 95%时的保证率系数。 fcu.0混凝土试配强度(MPa)； fcu.k设计混凝土强度标准值(MPa)； 如C30混凝土， fcu.k =30 混凝土强度标准差。 v第一步：混凝土配制强度的确定第一步：混凝土配制强度的确定v混凝土强度标准差的确定方法： 1、施工单位有强度历史资料时，统计法确定； 2、施工单位无强度历史资料时，查表确定 ： C20C20时：时：=4.0=4.0； C25 C25C45C45时：时：=5.0 =5.0 C50 C50C55C55时：时：=6.0 =6.0 第二步、

5、初步确定水灰比（第二步、初步确定水灰比（W/C） f fcu,0cu,0混凝土试配强度混凝土试配强度, , a a；f fcece水泥水泥28d28d的实测强度的实测强度, ,a a；a a,b b回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可通过试验求得通过试验求得。 采用碎石：a=0.53，b0.20 采用卵石：a=0.49，b =0.13cebaocuceafffcw,第二步、初步确定水灰比（第二步、初步确定水灰比（W/C）f fcece估算估算fce=cfce,kc富余系数 fce,k 水泥强度等级值 ，如42.5级普通硅酸盐水泥， fce,k

6、值为42.5n耐久性校核：耐久性校核： n水灰比还不得大于桥规等规程中规定的最大水灰比值 n结果两者取最小值。n第三步第三步 拌合用水量（拌合用水量（mwo)确定确定需水量定则需水量定则n需水量定则：在不用外加剂的情况下，当骨料（石子）最大粒经一定时，混凝土坍落度（流动度）主要取决于单方混凝土用水量，而与水泥用量（水泥用量相差50100kg/m3范围内）的变化无关。 n坍落度90mm时：根据所用粗骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查表选取1m3混凝土的用水量。 n坍落度90mm时：先确定坍落度90mm时的用水量，然后每增加20mm坍落度，增加5kg/m3水。 混凝土浇筑时的坍落度混凝

7、土浇筑时的坍落度序号结构种类坍落度（mm）振动捣实人工捣实1基础或地面等的垫层103020402无筋的厚大结构（挡土墙、基础、厚大块体）或配筋稀疏的结构103030503板、梁和大型及中型截面的柱子等305050704配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）507070905配筋特密的结构709090120|注：本表系采用机械振捣混凝土时的坍落度，采用人工捣实其值可适当增大；| 需配制泵送混凝土时，应掺外加剂，坍落度宜为120180。塑性混凝土的用水量（塑性混凝土的用水量（kg/m3）项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102031.540162031.540坍 落 度 mm10

8、30190170160150200185175165355020018018016021019518517555702101901801702202051951857590215195185175230215205195干硬性混凝土的用水量（干硬性混凝土的用水量（kg/m3）项目指标卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）102040162040维勃稠度mm16201751601451801701551115180165150185175160510185170155190180165n掺外加剂的用水量确定n先确定不掺外加剂的用水量mwo，然后根据外加剂的减水率 ，确定掺外加剂的实际用水量mw

9、a： n )1 (wowamm第四步第四步 水泥用量（水泥用量（mco）的确定）的确定n根据确定的水灰比（W/C）和选用的单位用水量（mwo），可计算出水泥用量（mco）： n校核校核为保证混凝土的耐久性，由上式计算得出的水泥用量还应满足桥规等规程规定的最小水泥用量的要求； n取值两者最大值两者最大值。cwmmwoco/ 混凝土的最大水胶比和最小水泥用量限值混凝土的最大水胶比和最小水泥用量限值环环 境境类类 别别环环 境境 条条 件件最大水胶比最大水胶比最小水泥用量最小水泥用量（Kg/mKg/m3 3）混凝土混凝土最低强度等级最低强度等级1 1温暖或寒冷地区的大温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵

10、蚀的气环境、与无侵蚀的水或土接触的环境水或土接触的环境0.550.55275275C25C252 2严寒地区的大气环境、严寒地区的大气环境、使用除冰盐环境、滨使用除冰盐环境、滨海环境海环境0.500.50300300C30C303 3海水环境海水环境0.450.45300300C35C354 4受侵蚀性物质影响的环境受侵蚀性物质影响的环境0.400.40325325C35C35 第五步第五步 砂率值（砂率值（s s）的确定（查表）的确定（查表）、根据混凝土拌和物和易性要求，通过试验求出合理砂率：以流动度最大，或相同流动度下，水泥用量最少确定合理砂率； 、根据骨料粒径，水灰比大小，查表确定砂率；

