普通混凝土配合比设计与施工控制

普通混凝土配合比设计与施工控制一、与混凝土有关的基本概念1.普通混凝土干密度为20002800/m3的水泥混凝土。全释应为：用水泥、砂、石、水以及外加剂按设计比例配制，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土称为普通混凝土，简称混凝土。它是一种原料易得、施工便利、具有较好耐久性和强度的建筑材料。2.混凝土标号是指混凝土按标准方法成型，标准立方体试件（200mm200mm200m）在标准养护条件下（温度203，相对湿度大于90%）养护28d所得的抗压强度值，单位为kgf/cm2（以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，三个测值中的最小值与较大值之差超过较大值20%时，舍去最小值，以剩余的两个测值的平均值作为该组试件的抗压强度值）。3.混凝土强度等级是指混凝土按标准方法成型、标准立方体试件（150mm150mm150mm）在标准养护条件下（温度202，相对湿度95%以上）养护28d所得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%，以C与立方体抗压强度标准值MPa（N/mm2）表示。如：混凝土立方体抗压强度标准值，20MPa，其强度等级表示为C20。（混凝土立方体抗压强度以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。当三个测值中的最大值或最小值与中间值的差值超过中间值的15%时，则取中间值做为该组试件的抗压强度测定值，当最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15%时，则该组试件的抗压强度测定值无效。）4.干硬性混凝土混凝土拌和物的坍落度小于100且须用维勃稠度（s）表示其稠度的混凝土。5.塑性混凝土混凝土拌和物坍落度为1090的混凝土。6.流动性混凝土混凝土拌和物坍落度为100150的混凝土。7.大流动性混凝土混凝土拌和物坍落度等于或大于160的混凝土。8.抗渗混凝土抗渗等级等于或大于P6级的混凝土。9.抗冻混凝土抗冻等级等于或大于F50级的混凝土。10.高强混凝土强度等级为C60及以上的混凝土。11.泵送混凝土混凝土拌和物坍落度不低于100并用泵送施工的混凝土。12.混凝土强度等级与混凝土标号的换算混凝土强度等级混凝土标号10213.混凝土立方体试件抗压强度换算系数混凝土立方体试件抗压强度换算系数列表1。表1 混凝土立方体试件抗压强度换算系数表试件尺寸换算系数 （）标准试件尺寸（）2002002001501501501001001002002002001.000.950.901501501501.051.000.9513混凝土强度与齡期的关系龄期是指混凝土强度增长所需的时间。强度与龄期的关系，在标准养护时： R340%R28；R76070%R28；R28达到设计强度。15.砂率砂率是指砂在骨料（砂及石子）总量中所占的质量百分率。影响砂率的一般因素为： 砂率随粗骨料的粒径增大而减小；随粒径减小砂率应增大。 细砂时砂率小，粗砂时砂率应增大。 卵石时砂率小，碎石时砂率应加大。 水灰比小时砂率小，水灰比增大时砂率应增大。 水泥用量大时砂率小，水泥用量小时则砂率应增大二、混凝土配合比设计中基本参数的选取1.标准差选取 根据本单位施工的混凝土强度等级、设备、工艺、材料、配合比等基本相同的混凝土检查试件抗压强度资料，按下式计算：（f2cu,in2fcu）/（n1）式中 标准差（MPa）；fcu,i统计周期内第i组混凝土试件的强度（MPa）；n统计周期内相同强度等级混凝土试件的总组数，n25；fcu统计周期内n组混凝土试件强度的平均值（MPa）。当混凝土强度等级为C20、C25时，计算值低于2.5MPa时按2.5MPa取用。当混凝土强度等级大于等于C30时，计算值低于3.0MPa时，按3.0MPa取用。 无本单位实际计算的标准差时，可按表2选用值。