混凝土基础知识及配合比设计 讲义（修改后）

混凝土基础知识及配合比设计

（讲稿目录）

一、 砼基本常识

1．砼定义及原材料组份 2．砼的基本特性 3．砼的制作方法 4．砼的浇筑方式 5．砼的分级及代号

二、 砼发展历史及砼分类

1．砼发展历史 2．砼的分类

三、 砼组成原材料的基本常识

1． 水泥

1．水泥发展历史 2．水泥分类 3．水泥标号

4．常用水泥的基本性能及用途 5．特种水泥

6．水泥生产方式及生产概况 2． 砂

3． 卵石、碎石 4． 活性掺合料 （1） 粉煤灰 （2） 矿粉 5． 外加剂

四、 砼拌合物的基本性质及砼的结构特点

1． 砼拌合物的基本性质 （1） 和易性

（2） 和易性检测方法

（3） 影响和易性的主要因素 2． 砼的结构性质

（1） 表观密度 （2） 密实度 （3） 抗压强度 （4） 抗渗性

（5） 其它力学性能 （6） 耐久性能

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五、 商品砼的基本知识

（1） 商品砼发展概况 （2） 商品砼的分类

（3） 商品砼生产的基本技术条件 （4） 商品砼的优点 （5） 泵送砼

六、 普通砼配合比设计

（一） 砼配合设计的基本参数

1． 砼配合比的定义

2． 砼配合比定义及设计的基本参数（1） 抗压强度 （2） 砂率 （3） 用水量 （4） 和易性 （5） 灰水比

（6） 外加剂和掺合料

（二） 设计依据及设计方法

1． 设计依据

2． 公式的基本性质

3． 砼配合比设计方法及种类

（1）性能设计 （2）强度设计

4． 砼配合比设计的基本原则

5． 普通砼配合比设计的基本方法

（三）砼配合比设计实例（绝对体积法）1.试设计C35砼配合比 （1）已知条件

（2）施工要求 2.设计步骤

（1）确定试配砼强度； （2）确定水灰比； （3）确定用水量； （4）计算水泥用量； （5）确定砂率；

（6）计算砂、石用量 （7）试配调整。

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混凝土基础知识及配合比设计

（校正稿）

Essential knowledge of concrete and mix design

编写：陈才元（2010年4月）

一、 砼的基本知识

1． 混凝土定义及原材料组份

a． 混凝土基本定义：广义上说，由胶凝材料、粗、细骨料、水及某些掺合料和外加剂按适当比例配合，经拌合、成型、硬化而成的人造石材，叫做混凝土。

b．普通混凝土原材料组份：现代普通混凝土的原材料组份，包括如下六种，即胶凝材料（水泥等）、粗骨料（碎石、卵石等）、细骨料（河砂等）、水、掺合料（粉煤灰、矿粉等）、外加剂。 2． 砼的基本特性 a． 抗压强度高，但抗拉强度小。

b．可与钢筋做成钢筋砼，用于建筑工程等方面的承重构件，如房屋梁、板、基础、桥梁骨架等。 c． 强度随龄期不断增长，一般28天可达到总强度90%以上，故建筑工程中，国家规定以28天龄期抗压强度作为划分砼等级的指标。但实际上砼在三年以后，甚至更长时间其强度仍在增长。不过，在工程设计上不能以砼的后期强度作为设计依据，但水工建筑如大坝等，允许以60天或90天的抗压强度作为设计依据。

d．砼硬化前，可塑造成任何形状，但一旦硬化之后，就定形了。因此，砼拌合物必须在硬化之前就浇筑入模。 初凝： ＞2～3小时

砼硬化分两个阶段

终凝： ＞10～12小时 手工拌制：拌至均匀为原则 3．砼制作方法

机械搅拌：一般不少于2分钟，但视机型而异。

（商品砼亦属于机械搅拌，但因系采用双卧轴强制搅拌，其搅拌时间仅30秒左右。） 人工扦捣—铁杆或木、竹杆

4．砼浇筑方式 插入式 震动成型 平台式 5．砼的分级及代号

按国家标准分12个等级，代号为C（concrete），即从C7.5～C60, 高于C60叫高强砼,不在分级之列。

二、砼分类及发展历史

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1、砼发展历史

砼生产与应用已有一百多年历史，1824年世界上首先出现水泥—波特兰水泥，水泥的出现，有力的促进了砼的发展。1850年法国朗波特首先发明钢筋混凝土，并首先做成钢筋砼船。（加钢筋网增强，弥补抗拉、抗折强度低不足）1887年科伦，首先发表钢筋砼的计算方法，为钢筋砼发展起了较大的促进作用。

