水泥混凝土配合比设计1

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水泥混凝土配合比设计简述

一、概述

1、混凝土配合比设计依据

（1）主要规范、规程和标准

①《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000；

②《铁路混凝土与砌体工程质量验收标准》TB10424—2003；

③《铁路混凝土强度检验评定标准》TB10425—1994；

④《铁路混凝土与砌体工程施工规范》TB10210—2001；

⑤《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设〔2005〕157号；

⑥《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》铁建设〔2005〕160号；

⑦《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005；

⑧《公路桥涵施工技术规程》JTJ041-2000；

⑨《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTG F30-2003；

⑩《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004。

（2）设计文件

（3）施工合同

2、混凝土配合比设计应满足的四个基本条件

（1）设计、验收、评定要求的抗压强度；

（2）满足耐久性要求；

（3）满足施工工艺要求；

（4）经济上合理。

3、不同条件应分别设计配合比

（1）不同厂家生产的不同品种、不同强度等级的水泥；

（2）不同砂石料；

（3）不同施工工艺：泵送、输送车运输、就地灌注等；

（4）不同强度等级、不同工程；

（5）不同厂家、不同品种外加剂。

4、设计配合比前应完成的工作

（1）编制混凝土配合比设计试配计划；

（2）原材料的选择与鉴定；

（3）了解、熟悉工程设计要求；

（4）了解施工工艺；

（5）学习、熟悉有关规范、规程、标准和设计要求；

（6）调试、检修、检定、自校仪器设备。

5、铁路客运专线有关规定和常识

（1）客运专线高性能混凝土用水泥的技术要求除应满足国家标准的相关规定外，硅酸盐水泥的比表面积不应大于350m2/kg；普通硅酸盐水泥的80μm方孔筛筛余不应大于10.0%碱含量不应大于0.80%。

（2）铁路混凝土结构的耐久性应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及其作用等级进行设计。

铁路混凝土结构的设计使用年限分约100年以上、约60年以上和约30年以上三级。

（3）客运专线高性能混凝土用外加剂应具有减水率高，工作性能好，适量引气，耐久性、稳定性好，与水泥之间有良好相溶性。满足GB8076《混凝土外加剂》技术要求的高效减水剂可以应用于高性能混凝土。因其能提高强度、减少用水量，减少渗水孔道，提高耐久性。

（4）高性能混凝土中掺加适量粉煤灰、磨细矿渣粉这两种掺合料后，能改善施工和易性，减少温度敏感性，后期强度不差，经济环

保，节约，可提高耐磨耐蚀性。但早期强度不高，养护困难。

（5）高性能混凝土的耐久性一般包括抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性、抗碱一骨料反应好。评价客运专线高性能混凝土耐久性的最常用指标是56d电通量。因这一指标能检测混凝土的密实性，同时对其它性能有间接测量作用。

6、混凝土配合比设计常用方法

拟采用绝对体积法或假定重量法。为简化计算常采用假定重量法。一般混凝土按2400kg/m³假定，掺粉煤混凝土掺量超过25%的按2320kg/m³假定；水泥用量大于400kg/m³的按2500kg/m³假定；水泥用量少于300kg/m³的按2350kg/m³假定。也可参考已有资料。

设计抗腐蚀耐久性砼配合比的基本措施是掺用20%～30%粉煤灰，同时采用高性能外加剂。

二、主要参数的确定

1、配制强度

配制强度除应满足JGJ55要求外，还要满足耐久性、抗蚀性和特殊工程（如水下）、特殊气候条件下的要求。计算时先按JGJ55中公式计算，再查其它要求确定。

2、水灰比

按计算的配制强度用JGJ55提供的公式或自行回归得出的公式计算水灰比，和配制强度一样，不仅只能满足强度要求，还要满足耐久性、特殊工程、特殊气候条件的要求。计算时先按公式计算再查其它要求确定。

3、外加剂掺量

一般情况外加剂成品不能直接应用于混凝土中，试验室应进行适应性试验，一定要认定合格才能使用。好的外加剂，掺量低，减水效果好，含碱量低，拌制的混凝土和易性好，在一定时间内塌落度损失

4砂率=小，早期强度高（１－３天）。如果拌的混凝土泌水、流浆、粘稠度差、塌落度损失快，不要使用。考察方法：混凝土拌和好后，堆成一个锥体，锥体周围不能见到泌浆，更不能见到泌水，石子应淹没在砂浆中，无露石。做坍落度试验提筒后，坍锥曲线应圆顺，似倒扣铁锅，不能成“草帽”状。试验选定时，常为小样，成批到货后，一定要验证其与小样品质量是否一致。因此，试验室一定要与厂方共同封样，以备样货不符时再检验使用。一般情况掺量为胶凝材料的0.8%左右。