11、、根据骨料粒径，水灰比大小，查表确定砂率； 、根据骨料合理级配原则，即砂子填充石子空隙，并稍有 富余（拨开）系数原则，通过计算确定。%100gosososmmm21第六步：确定砂石用量S0，G0 体积法式中 c水泥密度（kg/3），可取29003100 g粗骨料的表观密度（kg/3）； s细骨料的表观密度（kg/3）； w水的密度（kg/3），可取1000 ； s砂率（）； 混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取为。101.0wwoggossoccommmm%100gosososmmm假定质量法假定质量法式中 c0每立方米混凝土的水泥用量（kg）； g0每立方米混凝土的粗骨料用量（

12、kg）； s0每立方米混凝土的细骨料用量（kg）； w0每立方米混凝土的用水量（kg）； s砂率（）； cp每立方米混凝土拌合物的假定重量（kg）；其值可取23502450kg%100g0s0s0scp0s0w0c0mmmmmmmmgv 引气剂引气剂是一种表面活性物质，是混凝土常用的外加剂之一，它能使混凝土在搅拌过程中从大气中引入大量均匀封闭的小气泡，使混凝土中含有一定量的空气。提高混凝土的抗冻性、耐久性；同时还能改善混凝土和易性，改善混凝土的泌水和离析；减少混凝土渗透性，提高混凝土抗侵蚀能力。v 影响引气量的因素影响引气量的因素：如水灰比、水泥用量、砂率、集料、振捣方式、搅拌时间、坍塌度、成

13、型温度等，都需严格规范操作，否则就达不到应有效果。 v 例例1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：v 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；v 砂：中砂，级配合格，砂子表观密度os=2.60/cm；v 石：530mm碎石，级配合格，石子表观密度og=2.65/cm3；v 试求：试求：混凝土计算配合比；混凝土计算配合比；v 2 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。若经试配混凝土的和易性和强

14、度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为又知现场砂子含水率为 ，石子含水率为，石子含水率为1 1，试计算混凝土施工配合，试计算混凝土施工配合比。比。应用实例应用实例1、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 MPa2、确定水灰比（W/C） fce = c fce,k = 1.08 42.5=45.9MPa应用实例应用实例由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，查表知, 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，对于最大粒径为30的碎石混凝土，当

15、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 ，对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260，故可取 mc0 34935、确定砂率（s） 查表，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=。应用实例应用实例应用实例应用实例v （）计算砂、石用量（s0、g0）v 用体积法计算，将mc0=349；mw0=185代入方程组v 解此联立方程，则得：s0=641，g0=1192v （7）该混凝土计算配合比为： 1m3混凝土中各材料用量为：v 水泥： 349，水 ：185，砂：

16、641，碎石：1192。v 以质量比表示即为：水泥：砂：石=：1.84 ：3.42，0.53100011016.265.21.3000wsogcmmmm %35%10000sgsommm v 2确定施工配合比v 由现场砂子含水率为 ，石子含水率为1，则施工配合比为：v 水泥 mc施 = mc0=349v 砂子 s施 = s0（1+3%）=641（1+3%）=660v 石子 g施 = g0（1+1%）=1192（1+1%）=1204v 水 w施= mw0s03%g01%v =1856413%11921%=154应用实例应用实例v例例2某公路工程现浇混凝土构造物，混凝土设计强度等级为 20，施工要

17、求混凝土坍落度为50-70，施工单位无历史统计资料，所用原材料情况如下：v 水泥：32.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.10/cm，v 砂：中砂，Mx=2.70, 级配合格，v 石：卵石，Dmax=40mm, 级配合格，v试设计20混凝土配合比。v 解:1. 初步计算：应用实例应用实例31 (1)确定混凝土配制强度（fcu,0）， 查表， 5MPa fcu,0= fcu,k + 1.645= 20 + 1.6455 =28.2 MPa (2)计算水灰比（W/C） fce = c fce,k = 1.0 32.5=32.5MPa应用实例应用实例32 （3）确定用水量（mw0） 查表，对于最大