随着水泥工业的不断发展，近百年来特别是五、六十年砼的生产、应用非常迅猛。在解放初期砼标号达到200号就算高标号，300号砼（相当于C30）还极少见，而到了80年代末及90年代，已可制作C50、C60的砼，而常用的则为C20～C40，现在在试验室已可配制C100特高强砼。 2.砼分类

(1)按胶结材料分类 a．水泥砼 b．石羔砼 c．石灰砼 d．沥青砼 e．水玻璃砼 f．碱矿碴砼

g．聚合物水泥砼 h．树脂砼 I．硫磺砼 （2）按集料分类

a．重集料砼：集料为钢球、铁矿石、重晶石等。（可防辐射） b．普通集料砼：天然砂、石 c．轻集料砼：天然或人造轻集料 d．细集料的大孔砼

e．无粗集料的细颗料砼，如钢丝网水泥结构 （3）按用途分类

a．普通砼（又称结构砼）。要求具有足够的强度和耐久性要求； b．水工砼。要求具有密实性、抗渗性、抗冻性和抗地热性等要求； c．海工砼。要求具有足够的密实性、抗渗性、抗蚀性及干缩性小等

要求；

d．道路砼要求具有高抗磨性、高抗折强度、以及抗冲击性、抗冻性

和干缩性小等要求；

e．有特殊使用要求的砼，又可分为：

①抗渗砼：抗渗等级≥P6级的砼(抗渗等级分P2、P4、P6、P8、P10、P12共六个等级)。

②抗冻砼：抗冻等级≥F50级的砼（以28天试块做冻融循环试验,以强度降低≯25%、质量损失≯5%的最大冻融循环次数来确定耐冻性标号。）。

③耐热砼：要求耐热温度350～1700℃ ④耐酸砼：要求能耐酸碱腐蚀

⑤防辐射砼：要求能抗X射线或钴辐射等 ⑥自应力砼及补偿收缩砼

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⑦大体积砼：砼结构实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起砼内外温差过大而导致裂缝的砼。在实际工程建设中，还有其它他有特殊施工要求的砼，不再细列。

（4）按施工工艺分类

a．普通现浇砼 b．喷射砼 c．泵送砼 d．灌浆砼 现浇类 e．真空吸水砼 f．自密实砼 g．碾压砼 h．挤压砼 预制类 I．离心砼

（5）按配筋方式分类

a、无筋(素)砼 b、钢筋砼 c、丝网砼

d、纤维砼 （包括纤维砼、碳纤维砼、玻璃丝砼） e、预应力砼 （包括先张法预应力砼、后张法预应力砼） （6）按拌合物流动度分类

a、塑性砼 L＝30-70mm b、半干硬砼 L＝0-20mm c、干硬砼 L＝0

d、流动性砼 L＝100-150mm e、大流动性砼 L≥160mm

三、砼组成原材料的基本常识

1、水泥

（1）水泥发明史

水泥的出现，只有100多年的历史，最早是英国人佛罗斯特

（Frost）于1822年发明的，1824年英国人阿斯普丁（Joseph Aspdin）以粘土和石灰配料烧结后细磨成水泥，现世界上以1824年作为水泥发明年，因其颜色像英国波特兰岛上的岩石，故命名为波特兰水泥。1930年，波特兰水泥更名为现在的硅酸盐水泥。我国于1952年正式把波特兰水泥更名为硅酸盐水泥。

（2）水泥的分类

到目前为止，水泥的种类和规格已达到几十种之多，但常用和

大量用的主要有：

P?Ⅰ 不掺

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硅酸盐水泥

P?Ⅱ 掺≤5%粒化高炉矿渣

普通硅酸盐水泥 P?O 掺＞5%,且 ≤20%混合材料

矿渣硅酸盐水泥 P?S ?A 掺＞20%,且≤50%粒化高炉矿渣；

矿渣硅酸盐水泥 P?S ?B 掺＞50%,且≤70%粒化高炉矿渣；

火山灰硅酸盐水泥 P?P 掺＞20%,且≤40%火山灰质混合材；

粉煤灰硅酸盐水泥 P?F 掺＞20%,且≤40%粉煤灰；

复合硅酸盐水泥 P?C 掺两种以上的活性混合材料总量＞20%,

且≤50%

（3）水泥标号

按国家最新标准,从32.5～62.5R共八个等级，详见如下：

纯熟料 ＋ 石羔 ＝ 100g，P?Ⅰ 42.5、42.5R 掺≤5%的矿渣 52.5、52.5R 共六个等级 P?Ⅱ 62.5、62.5R （GB-175-2007）

