水泥混凝土组成设计实例

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水泥混凝土组成设计实例道路工程材料分类【例题】请根据以下已知条件，按照设计要求完成普通水泥混凝土的配合比设计。（1）组成材料普通硅酸盐水泥42.5级，实测28d抗压强度为47.3MPa，密度=3100kg/m3，且不掺其他胶凝材料。中砂：表观密度=2650kg/m3，施工现场砂含水率为3%。碎石：4.75~31.5mm，表观密度=2700kg/m3，施工现场碎石含水率为1%。水：采用自来水。分类（2）设计要求某桥梁工程桥台用钢筋混凝土（受冰雪影响），混凝土设计强度等级C40，要求强度保证率为95%，强度标准差为5.0MPa。混凝土采用机械拌和及振捣，施工要求坍落度为55~70mm。试确定该混凝土的设计配合比及施工配合比。分类【解答】设计计算详细过程如下。1.初步配合比的计算（1）计算配制强度（fcu,0）根据设计要求混凝土强度等级fcu,k=40MPa，强度标准差σ=5.0MPa，代入式（3-2-1）计算该混凝土的配制强度fcu,0：分类（2）计算水灰比（W/C）由所给资料，水泥实测抗压强度fce=47.3MPa，混凝土配制强度fcu,0=48.2MPa，粗集料为碎石，查表3-2-11得：αa=0.53，αb=0.20，代入式（3-2-4），计算混凝土水灰比为：混凝土所处环境为受冰雪影响地区，查表3-2-14中的二b，得知最大水灰比为0.50，按照强度计算的水灰比结果符合耐久性要求，故取计算水灰比W/C=0.47。分类（3）确定单位用水量（mw0）根据设计要求混凝土拌合物坍落度为55~70mm，碎石最大粒径为31.5mm，且属塑性混凝土。查表3-2-16，选取混凝土的单位用水量为：mw0=185kg/m³。塑性混凝土的用水量（kg/m3）分类（4）计算单位水泥用量（mc0）根据单位用水量及计算水灰比W/C，代入式（3-2-9），计算无其他胶凝材料时的单位水泥用量：查表3-2-17，符合耐久性最小水泥用量为320kg/m3的要求。分类（5）确定砂率（βs）由碎石的最大粒径31.5mm，水灰比0.47，参考表3-2-19，采用内插方法选取混凝土砂率βs=33%。混凝土的砂率（%）分类（6）计算细集料、粗集料用量（ms0及mg0）①体积法将已知的水单位用量mw0、水泥单位用量mc0、砂率βs以及各原材料密度代入式（3-2-13），且属非引气混凝土，取α=1。分类求解得：细集料用量ms0=601kg/m3，粗集料用量mg0=1220kg/m3。按体积法计算拌和1m3混凝土初步配合比为（kg/m3）：mc0:mw0:ms0:mg0=393:185:601:1220分类②质量法假定混凝土的表观密度为mcp=2410kg/m3，将mw0、mc0和βs代入式（3-2-12）得：分类联立求解得：细集料用量ms0=604kg/m3，粗集料用量mg0=1228kg/m3。按质量法确定的混凝土初步配合比为（kg/m3）：mc0:mw0:ms0:mg0=393:185:604:1228分类2.基准配合比设计按初步配合比试拌0.02m3混凝土拌合物用于坍落度试验，采用体积法结果，各种材料用量为：水泥=393×0.02=7.86（kg）水=185×0.02=3.70（kg）砂=601×0.02=12.02（kg）碎石=1220×0.02=24.40（kg）分类将混凝土拌合物搅拌均匀后，进行坍落度试验，测得坍落度为95mm，高于设计坍落度55~70mm的要求。同时，试拌混凝土的黏聚性和保水性表现良好。为此仅针对水泥浆用量加以调整，也就是适当减少水泥浆用量5%，此例采用水泥浆减少5%进行计算。水泥用量减至7.86×（1－5%）=7.467（kg）水用量减至3.70×（1－5%）=3.515（kg）分类再经拌和后重新测得坍落度为60mm，满足坍落度要求，且黏聚性、保水性良好，所以无须改变原有砂率，也就是说初步配合比的粗、细集料用量保持不变。完成混凝土工作性检验。此时，对应的基准配合比为（kg/m3）：mca:mwa:msa:mga=373:176:601:1220分类3.设计配合比的确定（1）强度检验以计算水灰比0.47为基础，分别采用水灰比为0.42、0.47和0.52，基准用水量176kg/m3不变，细集料、粗集料用量亦不变，仅改变水泥掺量，拌制三组混凝土拌合物，分别进行坍落度试验，发现各组混凝土工作性均满足要求。分类三组配合比分别成型，在标准条件下养护28d，按规定方法测定其立方体抗压强度，结果见表。不同水灰比测得混凝土强度分类根据表中数据，绘出28d抗压强度与灰水比关系图。由图可知，达到混凝土配制强度48.2MPa要求时对应的灰水比是2.064，转换为水灰比是0.48。这就是说，当混凝土水灰比是0.48时，配制强度能够满足设计要求。混凝土28d抗压强度与灰水比（C/W）的关系分类（2）设计配合比的确定按强度试验结果修正混凝土配合比，各种材料用量为：单位用水量仍为基准配合比用水量，即mwb=176kg/m3，由0.48的水灰比得到单位水泥用量为mcb=176÷0.48=367kg/m3；粗、细集料按体积法计算：分类计算结果为，细集料用量为msb=617kg/m3；粗集料用量为mgb=1253kg/m3。计算得设计配合比为：mcb:mwb:msb:mgb=367:176:617:1253分类（3）设计配合比密度修正混凝土拌合物表观密度计算值为：ρc,c=367＋176＋617＋1253=2413（kg/m3）实测表观密度：ρc,t=2400（kg/m3）计算密度修正系数：δ=ρc,t/ρc,c=2400/2413=0.99。分类由于密度实测值与计算值之差的绝对值未超过计算值的2%，故设计混凝土配合比的材料用量无须进行密度修正。最后确定试验室混凝土的设计配合比为（kg/m³）：m’cb:m’wb:m’sb:m’gb=367:176:617:1253或m’cb:m’sb:m’gb=1:1.68:3.41；W/C=0.48分类4.施工配合比的计算根据施工现场实测结果，砂含水率ws为3%，碎石含水率wg为1%，各种材料现场实际用量：水泥：mc=m'cb=367细集料：ms=m'sb（1＋ws）=617×（1＋3%）=636粗集料：ms=m'gb（1＋wg）=1253×（1＋1%）=12