18、粒径为40的卵石混凝土，当所需坍落度为5070时,1m3混凝土的用水量可选用170kg。 (4) 计算水泥用量（mc0） 按表 ，对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260，故可取 mc0 3623。应用实例应用实例33（5）确定砂率（s） 查表，对于采用最大粒径为40的卵石配制的混凝土，当水灰比为0.47时，其砂率值可选取26.8%32.1%，（采用插入法选定）现取s= 30。（）计算砂、石用量（s0、g0）假定表观密度法计算，将mc0=362；mw0=170代入方程组24000000wgscmmmm %30%10000sgsommm 应用实例应用实例343003000/130733.2

19、/56196.56033.31868186833.2mkgmmmkgmmmsgsss应用实例应用实例v 计算配比：v C: 362kg, W:170kg, S:561kg, G:1307Kg, W/C=0.47v 15升用量：C:4.34kg,W:2.04kg,S:6.73kg,G:15.68kgv 第二组：W/C=0.47+0.05=0.52: W:170kgv mc0=170/0.52=327kgv 砂率：31%，mg0=2.23ms0v 解得：S=589kg, G=1314kg, W=170kg, C=327kgv 第三组：W/C=0.470.05=0.42: W:170kgv mc0=

20、170/0.42=405kgv 砂率：28%，mg0=2.57ms0v 解得：S=511kg, G=1314kg, W=170kg, C=405kgv每 种配比制作一组强度试块，标准养护28d进行强度测定。应用实例应用实例v二、二、掺减水剂混凝土配合比设计掺减水剂混凝土配合比设计v1. 首先按混凝土配合比设计规程计算出空白混凝土的配合比。v2. 在空白混凝土的配合比用水量和水泥用量的基础上，进行减水和减水泥，算出减水和减水泥后的每立方米混凝土的实际用水量和水泥用量。v3. 重新计算砂、石用量。计算每立方米混凝土中的减水剂用量。v4. 试配和调整。应用实例应用实例减水剂的作用v减水剂又称塑化剂或

21、分散剂。拌和混凝土时加入适量的减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水份释放出来，从而能明显减少混凝土用水量。 减水剂的作用是在保持混凝土配合比不变的情况下，改善其工作性；或在保持工作性不变的情况下减少用水量，提高混凝土强度；或在保持强度不变时减少水泥用量，节约水泥，降低成本。同时，加入减水剂后混凝土更为均匀密实，改善一系列物理化学性能，如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等，提高了混凝土的耐久性。 v例例3某公路工程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：v 水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度

22、为=3.10/cm，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08；v 砂：中砂，级配合格，砂子表观密度os=2.60/cm；v 石：530mm碎石，级配合格，石子表观密度og=2.65/cm3；v减水剂： HSP高效减水剂，减水率：20%v试求： 混凝土计算配合比v解：v(1)确定混凝土配制强度（fcu,0）vfcu,0= fcu,k + 1.645= 30 + 1.6455 =38.2 MPav(2)确定水灰比（W/C）vfce = c fce,k = 1.08 42.5=45.9MPa39由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由表4.0.4, 干燥环境容许最大水灰比为0.65，故可确定水灰比为0.5

23、3。（3）确定用水量（mw0） 查表，对于最大粒径为30的碎石混凝土，当所需坍落度为时,1m3混凝土的用水量可选用185kg。HSP 减水率为20%用水量 ： W=185(1-20%)=148kg(4) 计算水泥用量（mc0）kgCWmmwco27953.0148/0 v按表 ，对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260，故可取 mc0 2793。v（5）确定砂率（s）v 查表，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= 。v（）计算砂、石用量（s0、g0）v用体积法计算，将mc0=279；mw0=148代入方程组

24、v解此联立方程，则得：s0=696，v g0=1295100011016 . 265. 21 . 3000wsogcmmmm %35%10000sgsommm v（7）减水剂HSP: J=2791.5%=4.19kgv混凝土计算配比为：C:279kg, S:696kg, G:1295kg, W: 148kg, HSP:4.19kgv（空白混凝土： C:349kg, S:641kg, G:1192kg, W: 185kg） vC:S:G:J=1:2.49:4.64:0.015, W/C=0.53v粉煤灰混凝土的配合比设计混凝土的配合比设计v 一、设计方法:v 1.按 JGJ55-2011进行普通