4、砂率

应根据砂石料种类和技术性能、施工工艺、工程特点综合确定。此指标往往影响混凝土水泥用量、外观及施工进度。

普通混凝土，无特殊要求时（非泵送、非水下）可按下面公式计算，也可查表参考确定。石紧密空隙率×砂紧密密度×拨开系数

石紧密密度+石紧密空隙率×砂紧密密度

拨开系数取值：1.05～1.15，细砂取小值，粗砂取大值。

正常情况下：

（1）用中砂拌制，普通混凝土砂率宜在0.31～0.34之间，不宜小于0.30，也不宜大于0.35；

（2）水下混凝土和泵送混凝土，宜为0.37～0.42；

（3）隧道墙拱用混凝土：曲墙高2m 范围内砂率不宜大于0.37，宜为0.35～0.36；高2m 至起拱线砂率宜为0.42左右；拱部砂率为0.42～0.44；

（4）抗渗混凝土宜为0.36～0.42。

5、坍落度

（1）普通混凝土：冬季4.0～6.0cm，夏季5.0～7.0cm；

（2）水下混凝土：19.0～21.0cm；

（3）泵送混凝土：8.0～20.0cm；

①桥墩台：14.0～16.0cm；

②隧道墙拱：曲墙高2m以内坍落度宜为8.0～10.0cm，最大不得超过12cm，否则将在混凝土表面产生大量气泡孔和麻面。

③拱部混凝土特别是拱顶部位，坍落度不宜小于19.0cm，拱顶部宜为20.0～22.0cm。

6、坍落度损失

本指标尤其应引起高度重视，在配合设计中是必测的指标之一。不合适的坍落度损失可能引起泵送堵管，水下混凝土翻浆困难，甚至不能翻浆而产生断桩。

（1）泵送混凝土与水下混凝土

桥墩台、隧道边墙（高2m以上），45分钟内不宜小于14.0cm；水下混凝土和隧道拱顶混凝土60分钟内不宜小于16.0cm。输送车运输的混凝土也参照此条。

（2）普通混凝土

设计坍落度5.0～7.0cm的普通混凝土，30分钟内不得小于3cm。

7、粗骨料最大粒径与级配

（1）应优先采用二级配或三级配碎石；为最大粒径31.5mm时，宜为5～10mm和10～31.5mm两级配合使用，最大粒径为60mm时，宜为5～10mm、10～31.5mm、31.5～60mm三级配合使用，其配合比例应该专门试验；

（2）水下混凝土与泵送混凝土最大粒径宜为31.5mm；

（3）桥墩台混凝土用粗骨料最大粒径不宜大于40mm；

（4）普通混凝土用粗骨料最大粒径不宜大于60mm；

（5）预应力桥梁用粗骨料最大粒径宜为20mm。

三、基本步骤

1、计算初步配合比；

2、试拌混凝土；

3、测定拌合物性能；

4、计算每1m³混凝土各种材料用量；

5、进行抗压强度试验；

6、回归分析

用抗压强度（y值）和灰水比（x值）进行一元回归分析。

7、重新计算水灰比

用配制强度代入回归方程，计算出相应的水灰比。

8、计算理论配合比，并经试验验证

以用回归方程计算出的水灰比、参照原相应的设计结果，综合确定新的配合比，并制作3组试件，验证3、7、28天的抗压强度，同时应验证坍落损失和拌合物密度。

9、确定施工理论配合比

根据验证结果，确定施工理论配合比。

四、配合比设计实例

1、设计参数

（1）工程条件

①灌注桩用水下混凝土，坍落度18～22cm；

②混凝土设计强度等级：C20、C25、C30；

③桩直径1.2m、1.5m，桩长8～18m。

（2）施工条件

①集中拌合，混凝土输送车运输，平均运距1.5km；

②导管直径250mm；

③用混凝土泵车泵入漏斗；

④气温12～27℃。

（3）材料条件

①水泥:黄石华新水泥股份有限公司生产,为42.5级普通硅酸盐水泥；

②砂:陆水河砂场产,表观密度2640㎏/m3，紧密密度1600㎏/m3，细度模数2.8，中砂；

③碎石:官塘碎石场产,表观密度2730㎏/m3,紧密密度1680/m3,最大粒径31.5㎜,采用5～20㎜和20～31.5㎜双级配,掺配比例3:7；

4粉煤灰:赤壁电厂产,表观密度2160㎏/m3，PB001～PB005为II级，PB006～PB0011为I级，PBS001～PBS005为II级；

⑤外加剂:为上海城诚建材有限公司产,聚羧酸盐高效减水剂,LEX-9H型。

2、计算初步配合比

（1）配制强度

按普通混凝土计

cu.o =f

cu.k

+1.645δ

式中f'

cu.o

——按普通混凝土计算的配制强度，MPa；

cu.k

——混凝土设计强度等级，MPa；本例取20MPa；

δ——混凝土强度标准差，MPa，本例取4.5（查TB10210—2001）。

设计强度等级C20

则f'

cu.o

=20+1.645×4.5=27.4MPa

按《铁路混凝土与砌体工程质量验收标准》TB10424--2003中9·3·6条规定：“配制强度应较普通混凝土配制强度提高10%--20%”，配制强度应为：

f'cu.o＝27.4×1.15＝31.5MPa

（2）计算水灰比

此处计算水胶比（水泥与胶凝材料质量比值称水胶比），因无更多试验资料，暂参考TGJ55—2000提供的公式计算：

W/C＝（α

а·fce.g）/（fcu.o+α

·α

·fce.g）

式中α

а，α

—回归系数，查下表：

а，α

回归系数表

石子种类碎石卵石

0.460.48

0.070.33

fce.g—水泥实有活性，MPa，取实测值，无实测值取水泥强度等级；

fcu.o—混凝土设计强度等级，MPa。

将C20配制强度31.5MPa代入上式得

W/C＝（0.46×42.5）/（31.5+0.46×0.07×42.5）=0.59

采用W/C=0.58(本例W/C为水胶比)