表2 值选用表混凝土强度等级（MPa）C10C20C25C40C50C60标准差（MPa）3.54.04.55.05.56.02.粗骨料最大粒径dmax的选用：混凝土用的粗骨料应采用坚硬耐久的碎石、卵石或两者的混合物，其最大粒径不得大于板厚的1/2或结构截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋间最小间距的3/4，且不大于100。3.细骨料：应优先选用中砂（Mx3.0-2.3）。4.混凝土坍落度，可按表3选用：表3 坍落度选用表结 构 类 型坍落度（）房建铁路基础或地面等的垫层，无配筋的大体积结构（挡土墙，基础等）1030无配筋或配筋稀疏的混凝土结构（基础、墩台、隧道衬砌、挡土墙等）3050梁、板和大型及中型截面的柱子等3050普通配筋钢筋混凝土结构（板、梁、柱等）5070配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）5070配筋较密的钢筋混凝土结构（墙、梁、柱等）7090配筋特的结构7090配筋特密不便捣实的钢筋混凝土结构100140水下浇筑混凝土180220泵送混凝土1601805.最大水灰比和最小水泥用量：进行配合比设计时，应按表4和表5对混凝土的最大水灰比（水胶比）和最小水泥（胶凝材料）用量进行控制。表4 房建工程最大水灰比和最小水泥用量限值环 境条 件结 构 物 类 别最 大 水 灰 比最小水泥用量（k/3）素混凝土钢筋混凝 土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝 土预应力混凝土1.干燥环境正常居住或办公用房屋内不作规定0.650.602002603002.潮湿环境无冻害高湿度的室内、室外部件，在非侵蚀性土和（或）水中的部件0.700.600.60225280300有冻害经受冻害的室外部件，在非侵蚀性土和水中且受冻害的部件，高湿度室内受冻部件0.550.550.552502803003.有冻害和除冰剂的潮湿环境0.500.500.50300300300表5 铁路工程最大水灰比和最小水泥用量限值混凝土所处的环 境 条 件所 在 地 区 最 冷 月 平 均 气 温 （）低于-15-15-5高于-5最 大水灰比最 小水泥用量（kg/m3）最 大水灰比最 小水泥用量（kg/m3）最 大水灰比最 小水泥用量（kg/m3）受水流冲刷、冰冻作用的混凝土0.553000.602750.65250最低冲刷线以下的地下部分，不受水流作用的地上部分及不致遭受冰冻作用的混凝土0.602750.652500.70230三、混凝土配合比设计执行普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）。1.设计原则 满足设计要求：即满足设计文件要求的混凝土强度等级； 满足施工要求：即满足混凝土在施工过程中（运输、浇筑、振捣）所需的和易性（和易性包括流动性即稠度：通常以坍落度和维勃稠度表示；粘聚性：通常以捣棒在已坍落的混凝土试体侧面轻轻敲打进行观察，坍落体均匀下沉表示粘聚性良好，出现倒塌、部分崩裂或离析现象则表示粘聚性不好；保水性：通常以观察已坍落的混凝土试体底部四周稀浆析出程度和坍落体表面粗骨料外露情况来评定，若坍落体底部四周有较多的稀浆析出和坍落体表面粗骨料出现失浆外露现象，则表示混凝土拌和物保水性能不好，如坍落体底部四周无或仅有少量稀浆析出和坍落体表面粗骨料不外露，则表示混凝土拌和物保水性能良好。）。 力求节约：就地取材，采用新材料，新技术，合理使用原材料，追求经济效益。2.设计依据 使用混凝土的施工单位、工程所处环境条件、工程名称、工程部位及结构情况（以便选定粗骨料最大粒径dmax）。 混凝土设计强度等级及施工单位管理水平。 混凝土用原材料（水泥、砂、石子、水、外加剂）产地、品种、规格及其技术性能指标。3.混凝土基准配合比设计、计算及确定步骤。 计算试配强度：（设采用P.S32.5水泥，dmax为40碎石、中砂、饮用水，配制墩台C20混凝土，取4MPa）。