25、混凝土基准配合比设计；v 2.按表4.2.1选择粉煤灰取代水泥率（c）v 表4.2.1 粉煤灰取代水泥率（c）v 注：1. 采用42.5水泥取上限， 32.5水泥取下限2. C20 以上混凝土宜用I、 II级粉煤灰，C15以下混凝土可用III级粉煤灰。混凝土等级普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥C1515251020C20101510C25C3015201015v 3.按所选用的粉煤灰取代水泥率（c），求出每立方米粉煤灰混凝土的水泥用量(mc); v mc=mc0(1 c)v mc0为每立方米基准混凝土的水泥用量v 4.按表4.3.2选择粉煤灰超量系数（c）v 表4.3.2 粉煤灰超量系数（c）v

26、5.按超量系数（c） ，求出每立方米粉煤灰混凝土的掺量(mf); mf= c(mc0 mc)6. 计算每立方米粉煤灰混凝土中的水泥、粉煤灰和细骨料的绝对体积， 或采用重量法计算砂石重量。粉煤灰级别超量系数（c）I1.01.4II1.21.7III1.52.0粉煤灰在混凝土中的作用v粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒，亦称飞灰，其化学成分主要是SiO2（4565%）、Al2O3（2035%）及Fe2O3（510%）和CaO（5）等，粉煤灰掺入混凝土后，不仅可以取代部分水泥，降低混凝土的成本，保护环境，而且能与水泥互补短长，均衡协合，改善混凝土的一系列性能，粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益v1 掺入

27、粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性 新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、骨料的级配、形状、孔隙率等的影响。掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处是增大浆体的体积，大量的浆体填充了骨料间的孔隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。v2 粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水 粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的。 v3 掺用粉煤灰，可以提高混凝土的后期强度 有试验资料表明，在混凝土中掺入粉煤灰后，随着粉煤灰掺量的增加，早期强度

28、（28d以前）逐减，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。 当原材料和环境条件一定时，掺粉煤灰混凝土的强度增长主要取决于粉煤灰的火山灰效应，即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与水泥浆体中的Ca(OH)2作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙的速度和数量。粉煤灰在混凝土中，当Ca(OH)2薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时，就开始发生火山灰效应。但由于在Ca(OH)2薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层，钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分反应，反应产物在层内逐级聚集，水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时，不会使强度有较

29、大增长。随着水解层被反应产物充满，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长，这就是掺粉煤灰混凝土早期强度较低、后期强度增长较高的主要原因。 粉煤灰在混凝土中的作用v 4 掺粉煤灰可降低混凝土的水化热 混凝土中水泥的水化反应是放热反应，在混凝土中掺入粉煤灰由于减少了水泥的用量可以降低水化热。水化放热的多少和速度取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量，例如，若按重量计用粉煤灰取代30的水泥时，可使因水化热导致的绝热温升降低15左右。众所周知，温度升高时水泥水化速率会显著加快，研究表明：与20相比，30时硅酸盐水泥的水化速率要加快1倍。一些大型、超

30、大型混凝土结构，其断面尺寸增大，混凝土设计强度等级提高，所用水泥强度等级高，单位量增大，施行新标准后水泥的粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温升明显加剧，温峰升高，这是导致许多混凝土结构物在施工期间，模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。粉煤灰混凝土可减少水泥的水化热，减少结构物由于温度而造成的裂缝。 v 5 掺粉煤灰可改善混凝土的耐久性 在混凝土中掺粉煤灰对其冻融耐久性有很大影响。当粉煤灰质量较差，粗颗粒多，含碳量高都对混凝土抗冻融性有不利影响。质量差的粉煤灰随掺量的增加，其抗冻融耐久性降低。但当掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比，则可以收到改善抗冻性的效果。 水泥混凝土中如果

31、使用了高碱水泥，会与某些活性集料发生碱集料反应，会引起混凝土产生膨胀、开裂，导致混凝土结构破坏，而且这种破坏会继续发展下去，难以补救。近年来，我国水泥含碱量的增加、混凝土中水泥用量的提高及含碱外加剂的普遍应用，更增加了碱集料反应破坏的潜在危险。在混凝土中掺加粉煤灰，可以有效地防止碱集料反应，提高混凝土的耐久性。v 7.按粉煤灰超出水泥的体积，扣除同体积的细骨料用量。v 8.粉煤灰混凝土的用水量，按基准配合比的用水量取用。v 9. 试配调整，满足和易性及强度的要求。v 例例粉煤灰混凝土设计强度等级为 30，施工要求混凝土坍落度为180，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差3MPa。所用原材料情况如下：v 水泥：32.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.1