混凝土配合比设计实例

第三章 有特殊要求的混凝土配合比设计

3.1抗渗混凝土

3.1.1抗渗混凝土所用原材料应符合下列规定：

（1）粗骨料宜采用连续级配，其最大粒径不宜大于40mm，含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%；

（2）细骨料的含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%； （3）外加剂宜采用防水剂、膨胀剂、引气剂、减水剂或引气减水剂； （4）抗渗混凝土宜掺用矿物掺合料。

3.1.2抗渗混凝土配合比的计算方法和试配步骤除应遵守普通混凝土配合比设计的规定外，尚应符合下列规定：

（1）每立方米混凝土中的水泥和矿物掺合料总量不宜小于320kg； （2）砂率宜为35%~45%；

（3）供试配用的最大水灰比应符合表3-1的规定。 抗渗混凝土最大水灰比 表3-1

3.1.3掺用引气剂的抗渗混凝土，其含气量宜控制在3%-5%。

3.1.4进行抗渗混凝土配合比设计时，尚应增加抗渗性能试验，并应符合下列规定：

（1）试配要求的抗渗水压值应比设计值提高0.2MPa；

（2）试配时，宜采用水灰比最大的配合比做抗渗试验，其试验结果应符合下式要求：

Pt≥P/10＋0.2 （10-18）

式中 Pt——6个试件中4个未出现渗水时的最大水压值（MPa）； P——设计要求的抗渗等级值。

（3）掺引气剂的混凝土还应进行含气量试验，试验结果应符合本节3条的规定。

3.2 抗冻混凝土

3.2.1抗冻混凝土所用原材料应符合下列规定： （1）应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜使用火山灰质硅酸盐水泥。 （2）宜选用连续级配的粗骨料，其含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%。

（3）细骨料含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%。

（4）抗冻等级F100及以上的混凝土所用的粗骨料和细骨料均应进行坚固性试验，并应符合现行行业标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ 53）及《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ 52）的规定。

（5）抗冻混凝土宜采用减水剂，对抗冻等级F100及以上的混凝土应掺引气剂，掺用后混凝土的含气量应符合普通混凝土配合比设计的规定。

3.2.2混凝土配合比的计算方法和试配步骤除应遵守普通混凝土配合比设计规定外，供试配用的最大水灰比尚应符合表3-2的规定。

抗冻混凝土的最大水灰比 表3-2

3.2.3进行抗冻混凝土配合比设计时，尚应增加抗冻融性能试验。 3.3 高强混凝土

3.3.1配制高强混凝土所用原材料应符合下列规定： （1）应选用质量稳定、强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

（2）对强度等级为C60级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于31.5mm，对强度等级高于C60级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于25mm；针片状颗粒含量不宜大于5.0%，含泥量不应大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%；其他质量指标应符合现行行业标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ 53）的规定。

（3）细骨料的细度模数宜大于2.6，含泥量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%。其他质量指标应符合现行行业标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ 52）的规定。

（4）配制高强混凝土时应掺用高效减水剂或缓凝高效减水剂；并应掺用活性较好的矿物掺合料，且宜复合使用矿物掺合料。

3.3.2高强混凝土配合比的计算方法和步骤除应按本章规定进行外，尚应符合下列规定：

（1）基准配合比中的水灰比，可根据现有试验资料选取； （2）配制高强混凝土所用砂率及所采用的外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试验确定；

（3）高强混凝土的水泥用量不应大于550kg/m3；水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg/m3。

3.3.3高强混凝土配合比的试配与确定的步骤应按本章的规定进行。当采用三个不同的配合比进行混凝土强度试验时，其中一个应为基准配合比，另外两个配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少0.02~0.03。

3.3.4高强混凝土设计配合比确定后，尚应用该配合比进行不少于6次的重复试验进行验证，其平均值不应低于配制强度。

3.4泵送混凝土

3.4.1泵送混凝土原材料 （1）水泥

配制泵送混凝土应采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。

矿渣水泥保水性稍差，泌水性较大，但由于其水化热较低，多用于配制泵送的大体积混凝土，但宜适当降低坍落度、掺入适量粉煤灰和适当提高砂率。

（2）粗骨料

粗骨料的粒径、级配和形状对混凝土拌合物的可泵性有着十分重要的影响。 粗骨料的最大粒径与输送管的管径之比有直接的关系，应符合表3-3的规定。 粗骨料的最大粒径与输送管径之比 表3-3