或掺≤5%的石灰石

活性混合材最大 42.5、42.5R 掺量不超过20% P?O 共四个等级 52.5、52.5R （GB-175-2007）

32.5、32.5R

矿渣掺合量 P?S?A 42.5、42.5R 共六个等级 ＞20，且≤50% 52.5、52.5R （GB-175-2007）

32.5、32.5R 矿渣掺合量 P?S?B 42.5、42.5R 共六个等级 ＞50，且≤70% 52.5、52.5R （GB-175-2007）

32.5、32.5R

火山灰掺合量 P?P 42.5、42.5R 共六个等级 ＞20%,且≤40% 52.5、52.5R （GB-175-2007）

32.5、32.5R

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混合材料总掺量 P?C 42.5、42.5R 共六个等级 ＞20%,且≤50% 52.5、52.5R （GB-175-2007）

32.5、32.5R 粉煤灰总掺量 P?F 42.5、42.5R 共六个等级 ＞20%,且≤40% 52.5、52.5R （GB-175-2007）

（4）常用水泥的基本性能及用途 P?Ⅰ、P?Ⅱ及P?O：

早期强度高，硬化快，28天基本成型，常用于建筑工程地下及地

面上结构物，但不适用于高温蒸汽养护。抗冻、耐磨、抗水性差，P?Ⅰ、P?Ⅱ水化热高，不宜用于大体积工程。 P?S、P?P、P?F、P?C：

早期强度低、强度渐长慢，但后期强度高，90天及一年以后强度仍在增长，适合地下、水利及大体积砼工程。抗冻性差、保水性差。其中P?C 水泥较其他有较高的早期强度。

（5）除六大品种常用水泥外，还有专用及特种水泥，主要有：

高铝水泥（也叫硫铝酸盐水泥或是矾土水泥） 道路水泥 膨胀水泥

白色硅酸盐水泥 彩色硅酸盐水泥 砌筑水泥 自应力水泥 喷射水泥

水玻璃耐酸水泥

碱矿渣水泥（标号可达到270MPa） 低热矿渣硅酸盐水泥 超细水泥

（6）水泥生产方式及生产概况

干法回转窑 回转窑（旋窑） 预分解窑

湿法回转窑

主要有两大类

机立窑

立窑 已逐渐淘汰并限制发展 土立窑

立窑与旋窑生产的最大的差别，主要体现生产能耗及产品质量上，立窑水泥由于生产工艺落后，产品质量不稳定，生产能耗高（每Kg水泥熟料的生产能耗一般在0.15～0.17 Kg标煤左右）；旋窑水泥，由于生产工艺先进，产品质量比较稳定，每Kg熟料生产能耗一般在0.1～0.12Kg标煤左右，甚至更低。预拌混凝土企业，应选用旋窑水泥，主要是基于

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旋窑水泥质量比较稳定，有利于预拌混凝土企业的质量管理。

2、砂

（1）砂的分类

砂的细度模数划分，一般可分为粗砂、中砂、细砂三大类，即 粗砂 细度模量 3.1～3.7 中砂 细度模量 2.3～3.0 细砂 细度模量 1.6～2.2

细度模量小于1.6的叫特细砂，砼中很少采用特细砂

（2）砂的颗粒级配

按普通混凝土用砂的国家标准GB14684-2001，砂的颗粒级配应

符合下表要求

天然砂的颗粒级配区表 累计筛余% 级配区 Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 公称粒径 5.00mm 2．50mm 1.25mm 630?m 315?m 160?m

10～0 35～5 65～35 85～71 95～80 100～90 10～0 25～0 50～10 70～41 92～70 100～90 10～0 15～0 25～0 40～16 85～55 100～90 [注]①.配制砼宜选用Ⅱ区砂； ②.泵送砼宜选用中砂。

3、石子（碎石、卵石）

用于砼的石子（碎石、卵石），国家标准GB14685-2001都有详细的要求，主要包括颗粒级配、含泥量、针片状含量、有害物质、坚固性、抗压强度（包括岩石的抗压强度或压碎指标）、表观密度、空隙率等，这里不作细述。

但有一点必须特别强调的就是关于砼的碱集料反应问题。

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（1）所谓碱集料反应，就是指碎石中含有活性SiO2，它会与水泥水化后