fcu,0=fcu,k+1.645式中 fcu,0混凝土配制强度（MPa）；fcu,k混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；混凝土立方体抗压强度标准差（MPa）。fcu,0=20+1.6454.0=26.6MPa 计算水灰比W/C：W/C=afce/（fcu,0+abfce）式中 W/C水灰比；a、b回归系数，a（碎石取0.46，卵石取0.48）；b（碎石取0.07，卵石取0.33）；fce水泥28d抗压强度实测值（MPa）。fce无实测值时，可按fce=cfce,g计算。式中 c水泥强度等级值的富余系数，由统计得到，专题试验得c=1.07；fce,g水泥商品强度等级28d抗压强度规定值（MPa）。W/C =0.461.0732.5/（26.60.460.071.0732.5）=0.58（未超出最大水灰比限值）。 查表6选用每立方米混凝土用水量mw0：据粗骨料品种、最大粒径和混凝土坍落度要求，由表6选定每立方米混凝土用水量mw0175k/m3。表6 混凝土用水量选用表（k/m3）骨料品种规格（）卵石最大粒径（）碎石最大粒径（）10202531.540638016202531.54063801030190170170160150145140200185185175165155150355020018018017016015515021019519518517516516055702101901901801701651602202052051951851751707590215195195185175170165230215215205195185180说明： 本表用水量系采用中砂时的平均值，用细砂时，每方混凝土可增加510，采用粗砂时可减少510； 掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整； 流动性（Sb=100150）、大流动性（Sb=160以上）混凝土的用水量以坍落度90的用水量为基础，按坍落度每增大20，用水量增加5计算出未掺外加剂时的混凝土用水量； 掺外加剂流动性、大流动性混凝土用水量按下式计算：mwa=mw0（1）式中 mwa掺外加剂混凝土每立方米混凝土用水量（/m3）；mw0未掺外加剂混凝土每立方米混凝土用水量（/m3）；外加剂减水率，经试验确定或参考说明书取用（）。 本表适应于水灰比0.400.80范围使用，超出范围时经试验确定。 计算水泥用量mc0:mc0=mw0/（W/C）（kg）=175/0.58=302（kg） 查表7选用混凝土用砂率PS：PS=ms0/（ms0+mg0）100式中 PS砂率（%）；ms0每立方米混凝土砂子用量（kg/m3）；mg0每立方米混凝土石子用量（kg/m3）。根据粗骨料品种、最大粒径和水灰比要求，可由表7查得砂率。表7 混凝土砂率选用表（%）粗骨料品种规格水灰比卵石最大粒径（）碎石最大粒径（）1020254063801620254063800.402732263125302429232822273136303529342833273225300.503136303529342833213226313338323731363035293428310.603439333832373136303529343641354034393338323731360.70374236413540343933383237394438433742364135403439根据已知条件由表中查得：当W/C=0.50、dmax=40时,Ps中值为32.5%；当W/C=0.60、dmax=40时, Ps中值为35.5%根据砂率随W/C减小而减小的规律，由内插法得比例式为：（0.600.50）：（35.532.5）=（0.580.50）：（Ps-32.5）0.1：3=0.08：（Ps-32.5）0.24=0.1Ps-3.25Ps=3.49/0.1=34.9（%） 按假定质量法计算砂子用量ms0和石子用量mg0，混凝土假定质量一般可在24002500/m3之间取值,现取mcp=2450/m3。