粗骨料应符合国家现行标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ 53-92）的规定。粗骨料应采用连续级配，针片状颗粒含量不宜大于10%。 粗骨料的级配影响空隙率和砂浆用量，对混凝土可泵性有影响，常用的粗骨料级配曲线可按图10-1选用。

图3-1 泵送混凝土粗骨料最佳级配图

泵送混凝土粗细骨料最佳级配图（图3-1、图3-2）说明： 1）粗实线为最佳级配线；

2）两条虚线之间区域为适宜泵送区；

3）粗细骨料最佳级配区宜尽可能接近二条虚线之间范围的中间区域。 （3）细骨料

细骨料对混凝土拌合物的可泵性也有很大影响。

图3-1-1泵送混凝土粗骨料最佳级配图

混凝土拌合物之所以能在输送管中顺利流动，主要是由于粗骨料被包裹在砂浆中，而由砂浆直接与管壁接触起到的润滑作用。对细骨料除应符合国家现行标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ 52-92）外，一般有下列要求：

1）宜采用中砂，细度模数为2.5~3.2； 2）通过0.315mm筛孔的砂不少于15%； 3）应有良好的级配，可按图3-1选用。 图3-1 泵送混凝土细骨料最佳级配图 （4）掺合料

泵送混凝土中常用的掺合料为粉煤灰，掺入混凝土拌合物中，能使泵送混凝土的流动性显著增加，且能减少混凝土拌合物的泌水和千缩，大大改善混凝土的泵送性能。当泵送混凝土中水泥用量较少或细骨料中通过0.315mm筛孔的颗粒小于15%时，掺加粉煤灰是很适宜的。对于大体积混凝土结构，掺加一定数量的粉煤灰还可以降低水泥的水化热，有利于控制温度裂缝的产生。

粉煤灰的品质应符合国家现行标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》和《预拌混凝土》的有关规定。

（5）外加剂

泵送混凝土中的外加剂，主要有泵送剂、减水剂和引气剂，

图3-2泵送混凝土细骨料最佳级配图

对于大体积混凝土结构，为防止产生收缩裂缝，还可掺入适宜的膨胀剂。 3.4.2泵送混凝土配合比设计

泵送混凝土配合比设计应根据混凝土原材料、混凝土运输距离、混凝土泵与混凝土输送管径、泵送距离、气温等具体施工条件试配。必要时，应通过试泵送确定泵送混凝土的配合比。

泵送混凝土的坍落度，可按国家现行标准《混凝土泵送施工技术规程》的规定选用。对不同泵送高度，入泵时混凝土的坍落度，可按表3-4选用。混凝土入泵时的坍落度允许误差应符合表3-5的规定。混凝土经时坍落度损失值，可按表3-6选用。

不同泵送高度入泵时混凝土坍落度选用值 表3-4

混凝土坍落度允许误差 表3-5

混凝土经时坍落度损失值 表3-6

注：掺粉煤灰与其他外加剂时，坍落度经时损失值可根据施工经验确定。无施工经验时，应通过试验确定。

泵送混凝土配合比设计时，应参照以下参数：

（1）泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺合料的总量之比不宜大于0.60； （2）泵送混凝土的砂率宜为35%~45%；

（3）泵送混凝土的水泥和矿物掺合料的总量不宜小于300kg/m3； （4）泵送混凝土应掺适量外加剂，并应符合国家现行标准《混凝土泵送剂》的规定。外加剂的品种和掺量宜由试验确定。不得任意使用。掺用引气型外加剂时，其混凝土的含气量不宜大于4%；

（5）掺粉煤灰的泵送混凝土配合比设计，必须经过试配确定。并应符合国家现行标准的有关规定。

第四章 控制碱骨料反应配合比设计要点

混凝土碱骨料反应是指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土骨料（砂石）中的活性矿物成分，在混凝土固化后缓慢发生化学反应，产生胶凝物质，因吸收水分后发生膨胀，最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。

混凝土碱含量是指来自水泥、化学外加剂和矿粉掺合料中游离钾、钠离子量之和。以当量Na2O计，单位kg/m3（当量Na2O%＝Na2O%＋0.658K2O%）。即：混凝土碱含量＝水泥带入碱量（等当量Na2O百分含量×单方水泥用量）＋外加剂带入碱量＋掺合料中有效碱含量。

4.1 混凝土最大碱含量 根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010），混凝土结构的耐久性应符合表3-7的环境类别和设计使用年限要求。

混凝土结构的环境类别 表3-7

注：严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准《民用建筑热工设计规程》JGJ 24的规定。一类、二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构混凝土应符合表3-8的规定。