产生的NaOH反应，生成硅酸钠凝胶，其反应式如下：

2NaOH +SiO2 NaSiO2 + nH2O

（2）砼发生碱——集料反应的三个基本条件

a、水泥中的含碱量（Na2O+0.658K2O）超过0.6%； b、集料为活性集料，且活性硅含量超过1%； C、砼处理潮湿环境（湿度＞80～85%）；

只有符合以上三个基本条件（缺一不可）才能导致碱——集料反

应。

（3）碱集料反应的危害：

砼中碱集料反应是一个缓慢的过程，有的两年，有的甚至五年或

更长时间，但是这种反应一旦发生，将造成严重危害，并且是无法弥补的。这是因为反应生成的硅酸钠凝胶吸水后体积膨胀约三倍，从而导致砼开裂，使砼结构失去承载能力而坍塌。

H2O

4、活性掺合料

（1）活性掺合料的主要品种及质量要求

混凝土常用的活性掺合料主要有粉煤灰、磨细矿渣粉两种，现

分述如下：

a、粉煤灰

粉煤灰国外叫做飞灰（fly ash）它是火力发电厂粉煤炉高

温燃烧后，经收尘器收集的微粉，粒径一般在10～300?m之间，

按收集方式不同，它又分湿排灰和干排灰两种，现代混凝土工程中用的掺合料主要为干排灰。

目前国家已经制定了专用于建筑工程的粉煤灰质量标准，叫

做《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2005，按该标准，粉煤灰共Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级。标准中对粉煤灰的烧失量、活性指标、吸水量比等都作出了明确规定。当前在混凝土工程上用得较多的是Ⅱ级粉煤灰。

b磨细矿渣粉

磨细矿渣粉是炼铁炉渣经水溶后冷却磨细得到的细粉，它比粉

煤灰且有更高的活性，目前国家对磨细矿渣粉亦颁布了质量标准，叫做《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2008（修订版）。其分类按比表面积的大小划分，可分为S75、S95、S105三个等级，其相对应的比表面积分别为S75（ ≥ 300 m2/kg ）、S95（ ≥ 400 m2/kg ）、S105（ ≥500 m2/kg ）。

磨细矿渣粉按磨细工艺之不同，可分为立磨磨细矿渣粉和球磨

磨细矿渣粉两种，不过这只是磨细工艺的两种方式，对于用户来说，人们往往不去追究其磨细工艺，但从理论讲，立磨磨细矿渣粉，由于矿粉的外形具有棱角，不像球磨磨细矿渣粉那样圆滑，故一般认为立磨磨细矿渣粉在混凝土中有更好的结合力。

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磨细矿渣粉，当前在预拌混凝土中已用得比较普遍，它的最大

优点是，像S95矿粉大致可1：1取代水泥，因而预拌混凝土生产企业来说，意味着可以获得较好的经济效益。

（2）活性掺合料应用中的若干问题： a、粉煤灰

粉煤灰虽然是属于活性掺合料，但它的活性较低，它之所以

具有活性，主要是靠其中的活性SiO2与水泥水化后的Ca(OH)2化合生成水化硅酸盐钙凝胶而产生强度，但是这种化学反应在混凝土浇筑后早期进行得非常缓慢，它只有到了混凝土的28天龄期，或是更长的时间，才能充分显示出来，因此，掺合料粉煤灰的混凝土早期抗压强度比较低，特别是当环境温度较低（低于5℃以下），其早期抗压强度将更低。对此，我们必须要有充分的认识，当然另一方面，粉煤灰的掺入，对砼亦有其有利的一面，这就是它可以增加混凝土拌合物的流动度，故场施工带来好处，此外有研究表明，掺粉煤灰砼比不掺粉煤灰砼具有较低的回弹性模量，这就意味着可提高砼的抗裂性，因此，应辨证的认识粉煤灰用作砼掺合料的利与弊，做到合理利用，才能确保工程质量。

b、磨细矿渣粉

磨细矿渣粉比粉煤灰有更高的活性，它在砼中产生强度的化

学机理与粉煤灰基本相同，因为掺入矿渣粉的砼比之不掺矿渣粉的砼其早期抗压强度相对来说较低，但到了砼的28天龄期，其抗压强度一般来说大致可以赶上不掺矿渣粉的砼。

但是，这里有一个问题要特别注意，这就是一般认为S95级矿

粉可以取代P?O 42.5级水泥，但本人近几年的研究证明，这是一个误区，本人的研究结论是，矿粉（S95级）的掺入，对砼的三天抗压强度将降低0.325X% ，R7将降低0.125-X%，R28仍可降低0.095X%，式中的X为掺合%，由此可见，即算到了砼的28天龄期，砼的抗压强度仍然比不掺矿粉的要低一点，为此我要提醒大家，千万不要步入误区。

此外，还有一个问题，就是有研究证明，磨细矿渣粉的掺入

将降低砼的抗裂性，就是说掺合磨细矿渣粉的砼，比之不掺磨细矿渣粉的砼更容易产生裂纹，磨细矿渣粉掺量比率越大，产生裂纹的机率更高，裂纹亦更多，因此，必须提醒大家充分认识这个问题的重要性，千万不要盲目追求磨细矿渣粉的高掺量，否则将会导致产生砼质量事故。