将C25配制强度=(25+1.645×4.5)×1.15=37.3MPa代入上式得

W/C＝0.51

采用W/C=0.49(本例W/C为水胶比)

将C30配制强度=(30+1.645×4.5)×1.15=43.0MPa代入上式得

W/C＝0.44

为节约工作量,三个设计强度等级C20、C25、C30的配合比同时设计，结果一起回归。水灰比间隔一般只按0.02～0.03考虑，本例按0.05间隔进行试验。为使回归范围能满足C20和C30要求,大水灰比较0.58大0.05，小水灰比较0.44小0.05，则全部试验的水灰比经综合考虑采用0.35、0.39、0.44、0.49、0.54、0.58、0.63。后因故只试验了0.35、0.39、0.44、0.49、0.58。

（3）选择每1m³混凝土用水量（C20）

根据以往的经验，结合查表综合决定选用153kg。

（4）计算1m³混凝土胶凝材料用量

胶凝材料=用水量/水胶比=153/0.58=264kg/m³

（5）计算粉煤灰用量（掺胶凝材料总量的20%）

粉煤灰用量=胶凝材料总量×掺量=264×20%=53kg/m³

（6）计算水泥用量

水泥用量=胶凝材料总量-粉煤灰用量=264-53=211kg/m³

（7）计算外加剂用量（掺胶凝材料质量的0.8%）

外加剂用量=胶凝材料总量×掺量=264×0.8%=2.11kg/m³（8）选定含砂率

结合标准和以往经验，综合考虑，选定为0.40。

（9）计算砂石用量

用假定重量法计算，每1m³混凝土密度按2300kg/m³考虑:

砂石总用量﹦2300-153-264-2﹦1881（kg/m³）

砂用量﹦1881×0.40﹦752（kg/m³）

碎石用量﹦1881-752﹦1129（kg/m³）

（10）计算初步配合比

水泥︰粉煤灰︰砂︰碎石︰外加剂︰水

211︰53︰752︰1129︰2.11︰153

1︰0.251︰3.56︰5.35︰0.01︰0.725

3、试拌

（1）计算材料用量

计算拌制2组153cm³试件用料（7天、28天各一组），按23L计: 1水泥：1000︰211﹦23︰X,X=4.853(kg),取4.90(kg);

2粉煤灰:4.90×0.251=1.23(kg)

③砂：4.90×3.56﹦17.44(kg)

④碎石：4.90×5.35﹦26.22(kg)

⑤外加剂：4.90×0.01﹦49.0(g)

⑥水：4.90×0.725﹦3.55(kg)。

（2）试拌混凝土

试拌的混凝土效果观察时，将混凝土堆成一个圆锥体，此时好的混凝土应：

①周边无流浆流水；

②粗骨料应淹没在砂浆中，无粗细骨料离析；

③短时间内混凝土不粘铁板（常说的不粘锅）、砂浆不沉底；

④做坍落度试验，坍落度筒提起后，混凝土应整体“下坐”，而是散落或劈裂。

本例为合格。

4、测定拌合物性能

测得拌合物坍落度14.0cm，密度为2298kg/m³，与假定密度2300kg/m³比较：

2300÷2298﹦1.001

误差小于2%不需要修正每1m³混凝土材料用量。

5、确定初步配合比

计算配合比即为设计配合比：

水泥︰粉煤灰︰砂︰碎石︰外加剂︰水

1︰0.251︰3.56︰5.35︰0.01︰0.725

6、其余水灰比的配合比分别试验

其余0.35～0.49的4个配合比均按前述方法计算材料用量和制作试件并作出抗压强度

7、改变砂率，完成全部配合比试验

改变砂率，仍按前确定的水灰比0.35～0.58，将砂率变成0.38，设计出5个配合比，将砂率改变成0.36，再按上述方法设计出5个配合比，此时，共得到三种砂率的15个配合比。

举例：

配合比选择结果见表1和表2。

8、回归分析

将上述(16个)配合比，以灰水比（C/W）为X，56d抗压强度为Y进行一次回归（最小二乘法），分别得出一个一元回归方程：Y﹦a+bX。

举例：

用表1和表2值进行一元回归，回归计算见表3、表4和表5,从表1和表2值回归计算得表6回归方程。

Y﹦a+bX b=Lxy/Lxx a=Y平-b x平