根据mcp= mc0+ ms0+ mg0+ mw0得： ms0+ mg0= mcp- mc0- mw0=2450-302-175=1973/m3 ms0/（ms0+ mg0）=34.9 ms0=19730.349=689（/m3）mg0=1973-689=1284/m3。 计算理论配合比：分别用计算所得各项材料用量除以水泥用量（精确到0.01）得：水泥：砂：石：水=302/302：689/302：1284/302：175/302=1：2.28：4.25：0.58 试拌调整： 试拌用料：用机械搅拌时，应达到搅拌机额定搅拌量的1/4；一般应按成型所需试件的混凝土体积乘1.21.3的系数计算试样用料量。 试拌调整：应实测坍落度、拌和物表观密度和制作强度试件。【先湿润坍落度筒及其它用具，将筒放在已湿润的不吸水的刚性水平底板上，用脚踩住筒两边的脚踏板，使坍落度筒在装料时保持位置固定。然后用小铲将混凝土拌和物分三层均匀地装入筒内，使捣实后每层高度为筒高的三分之一左右，每层用直径16、长600、端部磨圆的钢棒沿螺旋方向由外向中心插捣25次。插捣底层时，捣棒应贯穿层深到底，插捣二层和顶层时，捣棒应插透本层至下层的表面。顶层插捣完毕后，刮去多余的混凝土，并用抹刀抹平。清除筒边底版上的混凝土后，用双手鹌按住坍落度筒的把手，双脚离开踏板，在510s内将坍落度筒垂直平稳地提起，将其放在混凝土坍落体旁边。整个过程应在150s内完成。量测坍落度筒筒高与试体坍落后的最高点的距离即为混凝土拌和物的坍落度。单位以计，精确度为5。】。当坍落度偏小时：保证W/C不变，同时增加水和水泥用量；当坍落度偏大时：粘聚性和保水性良好时，保持砂率不变，同时增加砂和石子用量；当坍落度偏大、粘聚性和保水性不良时，可增加砂子用量，直至符合要求为止。然后提出供测定混凝土强度用的基准配合比。【基准配合比是指按配合比设计规程计算，在保证水灰比不变的条件下经试拌调整，其拌和物性能符合要求后的配合比】。 以基准配合比的水灰比为基准，分别采用将基准水灰比值增加和减少0.05的水灰比、与基准配合比相同的用水量、相应增加和减少1的砂率，另外同时计算两个配合比进行试拌调整，并实测坍落度、拌和物表观密度和制作强度试件。 混凝土配合比确定： 抗压强度试验：执行普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）。试件制作时，试件尺寸应与粗骨料最大粒径dmax相匹配，其具体匹配情况列表8：表8 试件尺寸与粗骨料最大粒径dmax匹配情况表骨料最大粒径dmax（）适宜试件尺寸（）301001001004015015015060200200200试件成型：采用16600捣棒，分两层装模，每层插捣12次/1002。（12次/100mm100mm、25次/150mm150mm、48次/200mm200mm）。强度计算公式：加荷载速度：C30（0.30.5MPa/s）；C30且C60（0.50.8MPa/s）；C60（0.81.0MPa/s）。fcc=F/A式中 fcc混凝土立方体试件抗压强度（MPa，精确至0.1MPa）；F试件破坏荷载（N）；A试件承压面积（2）。取三个试件强度测值的平均值作为该组试件的强度平均值。三个测值中的最大值或最小值与中间值之差超过中间值的15时，则取中值；最大值或最小值与中间值之差同时超过中间值的15时，则该组试件的试验结果无效。 根据强度与灰水比的关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度fcu,0相对应的灰水比（w/c），再采用基准配合比实测的用水量和求出的灰水比，通过计算、调整得出确定的配合比。设配合比试验结果如下表9：表9 配合比试配试验结果表配合比序号水灰比灰水比设计强度等级试配强度（MPa）R7（MPa）10.531.89C2026.621.820.581.7217.630.631.5912.5A 作图法：以三个配合比的灰水比为横坐标、相应的7d龄期抗压强度为纵坐标画出灰水比抗压强度关系曲线。在曲线上找到与混凝土配制强度fcu,07d龄期应达到的抗压强度（R7y=26.670%=18.6MPa）相对应的灰水比，再采用基准配合比实测的用水量和求出的灰水比，通过计算、调整得出确定的配合比。