5、外加剂（略）

四、砼拌合物的基本性质及砼的结构特性

1、砼拌合物的基本性质

（1）和易性 一般的流动性、粘聚性和保水性的衡量。

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a、流动性

流动性是指拌合物在自重或外力的作用下的流动性能。流动性与混合料中的水泥用量、用水量及水泥砂浆的相对含量有关。

①保持水泥用量不变，增大水灰比，将增加拌合物的流动性。 ②保持W/C不变，相应增加水泥和水用量，将提高拌合物的流动

性。

③保持W/C不变，相应增加或减少砂用量，将改变拌合物的流动

性。 b、粘聚性

新拌砼混合料抗离析的能力叫粘聚性，粘聚性与粗细骨料的级

配及水泥浆的稠度有关。

①级配合理的混合料，粘聚性大，反之则小。

②水泥浆稠度越小，粘聚性越大。 ③粘聚性不良，易出现离析现象。

c、保水性

是指砼拌合料在施工中具备一定的保水能力的性质——即不易

出现泌水现象。

一般来讲，保水性与水泥的品种有关，同时也与砼配合比设计

是否合理有关，矿渣水泥常有泌水现象。

(2)和易性检测方法（Slump test）

①坍落度法（ISO称为稠度）。

坍落度 O —— 干硬性砼 坍落度 0-20mm —— 低流动性砼 坍落度 30-90mm —— 塑性砼 坍落度 100-150mm —— 流动性砼 坍落度 ≧160 —— 大流动性砼 ②维勃稠度计法（VB法——V?Bahmer 瑞典） （3）影响和易性的主要因素

①拌合用水量。

a、拌和水在砼混合料中是分布于水泥浆和吸附于粗细骨料的表面

上，因而粗细骨料的总表面积越大，需要的水越多;水泥的标准稠度用水量越大，需要的水越大。

b、当粗细骨料的种类及比例一定时，即使水泥用量变动（200-400

kg/m3）,但要获得相同的坍落度，其所需要的用水量基本上是一定的，这就是恒定用水量法则。

②水泥浆体积

a、在最佳砂率下，获得规定流动性所需的水泥浆最小。

b、在水泥浆体积一定时，最佳砂率下可获得最大流动度 ③水泥砂浆的体积

流动性砼水泥砂浆体积，约为粗细骨料空隙率的1.2～1.5倍。 ④其他影响和易性因素 a、水泥的品种 b、骨料的性质

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c、时间与温度

2、砼的结构性质

（1）干表观密度 2200～2400 kg/m

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（2）密实度 D＝V（外形体积）0

V（绝对体积）

?mw1000 D＝ VC + VS + VG + VW

＝

mc?c?ms?s?mg?g?

β 结合水分数，为一定龄期的砼中结合水为水泥重量的%数

普通水泥的β在砼28天时约为15～20%。 （3）抗压强度

我国新标准的强度等级分C7.5～C60共十二个等级（如前述），这里补充如下： ①影响强度的因素 a、水灰比（W/C）

R＝F(W/C)·A 或R＝F(fc·w/c) fCU,O＝R28 ＝A·

fce(C/W - B) 保罗米公式

b、骨料的品种与质量 当W/C＜0.4时

碎石砼比卵石砼强度高38%，随着W/C增加，两者差距逐渐

减少。

C、养护制度与湿度 ②提高砼强度的措施

采用高标号水泥，实行机械搅拌和震捣，掺外加剂等都是行之有效的措施。

（4）抗渗性

以抗渗标号衡量和划分，P2、P4、P6、P8、P10、P12六个等级。 解析宏观意义 （5）其他力学性能

如抗抗拉强、棱柱强度、抗折强度为抗压的1/10～1/13。

(6) 耐久性能——主要指抗冻、抗碳化性能。

五、商品砼

1、商品砼的含义

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工程上叫“预拌砼”，这是外来语，英文叫 Ready-mixed concrete,

