砼配合比设计课件

水泥砼配合比设计方法检测中心水泥砼配合比设计一、水泥混凝土基本概念；二、路桥工程常见的水泥砼；三、砼原材料的性能及选择；四、砼配合比设计基本原则；五、砼配合比设计基本方法；一、水泥砼基本概念：1.1硬化砼的组成(C+W)+(S+G)+掺合料+外加剂—搅拌—成型—养护—硬化=砼

①水泥与水：水泥浆体，润滑，通过水化成凝胶材料。

②粗集料与细集料：骨架，充填。

③掺合料与外加剂主要是改善性能、节约成本。。

④机械搅拌成为塑性拌物，机械振捣密实，在温度和水养护促进水泥砂浆水化固结硬化成为人工石。1.2砼硬化过程塑性浆体-水化-初凝-终凝-硬化-强度

二、公路常用水泥混凝土类别：

a)普通砼—C15-C50强度等级；b)道路砼—以抗弯拉强度等级4～5MPa；用于砼道面，c）水下砼—以导管从水下往上灌注，坍落度18-22cm，常用于桩基、沉井封底。d）防水混凝土—S8以上防水等级；e）泵送砼—以压力泵输送砼f）预应力砼—C40以上强度等级g)喷射砼—以高压力喷射成型，隧道支护，

三、砼原材料的性能及选择

3.1水泥:

水泥基本性能

水泥主要矿物成份水泥生产及品种代号水泥特性与选择石灰石粘土铁矿粉生料石膏按比例混合磨细1450℃煅烧熟料混合材料1-5%Ⅰ型硅酸盐水泥P•Ⅰ

Ⅱ型硅酸盐水泥P•Ⅱ火山灰质混合材料6-20%矿渣A20-50%B20-70%粉煤灰flyash20-40%火山灰Pozzolana20-50%几种混合材20-50%2.普通硅酸盐水泥P•O3.矿渣硅酸盐水泥P•S4.火山灰硅酸盐水泥P•P5.粉煤灰硅酸盐水泥P•F6.复合硅酸盐水泥P•C1.硅酸盐水泥磨细磨细磨细磨细磨细磨细磨细3.1.13.1.3、水泥在水泥混凝土中的作用：①胶凝强度，砼强度取决于水泥水化程度和水泥本质。②充填、润滑，水泥净浆包裹细集料填隙，与水混合后起到流动作用。3.1.4、水泥的技术指标与选择：①根据砼设计强度需要选择水泥强度等级；（普通砼1.5~2.0倍;高强砼1~1.5倍）②根据砼结构类别需要选择水泥品种，③根据设计需要选择水泥质量技术指标，如强度、凝结时间、碱含量、氯离子含量；3.2细集料技术性能及选择作用：细集料与水泥在混凝土中起到充填碎石空隙，与粗集料起到骨架作用。技术性能：1、细集料类别分有河砂、机制砂、山砂、海砂。2、砂的（粒度）细度模量分有粗、中、细、特细砂，3、砂的级配分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，质量分有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。4、应用机制砂时注意事项，配合比设计时考虑选择：1、根据设计和技术规范的要求选择细集料的质量指标。2、根据砼类别选择或改良细集料的级配。

3.3粗集料技术性能及选择作用：粗集料占混凝土85%~90的体积,起到骨架作用,是水泥混凝土中的主要组成部分,直接影响混凝土的基本性能.配合比设计时考虑选择：1、根据设计和规范的要求选择粗集料的质量指标。2、根据砼类别选择粗集料品种。3、根据混凝土结构形状和钢筋布置情况选择规格。3.4、混凝土外加剂掺合料作用：1、减少混凝土的水泥用量—降低成本2、改善新拌混凝土的和易性—形态效应3、改善混凝土的强度—活性效应