结构混凝土耐久性的基本要求 表3-8

注：1．氯离子含量系指其占水泥用量的百分率；

2．预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%，最小水泥用量为300kg/m3；最低混凝土强度等级应按表中规定提高两个等级；

3．素混凝土构件的最小水泥用量不应少于表中数值减25kg/m3； 4．当混凝土中加入活性掺合料或能提高耐久性的外加剂时，可适当降低最小水泥用量；

5．当有可靠工程经验时，处于一类和二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级；

6．当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。 4.2 配合比设计控制要点

4.2.1控制碱骨料反应配合比设计，与普通混凝土设计相同，主要是控制组成材料的碱含量以及骨料的碱活性。

碱活性骨料按砂浆棒长度膨胀法试验（砂浆棒养护龄期180d或16d），按膨胀量的大小分为四种：

A种：非碱活性骨料，膨胀量小于或等于0.02%；

B种：低碱活性骨料，膨胀量大于0.02%，小于或等于0.06%； C种：碱活性骨料，膨胀量大于0.06%，小于或等于0.10%； D种：高碱活性骨料，膨胀量大于0.10%。

4.2.2一类工程可不采取预防混凝土碱骨料反应措施，但结构混凝土外露部分需采取有效的防水措施。如采用防水涂料、面砖等，防止雨水渗进混凝土结构。

一类环境中，设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定： （1）钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30；预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级为C40；

（2）混凝土中的最大氯离子含量为0.06%； （3）宜使用非碱活性骨料；当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3；

（4）混凝土保护层厚度应按规定增加40%；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少；

（5）在使用过程中，应定期维护。

4.2.3凡用于二、三类以上工程结构用水泥、砂石、外加剂、掺合料等混凝土用建筑材料，必须具有由技术监督局核定的法定检测单位出具的（碱含量和骨料活性）检测报告，无检测报告的混凝土材料禁止在此类工程上应用。

4.2.4二类工程均应采取预防混凝土碱骨料反应措施；要首先对混凝土的碱含量做出评估。

（1）使用A种非碱活性骨料配制混凝土，其混凝土含碱量不受限制。

（2）使用B种低碱活性骨料配制混凝土，其混凝土含碱量不超过5kg/m3。 （3）使用C种碱活性骨料配制混凝土，其混凝土含碱量不超过3kg/m3。 （4）D种高碱活性骨料严禁用于二、三类以上的工程。

（5）特别重要结构工程或特殊结构工程，应按有关混凝土碱骨料试验数据配制混凝土。

4.2.5配制二类工程用混凝土应当首先考虑使用B种低碱活性骨料以及优选低碱水泥（碱含量0.6%以下）、掺加矿粉掺合料及低碱、无碱外加剂。

用C种活性骨料配制二类工程用混凝土，当混凝土含碱量超过限额，可采取下述措施，但应做好混凝土试配，同时满足混凝土强度等级要求。 （1）用含碱量不大于1.5%的I或II级粉煤灰取代25%以上重量的水泥，并控制混凝土碱含量低于4kg/m3。

（2）用含碱量不大于1.0%、比表面积4000cm2/g以上的高炉矿渣粉取代40%以上重量的水泥，并控制混凝土碱含量低于4kg/m3。

（3）用硅灰取代10%以上重量的水泥，并控制混凝土碱含量低于4kg/m3。 （4）用沸石粉取代30%以上重量的水泥，并控制混凝土碱含量低于4kg/m3。 （5）使用比表面积5000cm2/g以上的超细矿粉掺合料时，可通过检测单位试验确定抑制碱骨料反应的最小掺量。

（6）用作碱-骨料反应抑制剂的有锂盐和钡盐。加入水泥重量的碳酸锉（Li2CO3）或氯化锂（LiCl），或者2%~6%的碳酸钡（BaCO3）、硫酸钡或氯化钡（BaCl2），均能显著有效地抑制碱骨料反应。

掺用引气剂使混凝土保持4%~5%的含气量，可容纳一定数量的反应产物，从而缓解碱骨料反应膨胀压力。

4.2.6二类和三类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构，应采取专门有效措施。

三类工程除采取二类工程的措施外，要防止环境中盐碱渗入混凝土，应考虑采取混凝土隔离层的措施（如设防水层等），否则须使用A种非碱活性骨料配制混凝土。

三类环境中的结构构件，其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋；对预应 力钢筋、锚具及连接器应采取专门防护措施。