意为预先拌合好的砼，《GB/T 14902-2003》是这样定义的——由搅拌站

将原材料按一定比例经计量、拌制出售，并由运输车在规定的时间内运送到使用地点的砼拌合物。

2、商品砼的主要特性（基本特性）

商品砼必须满足如下要主要特性：

①强度，满足普通砼的要求（即与普通砼一样）

②流动度（塌落度），满足泵送作业要求

③坍落度的经时损失，越小越好，至少应满足两小时仍可泵送。

第②、③两点是商品砼的主要特性，而第①点为基本特性，没有第①点就不叫做砼，没有第②、③点不叫商品砼，即不可能实现预销售。 3、商品砼的等级划分：

按GB/T 14902-2003标准，预拌砼分两大类：

①通用品（normal concrete）， 强度﹤C50，坍落度≯180mm, 粗集料粒径≯31.5～40mm

②特制品，special concrete,任何一项指标超出通用品的规定范围或有特殊要求的砼，其强度在C55～C80

个人认为，上述的划分方法不见得科学，如坍落度指标。不过它提供了一个划分的准则，仍有其实用价值。 4、商品砼的应用与发展前景

（1）商品砼在我国起步比较晚，大概在上世纪八十年代才起步，我国第一

家商品砼企业诞生于1978年常州建筑工程材料公司创建，随后，则逐年加速发展，到2002年全国已有1039个企业，有14473台输送车，

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设计能力达到26405万吨m（实际生产量为13914万吨m3），总的来说，我国商品砼企业的发展与工业发达国家（美、英、法、德还有意大利、日本等）比较，大约迟后了半个世纪。而发展也极不平衡，大都集中在国内的几个大、中城市——北京、上海、广州、沈阳等，像北京、上海等估计已超过100家，湖南省在2000年初仅有商品砼企业三家，到2009年为止，大约已发展到37家（不包括还在建造未注册的），发展势头良好。

（2）商品砼迅速发展的基本原因（或者说优点）

①保证并提高了砼质量——配料准确、搅拌质量好 ②可实现泵送作业，大大提高了施工进度

③可实现文明施工，较大降低传统施工的脏乱现象

④大大降低辅助用工，减少原材料的浪费，从而降低施工管理中的各项费用

⑤解决高层建筑施工中砼垂直、水平运输中的许多矛盾，V﹥220m（100～270m）及H＞500～1500mm的工程，可用一根泵管就解决，可取消塔吊，每小时输送量可达60m3,再有一种车泵，既可水平又可垂直泵送砼，起吊高度达40m，水平悬臂长度32m以上 ⑥能解决道路、桥梁工程施工中长距离的砼输送问题。

例1、上海浦东大桥砼支架高210m，就是用商品砼浇筑的 再例、北京西客站工程底板，总方量达30万m3 再例、三峡水利工程（溢流槽 70万m3）

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⑦商品砼供应半径大，可达50km,运输车时速可达60～80km，最高达100km

正是由于商品砼的上述的诸多优点，所以国家已出台多项法令、法规，要求大、中城市要大力推广应用商品砼，对大城市则要求强制推行。

六、混凝土配合比设计

（一）砼配合比定义及设计的基本参数

1、 砼配合比的定义

为了保证强度和工作性能，经过设计计算所确定的砼单位体积中

的各种原材料用量之间的比例关系，称之为混凝土配合比。 2、砼配合比设计的基本参数 （1）试配强度

砼配制抗压强度应按所要求的砼强度等级取值，如下式:

fCU,O?1.645??fcu.k

式中 fCU,O—— 砼配制强度（MPa）

fcu.k—— 砼抗压强度标准值（MPa） ? —— 砼强度标准离差（MPa）

根据强度等级的不同而异，一般规定是： ?的取值，

?C15 ?取 4MPa C20～C35 ?取 5MPa ?C40 ?取6MPa

（2）砂率：

每立方米砼中，砂子用量（kg）与砂、石总用量（kg）之比叫砂率，以百分比表示。 如下式： ?s?mso?100%

mgo?mso 式中 mso——每立方米砼的细骨料用量（kg）；

mgo——每立方米砼的粗骨米用量（kg）； ?s ——砂率（%）；

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砂率是砼配合比的重要参数之一，不同等级砼应选择不同的砂率，其目的在于保证砼能得到最密实的效果。因此就有 最佳砂率的问题。如何能找到最佳砂率，应通过试配来解决。方法是：

在选定水灰比的前提下：保持水灰比不变，在其他条件相同的条

件下，拌制数种砂率不同的砼拌合物，并测定其坍落度，其中坍落度最大的一种拌合物所用的砂率，即为最佳砂率。 (3)用水量：

（1）塑性砼的用水量与粗骨料的品种和规格有关，JGJ55-2000《普通砼的配合比设计和规程》对此有专门规定，见下表：

塑性砼用水量表（kg/m3） 拌合物稠度 项目 坍落度(mm)

指标 10～30 35～50 55～70 75～90 10 190 200 210 215 卵石最大粒径（mm） 20 170 180 190 195 31.5 160 170 180 185 40 150 160 170 175 16 200 210 220 230 碎石最大粒径（mm） 20 185 195 205 215 31.5 175 185 195 205 40 165 175 185 195 [注]：①上表中的适用范围是水灰比在0.4～0.80；

②表中的用水量是采用中砂的平均取值，采用细砂时，每立方米用水量可增加5～10kg；采用粗砂时，可减少5～10kg.

（2）流动性及大流动性砼的用水量宜按下列步骤计算用水量：

a、以上表中坍落度90mm用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg,计算未掺外加剂时的混凝土用水量；

b、掺外加剂时的砼用水量按下式计算： mwa?mwo(1??)

