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培训教材混凝土配合比设计前言：混凝土配合比设计是一项涉及到很多因素的工作。一是要保证混凝土硬化后的结构强度和所要求的其他性能；二是要满足施工工艺易于操作而又不遗留隐患；三是在符合上述两项要求下选用合适的材料和计算各种材料的用量；四是对初步设计结果进行试配、调整使之达到工程的要求；五是要在满足上述要求的同时降低成本。一、 配合比设计流程和基本原理 混凝土配合比设计的基本流程主要有四个阶段，第一阶段是由使用单位根据设计图纸及施工单位的工艺条件，结合当地、当时的具体条件，提出要求，做好配比委托内容的准备；第二阶段是选用材料、选用设计参数，这是整个设计的基础。材料和参数的选择决定配合比设计效果以及设计是否合理；第三阶段是计算用料，可用重量法或体积法计算；第四阶段是对配合比设计的结果进行试配、调整并加以确定。配合比确定后，应签发配合比通知书或者配合设计报告单。搅拌站在进行搅拌前，根据仓存砂、石的含水率作必要的调整，并根据搅拌机的规格确定每拌的投料量。搅拌后应留置试块并将试件强度反馈。混凝土配合比设计基本参数确定的原则：水灰比、单位用水量和砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数。混凝土配合比设计中确定三个参数的原则是：在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水灰比；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定单位用水量；砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。混凝土配合比设计以计算1m3混凝土中各材料用量为基准，计算时骨料以干燥状态为准。普通混凝土配合比设计基本原理：1）绝对体积法：假定刚浇捣完毕的混凝土拌合物的体积，等于其各组成材料的绝对体积及混凝土拌合物中所含少量空气体积之和。2）重量法（假定表观密度法）：如果原材料比较稳定，可先假设混凝土的表观密度为一定值，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。二、混凝土配合比设计的步骤1、设计的基本资料：混凝土的强度等级、施工管理水平；对混凝土耐久性要求；原材料品种及其物理力学性质；混凝土的部位、结构构造情况、施工条件等。2、初步配合比计算：确定试配强度（fcu,0）：fcu,0=fcu,k+1.645混凝土配制强度可按下式计算（JGJ55-2000）：fcu,0fcu,k+1.645fcu,0混凝土配制强度（MPa）；fcu,k设计的混凝土强度标准值（MPa）； 混凝土强度标准差（MPa）混凝土强度标准差（）混凝土强度标准差又称均方差，其计算式为：对于 C20、C25级混凝土， 计算值2.5MPa时,计算配制强度时取 2.5MPa；对于 C30级以上的混凝土， 计算值3.0MPa时,计算配制强度时取 3.0MPa；当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，值可按下表取值。设计的混凝土强度等级fcu,kC35（MPa）4.05.06.0计算水灰比值（）混凝土强度等级不大于C60时，混凝土水灰比应按下式计算：式中的回归系数和应根据工程使用的水泥、集料通过试验，建立灰水比和混凝土强度关系式而确定，当不具备试验统计资料时，其回归系数对碎石混凝土可取0.46，可取0.07；对卵石混凝土，可取0.48，可取0.33。 即采用碎石时： 采用卵石时： 式中 灰水比；灰水比的倒数值即水灰比；水泥28d抗压强度实测值，Mpa。在无法取得水泥实际强度值时可采用下列公式：= 式中：-水泥确定等级-水泥确定等级的富余系数。用水量（）的确定：注：本表用水量系采用中砂时的平均取值，采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加510，采用粗砂则可减少510；掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。当水灰比在0.4-0.8范围时，根据集料品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，按规选取定用水量掺用各种外加剂或掺和料时，用水量应相应调整。水灰比小于.040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。流动性、大流动性混凝土的用水量按下列步骤计算：以规定坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量。掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算：mwa=mwo（1-） 式中 mwa掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量，kg；mwo未掺外加剂混凝土每立方米混凝土中的用水量，kg;外加剂的减水率（%）。水泥用量（）计算：根据已确定的 W/C和w0，可求出1m3混凝土中水泥用量c0。水泥用量按下式计算： 为保证混凝土的耐久性，由上式得出的水泥用量还应大于表4.0.4规定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于JGJ55-2000标准中表4.0.4规定值，应取规定的最小水泥用量值。选取砂率（），计算粗骨料和细骨料的用量：合理砂率可通过试验、计算或查表求得。试验是通过变化砂率检测混合物坍落度，能获得最大流动度的砂率为最佳砂率。 也可根据骨料种类、规格及混凝土的水灰比，参考JGJ55-2000标准中表4.0.2选用。计算砂、石用量（）在已知砂率的情况下粗、细集料的用量可用重量法或体积法计算。重量法：原理：假定组成混凝土的水泥、砂、石、水等材料在密实状态下的体积密度为一个固定值。砂、石用量可用以下两个关系式计算：-每立方米混凝土的水泥用量，kg；-每立方米混凝土的粗集料用量，kg；-每立方米混凝土的细集料用量，kg；-每立方米混凝土的用水量，kg；-每立方米混凝土拌和物的假定质量，kg，其值可取2350-2450kg；-砂率（%）体积法：原理：假定刚拌和的混凝土拌合物的体积等于其各组成材料的绝对体积及其所含少量空气体积的总和且等于1。砂、石用量可用以下两个关系式计算：式中：-水泥密度，kg/m3，可取2900-3100 kg/m3-粗集料的表观密度，kg/m3-细集料的表观密度，kg/m3-水的密度kg/m3，可取1000kg/m3-混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取为1。