4.2.7四类和五类环境中的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标准的规定。

第五章 工程实例

5.1大体积混凝土配合比设计及应用 5.1.1工程概括：

某地区翰林世家1#地下室工程总建筑面积约为134989m2。地下两层约29574m2，地上5栋高层约为105415m2，分为1#、2#、3#（33层）；7#、8#（29层）。1#-3#楼地下室底板厚度为1600mm，7#8#楼底板厚为1400mm，电梯井四周2～3.6m范围内底板厚度达3100mm，地下室底板面标高为-14.09m。底板混凝土设计等级为c35，抗渗等级为p8，补偿收缩混凝土性能指标，水中14d限制膨胀率≥1.5×10-4。其中1#楼底板长71m，宽17.8m。 5.1.2混凝土配合比

（1）混凝土根据施工单位提出的技术要求，提前做好混凝土试配。

（2）混凝土配合比应提高试配确定。按照国家现行《混凝土结构工程施工及验收规范》、《普通混凝土配合比设计规程》及《粉煤灰混凝土应用技术规范》《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣》中的有关技术要求进行设计。

5.1.3原材料的选用

（1）水泥：选用水化热较低的水泥，并尽可能减少水泥用量。

（2）粗骨料：采用碎石，粒径5-25mm，含泥量不大于1%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。

（3）细骨料：采用Ⅱ区中砂，含泥量不大于3%。选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。

（4）粉煤灰：应用粉煤灰技术。在混凝土中参用粉煤灰不仅能节约水泥，降低水化热，增加混凝土的和易性，能提高混凝土后期强度。

（5）矿渣微粉：在高温季节选用矿粉，于普通混凝土相比，矿渣微粉混凝土后期强度增长效率较高、干燥收缩和徐变值较低。矿渣微粉嫩能优化混凝土孔结构，提高抗渗性能。新拌矿渣微粉混凝土工作度良好，坍落度经时损失有所减少，易振捣，泌水性小。大参量矿渣微粉混凝土可降低水化热峰值，延迟峰温发生时间。 （6）外加剂：选用缓凝高减水率的外加剂，用量厂家推荐用量经过试配确定。 5.1.4连续浇捣混凝土时在拌合及运输方面应采取的措施

大体积混凝土的施工技术要求比较高，特别在施工中要防止混凝土因水泥水化热引起的温度差产生温度应力裂缝。因此需要从材料选择上、技术措施等有关环节做好充分的准备工作，才能保证大体积混凝土顺利施工。

5.1.5混凝土浇筑

（1）混凝土采用商品混凝土，用混凝土运输车运到现场，每区采用2台混凝土输送泵送筑。

（2）混凝土浇筑时应采用“分区定点、一个坡度、循序推进、一次到顶”的浇筑工艺。钢筋泵车布料杆的长度，划定浇筑区域，每台泵车负责本区域混凝土浇筑。浇筑时先在一个部位进行，直至达到设计标高，混凝土形成扇形向前流动，然后在其坡面上连续浇筑，循序推进。这种浇筑方法能较好的适应泵送工艺，使每车混凝土都浇筑在前一车混凝土形成的坡面上，确保每层混凝土之间的浇筑间

歇时间不超过规定的时间。同时可解决频繁移动泵管的间题，也便于浇筑完的部位进行覆盖和保温。 （3）混凝土浇筑时在每台泵车的出灰口处配置1～2台振捣器，因为混凝土的坍落度比较大，在1.5米厚的底板内可斜向流淌1米远左右，2台振捣器主要负责下部斜坡流淌处振捣密实，另外2～4台振捣器主要负责顶部混凝土振捣。 （4）由于混凝土坍落度比较大，会在表面钢筋下部产生水分，或在表层钢筋上部的混凝土产生细小裂缝。为了防止出现这种裂缝，在混凝土初凝前和混凝土预沉后采取二次抹面压实措施。 5.2 加强混凝土保湿保温养护

混凝土抹压后，当人踩在上面无明显脚印时，随即用塑料薄膜覆盖严实，不使透风漏气、水分蒸发散失并带走热量。且在薄膜上盖两层草包保湿保温养护，以减少混凝土表面的热扩散 ， 延长散热时间，减少混凝土内外温差。5 通过监控及时掌握混凝土温度动态变化

在实际应用中由于采用了“双掺技术”(粒化高炉矿渣和磨细粉煤灰)，延缓了凝结时间，减少了坍落度损失，改善了混凝土和易性和可泵性。使得混凝土在高温、远距离运送条件下仍能顺利泵送。混凝土强度、耐久性、抗渗性能都有提高。

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