式中 mwa——掺外加剂砼每立方米砼的用水量（kg） mwo——未掺外加剂每立方米砼的用水量（kg） ? ——外加剂的减水率（%）

（4）和易性：

普通塑性砼包括三项内容，即流动度也叫稠度（以坍落度及扩散

度表示）、粘聚性及保水性，只有同时满足这三项指标要求的砼拌合物，才叫和易性好，分述如下：

①流动度也叫稠度，包含两层含义，一是坍落度，以砼坍落度仪

测定，用mm表示其大小，塑性砼的坍落度一般在10～90mm之间，超过90mm的，一般叫流动性砼，泵送砼的坍落度最小起泵坍落度规范规定不得小于100mm，适宜的泵送砼坍落度为160～220mm，稠度的第二层含义是扩展度，这是指坍落度仪测定坍落度时，当坍落度仪垂直抬起时，砼拌合物缓慢下沉后的扩散直径，以mm表示。一般来讲，塑性砼的扩展较小，甚至没有扩展度，因此也没有扩展度的要求，而泵送砼由于坍落度较大，相应也有扩展度要求，普通泵送砼的扩展度应

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大于500mm。

②粘聚性，粘聚性的判断方法是在测定坍落度之后，用捣棒轻轻打

击已坍落的砼锥体的一边，如锥体突然倒塌、部分崩裂或石子离析，则表示粘聚性不良。

③保水性是指砼拌合物保持水份不易析出的能力，以稀浆析出的程

度来评定，当坍落度筒提起后，如有较多的稀浆从砼锥体底部析出，且因失浆过多使砂石外露，就表示保水性不好，如坍落度筒提起后无稀浆或仅有少量称浆从底部析出，且砼锥体含浆饱满，则表示保水性良好。

（5）水灰比

①水灰比的定义

水灰比是指单位体积内混凝土拌合料中用水量与胶凝材料总

用量之比，以W/C表示。对于掺有砼掺合料（如矿粉、粉煤灰）的混凝土，胶凝材料总用量则应包括掺合料，这时通常叫做水胶比。 ②水灰比与砼强度的关系

水灰比与砼强度的关系可用下面方框图表示：

高 强度 低

W/C 小 大 W/C与砼强度关系图

③最大水灰比及最小水泥用量

JGJ55-2000《普通砼的配合比设计规程》对塑性砼有最大W/C

及最小水泥用量的严格规定，如下表：

混凝土的最大水灰比及最小水泥用量表 环境条件 最大水灰比 结构物类别 素砼 正常的居住或办公用房室内部件 钢筋砼 0.65 最小水泥用量（kg） 素砼 200 钢筋砼 260 预应力砼 300 预应力砼 1、干燥环境 不作规定 高湿度的室内部件 0.6 无冻害 2、 潮 湿 环境 有冻害 室外部件 在外侵蚀性和（或）水中部件 经受冻害的室外部件 在外侵蚀性土和（或）水中且受冻害的部件 高湿度且受冻害的室内部件 0.7 0.6 0.6 225 280 300 0.55 0.55 0.55 250 280 300 3、有冻害和除冰剂的潮湿环境 经受冻害和除冰剂作用的室0.5 0.5 0.5 300 300 300 16

内和室外部件 [注]a、当用活性掺合料取代部分水泥时，表中最大水灰比及最小水泥用量即为代替前的水灰比和水泥用量。

b、配制C15及其以下等级的砼，可不受本表限制。 （6）外加剂和掺合料 ①外加剂

常用的外加剂都有一定的减水剂效果，其质量标准应符合GB119《混

凝土外加剂应用技术规范》的相关规定，其应用方法，一是利用其减水效应降低用水量；二是保持每立方米用水量不变，利用其提高砼流动性（坍落度）。两者可任先其一。 ②掺合料

塑性砼的掺合料，当前用得较多的是粉煤灰及磨细矿粉，其品质应

符合JGJ28《粉煤灰在砼和砂浆中应用技术规程》及GB148《粉煤灰砼应用技术规程》和GB/T1804《用于水泥与砼中粒化高炉矿渣粉》的相关规定。

（二）设计依据及基本方法

1、设计依据

JGJ55-2000

行标《普通混凝土配合比设计规程》

?a?fce

fcu,o??a??b?fce 公式 W/C? 式中?a??b—— 回归系数

fce—— 水泥28天抗压强度实测值（MPa）

当无水泥28天抗压强度实测值时，可按下 式推算：

fce??c.fce.g

?c ——水泥强度等级富余系数，可按实际设

计资料确定（注：按水泥质量有关标准，此值一般可取1.13）

fce.g——水泥强度等级值（MPa）

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2、公式的基本性质

上述公式，经换算后，又可化成：

fcu.o＝?a.fce (c/w-?b)