4、降低水化热;改善混凝土耐久性—微集料效应（3.4.1）粒化高炉矿渣粉的性能及技术指标1)利用炼钢厂水淬粒化高炉矿渣,掺加少量石膏磨制成比表面积为350-550m2/kg的粉体,称作粒化高炉矿渣粉，通常叫矿粉。2)矿粉属于人工火山灰质材料,对水泥混凝土不但有火山灰质效应外,还具有一定的胶凝性,它的活性高于粉煤灰,3)矿粉具有水化快,水化程度高,需水量少,低水化热的优点;项目密度g/cm3≥比表面积m2/kg≥活性指数%流动度比%≥含水量%≤三氧化硫%≤氯离子含量%≤烧失量%≤玻璃体含量%≥7d≥28d≥S1052.850095105951.04.00.063.085S954007595S753005575试验依据GB/T208GB/T8074本标准附录A附录BGB/T176JC/T420GB/T176附录C标准GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉3.4.2、用于水泥混凝土中粉煤灰掺合料适用范围①用于配制高强、高性能水泥混凝土、大体积水泥混凝土；降低水泥用量，减少水化热温升，提高其抗裂性。②用于大流动性、泵送混凝土，掺配时应当注意：①不宜用于矿渣、粉煤灰、火山灰类型的水泥和复合硅酸盐水泥配制的混凝土中。因为在这些水泥中，掺合料已经掺到足量，提供不了应有强度。②粉煤灰掺合料的活性需要CaO和SO3来激发,水泥混凝土水化过程产生Ca(OH)2中促使粉煤灰二次水化,当水泥体系中Ca(OH)2消耗完后，粉煤灰就不能再发生二次水化反应了,所以在混凝土中的用量是有最佳的掺量。技术指标细度（%）需水量比（%）烧失量（%）含水量（%）三氧化硫（%）游离氧化钙（%）安定性（mm）试验方法附录AGB/T2419GB/T176附录CGB/T176GB/T176GB/T1346煤种F类灰-烟煤/C类灰-无烟煤C类灰Ⅰ≤12≤95≤51≤3F≤1C≤4≤5.0Ⅱ≤25≤105≤8Ⅲ≤45≤115≤15用于水泥增加水泥活性（强度比）用于水泥和混凝土中粉煤灰质量指标等级（GB/T1596-2005）

粉煤灰替代水泥百分率对外加剂作用效果的影响3.5.2、外加剂类型指标《混凝土外加剂》名称型号高性能减水剂HPWR高效减水剂HWR普通减水剂WR项目早强-A标准-S缓凝-R标准-S缓凝-R早强-A标准-S缓凝-R减水率%≥2525251414888泌水率比%≤5060709010095100100含气量%≤6.06.06.03.04.54.04.05.5凝结时间差min初-90~+90-90~+120＞+90-90~+120＞+90-90~+90＞+90-90~+90终///抗压强度比%≥1d180170/140/135//3d170160/130/130115/7d14515014012512511511511028130140130120120110110110应用注意事项：施工中要严格控制掺量工程事故实例：某路面工程采用木质素磺酸钙粉作减水剂，规定掺量为水泥用量的0.25%，施工时木钙粉减水剂配成溶液，加入混凝土中进行搅拌，按照配合比要求每罐混凝土中加一桶减水剂液，实际加了两桶，当时施工气温又较低，混凝土浇捣二天后还未硬化，不得不把混凝土全部挖掉，重新浇筑。4.2、配合比设计的基本原则1、确保结构的保证强度。2、满足施工工作性（和易性）。3、满足砼耐久性（抗腐蚀性能）。4、符合经济性。

4.3．混凝土配合比设计的基本参数1、根据混凝土设计强度，施工水平—确定试配强度。2．满足砼强度和耐久性，—确定W/C。3．满足砼施工和易性，根据骨料的种类和规格，—确定（W）4．根据粗骨料最大粒径，坍落度，—确定砂率（Sp）以填充石子空隙后略有富余而定合理砂率（最佳砂率）：用水量及水泥用量一定、拌合物获得最大流动性，且保持粘聚性及保水性的混凝土，具有良好和易性；在拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性和保水性条件下，合理水泥用量是很重要。