按上述两种方法的计算，所得的每立方米混凝土中各组成材料用量应该是接近的，根据计算所求得各组成材料用量中以水泥为分母，砂、石和水用量为分子算得配合比如下：混凝土配合比的试配、调整与确定试配：确定每盘混凝土的最小搅拌量：骨料最大粒径31.5（mm）及以下，拌合物数量15（L）；骨料最大粒径40（mm），拌合物数量25（L）按每盘混凝土量计算水泥、水、砂、石的用量。称取每盘混凝土量计算水泥、水、砂、石的用量。接通搅拌机、振动台电源，检查运行是否正常。将搅拌机叶片、搅拌锅用湿布擦一遍。将石子、水泥、砂子、依次倒入搅拌锅里。打开搅拌机，将水徐徐倒入搅拌锅里，搅拌3min。 搅拌完毕立即进行稠度检验。坍落度法：用于集料最大粒径不大于40mm、坍落度值不小于10mm的混凝土拌合物稠度测定。试验设备：坍落度筒：由薄钢板或其他金属制成的圆台形筒其内壁应光滑、无凹凸部位。底面和顶面应互相平行并锥体的轴线垂直。在坍落筒外2/3高度处安两个手把，下端应焊脚踏板。筒的内部尺寸为：底部直径（200士2）mm 顶部直径（100士2）mm高 度（300士2）mm 筒壁厚度不小于1.5mm捣棒：直径为16mm、长600mm的钢棒，端部应磨圆。试验步骤：湿润坍落度筒及其他用具，并把筒放在不吸水的刚性水平板上，然后用脚踩住两边的脚踏板，使坍落度筒在装料时保持位置固定。把按要求取得的混凝土试样用小铲分三层均匀地装入筒内，使捣实后每层高度为筒高的1/3左右。每层用捣棒插捣25次。插捣应沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣应在截面上均匀分布。插捣筒边混凝土时，捣棒可以稍稍倾斜。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层和顶层时，捣棒应插捣透本层至下一层的表面。浇灌顶层时，混凝土应灌到高出筒口。插捣过程中，如混凝土沉落到低于筒口，则应随时添加。顶层插捣完后，刮去多于的混凝土，并用抹刀抹平。清除筒边底板上的混凝土后，垂直平稳地提起坍落度筒。坍落度筒的提过程应在5-10s内完成。从开始装料到提坍落度筒的整个过程应不间断地进行，并应在150s内完成。结果评定：a.提起坍落度筒后，量测筒高与坍落后混凝土试件最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度值。混凝土拌合物坍落度以mm为单位，结果表达精确至5mm。b.观察坍落后的混凝土试件的粘聚性及保水性。粘聚性的检查方法是用捣棒在已坍落混凝土锥体侧面轻轻敲打。此时，如果锥体逐渐下沉，则表示粘聚性良好，如果锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象，则表示粘聚性不好。c.保水性以混凝土拌合物中稀浆析出的程度来评定，坍落度筒提起之后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆而集料外露，则表明此混凝土拌合物的保水性能不好。如坍落度筒提起后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示此混凝土拌合物保水性良好。将安装好的试模放在振动台上，并涂一层薄机油，将混凝土拌合物一次装入试模中。打开振动台开关，振动120s，模平顶面，放入养护室进行养护，养护24h拆模，编号，继续养护共28d，养护温度20士2，湿度大于90%。配合比的调整与确定根据试验得出的混凝土强度与其相对应的灰水比（C/W）关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（）相对应的灰水比，按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量：用水量（）应在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时的坍落度或维勃稠度进行调整确定；水泥用量（）应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；粗骨料和细骨料用量（mg和ms）应在基准配合比的粗骨料和细骨料用量的基础上，按选定的灰水比进行调整后确定。经试配确定配合比后，尚应按下列步骤进行校正：a.用水量（）应在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时的坍落度或维勃稠度进行调整确定；b.水泥用量（）应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；c.粗骨料和细骨料用量（）应在基准配合比的粗骨料和细骨料用量的基础上，按选定的灰水比进行调整后确定。d计算混凝土的表观密度计算值：e按下式计算混凝土配合比校正系数：式中 混凝土表观密度实测值（kg/） 混凝土表观密度计算值（kg/）f.当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，按本规程第2.4条确定的配合比即为确定的设计配合比；当二者之差超过2%时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数（），即为确定的设计配合比。g根据本单位常用的材料，可设计出常用的混凝土配合比备用；在使用过程中，h遇有下列情况之一时，应重新进行配合比设计：对混凝土性能指标有特殊要求时；水泥、外加剂或矿物掺和料品种、质量有显著变化时；该配合比的混凝土生产间断半年以上时。三、 混凝土配合比设计注意事项配合比设计工作是所有常规检测试验中最为复杂的一项工作，也是工程试验的核心设计、试验项目之一。我们务必要勤于实践，善于学习钻研，以掌握这项技术技能来实践讲理论知识应用于工程的目的。以下是需要注意的几点：1）普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）即将于2011年12月1日实施，其中部分增改内容需要重点注意。2）目前的结构体设计考虑到耐久性以及其他性能比较多，这给我们设计带来了不少麻烦，工作变得更为复杂，因此配合比设计时候要考虑各种掺合料的性能，尽量多做试配，摸清不同材料之间的匹配性能。3）要跟踪配置试块的强度，跟踪材料品质情况，根据现场实际情况及时做好调整工作。当前各种材料性状各尽不同，稍有变化就可能引起整体拌合物性能变化或者是混凝土成型体的各项指标的变化。4）如果从材料学、应用化学等等方面来剖析，混凝土配合比设计工作是一项相当复杂的学问，要做好做精需要相当丰富的理论知识和实践水平。我们要善于总结，善于学习，多与同行交流经验，虚心学习，这样才能最终提高技术水平。
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