B 计算法：a.先确定与混凝土配制强度fcu,07d龄期应达到的抗压强度（R7y=26.670%=18.6MPa）所对应的灰水比范围。本例是在水灰比0.530.58（灰水比1.891.72）之间。b.依据混凝土抗压强度高低与水灰比大小成反比（与灰水比大小成正比）关系的一般规律，采用下式计算：（大强度值-小强度值）：（大灰水比-小灰水比）（大强度值-R7y）：（大灰水比-C/W）即：（21.8-17.6）：（1.89-1.72）（21.8-18.6）：（1.89- C/W）4.2：0.173.2：（1.89- C/W）4.2（1.89- C/W）0.173.27.938-4.2C/W0.544C/W（0.5447.938）/-4.21.76C/W0.57C 确定配合比计算： 已知mw0175kg/m3现求得C/W0.57故mc0175/0.57307kg/m3砂率仍取34.9%，混凝土表观密度仍取2450kg/m3，得：ms0（2450-175-307）34.9%687kg/m3mg02450-175-307-6871281kg/m3确定配合比为：307/307：687/307：1281/307：175/3071：2.24：4.17：0.574.外加剂的选用原则和掺用后的配合比调整： 外加剂选用原则： 冬季负温施工可选用防冻剂； 夏季施工大体积混凝土可选用混凝土缓凝减水剂； 喷射混凝土和防水堵漏工程可选用速凝剂； 钢筋密集的预应力混凝土可选用高效减水剂； 泵送混凝土施工可选用泵送剂。 掺用外加剂后混凝土配合比的调整原则： 为改善和易性：混凝土配合比可与不掺相同，掺用外加剂后能提高混凝土拌和物坍落度，其强度基本不变。 为提高强度：在不掺外加剂混凝土配合比基础上，在保持坍落度基本不变情况下减少用水量，并保持砂率基本不变，减少的用水量以砂、石代替。 为节约水泥：保持坍落度、水灰比、砂率不变，同时减少水和水泥用量，以砂、石代替减少的水和水泥。四、混凝土施工控制混凝土施工控制包括混凝土的拌合、运输、浇筑、检查试件制作、拆模和养护。1.材料品种、质量控制混凝土拌和工作开始前，工地试验人员应负责检查工地的水泥产地、品种、强度等级、出厂日期、存放时间；砂石料的产地、品种规格是否与理论配合比相符，如有出入应查明原因。并采取适当措施，必要时经试验室同意，适当调整配合比。外加剂的品种及掺量应严格把关，尤其是液体外加剂应核对浓度和每盘需掺的液体数量，以免发生差错，造成质量事故。2.测定砂石含水率，换算施工配合比在混凝土施工前，工地试验人员应负责检验砂、石含水率，根据含水率将理论配合比换算成施工配合比，并填发配料单通知工地施工。砂、石含水率测定方法：（工地一般均采用炒干法）称取工地湿砂、石代表试样质量m湿（1kg左右），经炒干、烘干或酒精烧干后，称砂、石试样干质量m干。其含水率按下式计算：W（Wg）（m湿m干）/m干100%式中 W（Wg）砂、石含水率（%），精确至0.1%；m湿砂、石含水时质量（g）；m干砂、石炒干后质量（g）。取两次试验结果的平均值作为测定值。 施工配合比换算：举例：混凝土理论配合比为1：2.09：4.06：0.55；工地测得砂子含水率W4.5%，测得石子含水率Wg1.5%。试换算施工配合比？ 施工配合比表格法计算过程及换算结果列表10：表10 施工配合比表格法计算及换算结果项 目水 泥砂石水理 论 配 合 比12.094.060.55每盘理论用量（kg）10020940655砂、石含水率（%）4.51.5砂、石含水量（kg）9.06.0每盘施工用量（kg）10021841240施 工 配 合 比12.184.120.40b 施工配合比公式法计算：设混凝土理论配合比为1：S：G：W，砂含水率为WS，石含水率为Wg。则施工配合比计算公式为：施工配合比1：（1+WS）S：（1+Wg）G：（W-WSS-WgG）将上例数据代入公式计算得上例施工配合比为：1：（1+0.045）2.09：（1+0.015）4.06：（0.55-2.090.045-4.060.015）1：2.18：4.12：0.40