砂率（SP）砂率：5、C50预应力混凝土T梁：混凝土工作性能不能满足结构截断面小,钢筋、波纹管道布置密集的要求，造成结构砼孔洞，T梁腹部砼养护专用喷水管道浇筑张拉完成预应力砼T梁预应力T梁钢筋骨架波纹管螺旋加强筋横隔板与梁体构造钢筋梁体中钢筋、管道最密集的截面T梁端头C50混凝土拌合物工地混凝土搅拌系统砼车运输及现场泵送混凝土C50预应力T梁砼配合设计方法：1了解结构物和施工的情况结构形状40m预应力T梁,高2.4m腹板厚25cm,砼强度等级设计（C50）R28=50MPa张拉强度7天龄期,弹模控制施工能力强制式搅拌系统泵车运输,吊斗进料,附着式振捣，钢筋布置构造筋间距12*12(cm),保护层3cm,钢铰线5个孔道2熟识依据施工规范相关基本规定：技术要求JTJ041-2000对高强砼要求:碎石的最大粒径≯25mm,含泥量小于1%，针片状小于5%，碎石强度。砂细度模数大于2.6级配良好中砂,含泥量小于2%。水胶比控制在0.24~0.38,水泥用量≯500kg/m3,有掺合料的总胶料560~600kg/m3,砂率28~34%,配制强度≮1.15*c50控制掺减水剂的搅拌时间，粉剂＞60S。3根据技术要求和施工情况选用材料：材料选择水泥质量稳定品牌、P.O52.5,出厂时间不超过1个月，富裕强度高。并通过质量鉴定证实符合技术要求，集料砂：选择细模2.6~2.9级配良好的河砂;技术指标符合；碎石：选择反击破碎石最大粒径19mm,两级配，技术指标符合；外加剂掺合料:选择Ⅰ级粉煤灰,掺量控制在水泥用量的C×8%×(1.2~1。4超量系数)。选择矿粉S95级进行双掺效果更好。减水剂:选择高效,减水率大于15%、以水泥品种相容性好，水剂掺量0.8%~1.5之间。所选择的原材料质量应符合技术规范要求.4、计算与确定方式参数名称确定与计算方法（1）设计值试配强度(Mpa)Fcu.o=Fcu.k+1.645σ=50+1.645*6说明：无砼统计，按GB50204R的规定取σ=6.060.0水灰比(W/C)W/C=fce/fcuo+αa*αb0.46*52.5/60+0.46*0.07*52.5=0.39说明：计算值高于规定值(0.22-0.38),根据结构重要性、施工水平、张拉特性,取0.350.35施工工作性的确定根据预应力T梁的高度和腹板厚度、施工机械水平、钢筋和波纹管道的布置情况，施工难度较大，所以选择流动性较好混凝土，80~120（mm）砼强度标准差σ砼强度标准差σσ值（Mpa）GB50204砼强度等级＜C20C20～C35＞C35σ

4.05.06.0参数名称确定与计算式（2）设计值用水量(kg/m3)W=10/3*(T+K)=10/3*(10+53)=210或查JGJ55-2000(4.01-2)表=215说明：选取212，减水率选择15%减水后用水量为212/1.15=184,184水泥用量(kg/m3)C=184/0.35=526说明：526大于规定最大水泥用量500kg/m3的要求，所以考虑掺粉煤灰,采用等量取代水泥法C×8%*1.3=526-(526*0.08)=484(kg/m3)484粉煤灰用量(kg/m3)526×8%=42×1.3=55水泥与掺合料总质量为：484+42+13=539(kg/m3)（42）+（13）2）确定用水量(查表法)水灰比在0.40～0.80范围时,根据粗骨料的品种﹑粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度,其用水量可按下表选取.水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定。2、确定用水量（W）。根据石子最大粒径和施工所需的坍落度查表法：JGJ55-2000(4.01-2)表,经验公式计算法:W=10/3*(T+K)K值表:石子粒径碎石卵石102040102040K值57.553.048.554.550.045.5备注T---所需的坍落度(cm)参数名称确定与计算式（3）设计值砂率(S/G)

SP=α参照041-2000桥规高强砼砂率规定范围为28%~34%；考虑本配合的施工工作性的特殊性，确定为35%35%容重确定mc+ms+mg+mw=2350~2450kg/m3602砂子用量(kg/m3)

S=[2430-C-W]*0.35=[2430-526-184]*0.35=602碎石用量(kg/m3)=[2430-526-184]*0.65=11181118减水剂(kg/m3)掺量1.5%×C，484*0.015=7.26减水率19%考虑掺合料的吸附而降低，所以设计使用减水率为15%7.26混凝土的砂率选用表

注：1、本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率。3、对薄壁构件和钢筋密集的砂率取偏大值。4、本表中的砂率系指砂与骨料总量的重量比。5、坍落度大于60mm的混凝土砂率，应经试验确定，也可在上表的基础上，按坍落度第增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整；坍落度小于10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。3.2~3、砼配合比计算方法（二种）重量法：体积法:

——砼含气量百分数，不使用引气型外加剂时=15、配合比理论设计结果：材料名称水泥水砂子石子减水剂粉煤灰20%80%规格型号P.O52.5自来水2.884.75~1313~19高效Ⅰ级每立方混凝土材料用量kg/m3基准W/C0.354841846022248947.2655W/C0.38Ps36%4451846342269026.6851W/C0.32Ps34%5181845722228897.7759试拌量kg7.262.769.033.3613.410.1170.83说明计算试拌体积（不少于15L）的材料用量，例：基准配合比试拌材料干燥质量（kg），。工作性能(和易性)的评定a.如混凝土发生崩塌或一边剪坏现象，重新取样另行测定,第二次仍出现上述现象，表示混凝土和易性不好，应记录备查。插捣难易评定方法：通过砼拌合物插捣的棍度感觉其容易或困难,用上（插捣容易）、中（插捣有石子阻滞感）、下（插捣很难）三级；含砂率情况评定方法：通过砼拌合物抹面感觉砂浆多、中、少三级，多-抹面一两次即可平整无蜂窝；中-抹面五六次即可平整无蜂窝少-不易抹平，有空隙和石子外露等现象。工作性能(和易性)的评定粘聚性的评定方法：将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，如果混凝土锥体逐渐下降，表示粘聚性良好，如果锥体倒塌或崩裂，说明粘聚性不好；保水性评定方法：若提起坍落筒后发现较多浆体从筒底流出，或混凝土试体因失浆而骨料外露，说明保水性不好。多、少、无三级。当混凝土坍落度≥220mm时，用坍落扩展度表示混凝土拌合物的稠度（和易性）。坍落扩展度的测定：用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，两者之差小于50mm时，用其算术平均值作为坍落扩展度值；两者之差大于50mm时，试验无效。若粗骨料在中央聚集或边缘有水泥浆析出，表示混凝土抗离析性能不好，应记录备查。

6、混凝土试验结果记录：试验项目单位①W/C0.35Ps35%②W/C0.38Ps36%③W/C0.32Ps34%坍落度mm150120130棍度测试过程感觉评价（上）容易（上）容易（上）容易含砂情况中~多中~多多黏聚性良好良好良好保水性无少量无30min坍落度mm1259510060min坍落度mm1058575密度Kg/m32410240023907d抗压强度MPa50.346.158.928d抗压强度MPa61.855.567.1f(MPa)8、根据曲线图确定配制强度的W/C＝0.35~0.36之间，取0.35。

7、绘制砼强度与灰水比关系曲线图0.320.340.360.380.40W/C70605067.161.855.59、结果分析与配合比确定:根据试配结果初始坍落度在120mm~150mm，偏大，但坍落度经时30分钟损失17%,1h损失30%，损失后的坍落度在100mm±20mm，综合混凝土和易性认为工作性能能满足施工要求.混凝土实测密度与设计时假定容重偏差均不超过2%，不作调整。试验室配合比调整计算：水泥用量C=184/0.35=526kg/m3计算同1#配合比最后确定如下：10、计算施工配合比：材料名称水泥水砂子石子减水剂粉煤灰20%80%规格型号P.O52.5自来水细模2.884.75~1313~19高效Ⅰ级每立方混凝土材料用量kg/m3试验室配合比4841846022248947.2655施工配合比4841616232279037.2655每盘用量（kg）24280.53121134523.1327.5说明实测砂含水量3.5%、小碎石含水量1.5%、大碎石含水量1%强制式搅拌机每盘搅拌量为0.5m3；C30水下砼配合设计方法：1了解结构物和施工的情况结构形状桥梁桩基,桩长34m，桩径1.5m腹板厚25cm,砼强度等级设计要求R28=25MPa（C25）施工能力拌和楼搅拌砼，泵车运输,道管进料,水下浇筑，自密实。钢筋布置钢筋笼钢筋间距为20*20(cm),保护层10cm,灌注桩钢筋笼浇筑水下混凝土前安装道管及贮藏漏斗初灌混凝土贮藏漏斗初灌混凝土贮藏漏斗混凝土道管初灌混凝土贮藏漏斗护筒内有水砼车运输及现场灌注混凝土2熟识掌握施工规范相关规定：技术要求JTJ041-2000对水下砼技术要求:优先选用卵石，最大粒径≯40mm,用碎石要适当增加含砂率。砂用级配良好中砂。水灰比宜采用0.50~0.60,砂率宜采用40%~50%水泥42.5，初凝时间不宜早于2.5小时，水泥用量不宜小于350kg/m3,有掺合料和减水剂的水泥不小于300kg/m3,砼和易性良好，不离析，不泌水，有足够的流动度，坍落度要求180~220mm。3根据技术要求和施工情况选用材料：材料选择水泥P.C或P.O42.5,控制水泥初凝时间，实测强度要合格，尽量有富裕强度。并通过质量鉴定证实符合技术要求，集料砂：选择级配良好的中砂;技术指标符合；石子：选择卵石或碎石，最大粒径31.5mm,要分级级配良好，技术指标符合要求；外加剂掺合料:选择Ⅱ级粉煤灰,掺量可在水泥用量的C×15%×(1.2~1。4超量系数)。减水剂:选择缓凝减水剂，注意控制掺量,选择C×0.8%。所选择的原材料质量应符合技术规范要求.4、计算与确定方式参数名称确定与计算式（1）设计值试配强度(Mpa)Fcu.o=Fcu.k+1.645σ=25+1.645*5说明：无砼统计，按GB50204R的规定取σ=5.033.2水灰比(W/C)W/C=fce/fcu，o+αa*αb*0.46*42.5/33.2+0.46*0.07*42.5=0.57计算值符合桥规对水下砼W/C的要求(0.5-0.6),但考虑施工难度较大，为确保混凝土强度对水灰比进行调整为0.550.55施工工作性的确定根据砼和易性良好，不离析，不泌水，有足够的流动度，坍落度要求180~220mm180~200（mm）参数名称确定与计算式（2）设计值用水量(kg/m3)W=10/3*(T+K)=10/3×(20+48.5)=228或查JGJ55-2000(4.01-2)表=235取两个平均值为232；掺0.8%减水剂,减水率为16%,考虑材料吸附实际采用减水率14%，实际用水量：232-（232*0.14）200水泥用量(kg/m3)C=200/0.55=364说明：364大于规定350kg/m3，为节约水泥改善性能，考虑掺粉煤灰,采用超量取代水泥法(C×15%)×1.4;水泥用量:364-(364*0.15)=309＞300309粉煤灰用量(kg/m3)364×15%=55×1.4=77水泥与掺合料总质量为：309+55+22=386(kg/m3)77参数名称确定与计算式（3）设计值砂率(S/G)SP=α参照041-2000桥规水下砼砂率规定范围为40%~50%；考虑水下砼施工艺的特殊性，使用碎石，所以确定为43%43%砂子用量(kg/m3)容重法:S=[2420-C-F-W]*0.43=[2420-309-77-200]*0.43=789789碎石用量(kg/m3)G=[2420-309-77-200]*0.57=10451045减水剂(kg/m3)掺量:0.8%×C，309*0.008=2.55、配合比理论设计结果：材料名称水泥水砂子碎石减水剂粉煤灰35%65%规格型号P.O42.5自来水2.584.75~1919~31.5高效缓凝Ⅱ级每立方混凝土材料用量kg/m3基准W/C0.553132007893666812.5071W/C0.6044%2832008213666802.2670W/C0.5042%3402007543656772.7284说明砂率根据水泥增加或（减少）50kg进行增减1%~2%计算试拌体积（不少于15L）的材料用量（kg）6、混凝土试验结果记录：试验项目单位①W/C0.55Ps=43%②W/C0.60Ps=44%③W/C0.50Ps=42%坍落度mm棍度测试过程感觉评价含砂情况黏聚性保水性凝结时间初凝min终凝min密度Kg/m328d抗压强度MPa假设为343039坍落度经1h损失mmf(MPa)8、根据曲线图确定配制强度的W/C＝0.576。

7、绘制砼强度与灰水比关系曲线图0.500.540.560.580.60W/C40353039.034.030