上式就是著名的保罗米强度公式

保罗米公式又可变换为：

fcu.o＝?a?fce(c/w??b)

＝?a?fce?c/w -?a??b?fce

现令 X＝c/w ,b＝

?a?fce, a＝-?a??b?fce 及

y＝fcu.o，则变换后的保罗米公式便成为下式，即：

Y＝bx + a

这就是数学上典型的线性函数表达式，由这线性公式，可以

得出结论如下： ①砼的强度与c/w成正比

②适用范围：0.4＜w/c＜0.8

根据这一公式的基本性质，使我们应清醒的认识到一个重要的原则，这就是严格控制w/c比，是砼配合比设计的关键。

3、砼配合比设计方法及种类 (1)性能设计

主要是为了保证砼的某种性能达到工程设计的特殊要求，例如

防水砼、抗渗砼，主要要求砼能防止渗漏，抗裂砼主要要求应达到工程设计中特定抗裂要求，它与防水砼有相似之处，又有特定的抗裂含义。耐热砼主要要求砼能抵抗某种特定的高温侵害等，类似这类砼的配合比设计,其强度往往远远超过设计的需要，因而配合比设计的主要目的是为了达到性能上的特殊要求。

(2)强度设计

主要是为了保证砼达到足够的抗压强度，要求砼在荷载的作用

下，具有设计所需要的安全度。

4、混凝土配合比设计的基本原则：

(1)满足砼的强度要求以及达到此强度的时间

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（2）满足和易性的要求；

（3）耐久性能的要满足设计要求； （4）经济上合理。

一个好的砼设计配合比，应同时达到上述四项要求，不能偏

废，这就是说在满足前面三项要求的基础上，最大限度的节约水泥，以达到降低工程造价的目的。

5、普通砼配合比设计的基本方法 （1）绝对体积法

此法是按照砼混合料单位体积等于各组成材料的绝对体积之

和的原则来设计，即

mc?c?mg?gmc?ms?s?mw?wms?0.01a?1——（A）

或 1000??c?mg?g??s?mw?w?10a——（ A’）

式中：mc、mg、ms、mw为各原材料组份的用量（kg）；α

为砼含气量，（一般取α=2）；?（（c?c)、?（g?g)、?s?s)、?w(?w)为相应各种原材料的表观密度（或比重）。

此外还有 ?s?ms?100% ——（B）【?s为砂率】

mg?ms 有了（A）及（B）式，就可进行配合比设计了。

（2）假定容重法

先假定砼拌合物的容重（湿重）来计算各种原材料的用量，再通

过试拌调整材料用量，并以实测砼混合物的容重，反算材料的配合比。

在有一定试验资料的基础上，此法比绝对体积法来得简单。但当无试

验资料时，假定容重法往往误差很大。

砼的容重可假定：

河砂砼： 2400kg/m3 山砂砼： 2450 kg/m3 （3）两种设计方法的比较：

A、绝对体积法可靠性较好，但它是建立在必须测出原材料的性能指

标的基础上，如须知道砂、石子容重、比重、空隙率等指标，因而它是一种比较科学的设计方法，如果没有原材料的检测指标，采用假定指标来设计，则失去了意义。

B、假定容重法方法简单，可靠性亦能满足要求，但当没有试验资料

时，假定容重则往往不易掌握好，误差在所难免。

（三）、砼配合比设计实例（绝对体积法）

1．试设计C35砼配合比

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（1）已知条件：

原材料：水泥：P?O 42.5级（?c=3.15）

河砂：中粗砂（比重2.65） 卵石：10～30mm（比重2.67）

（2） 施工要求：机械震捣，坍落度30～50mm

2.设计步骤如下：

（1）确定试配砼强度，按JGT55-2000规定，试配砼28d抗压强度

应达到

fCU,O＝fcu.k+1.645σ

(C35时，σ取5MPa)

fCU,O＝35?1.645?5＝43.23MPa

（2）确定水灰比：

由公式 w/c＝ 即w/c＝

aa?fcefcu.o?aa?ab?fce

0.48?1.13?42.5

43.23?0.48?0.33?1.13?42.523.052 ＝＝0.453

50.837

（3）确定用水量

查JGJ55-2000表4.0.1-2 当卵石粒径最大值31.5mm，坍

落度要求为30～50mm,用水量应选取170kg/m3

（4） 计算水泥用量

已知W/C＝0.453 W＝170

C＝

170＝374.9≈375 kg/m3 0.453 （5） 确定砂率Sρ

1m3

按公式Sρ＝ 式中

rospgrospg?rog?a

ros—— 砂子的容重（kg/m3）

pg —— 石子空隙率 (%)

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rog—— 石子容重（kg/m3）

a —— 取1.2～1.3

当?os=1500，rog=1550及卵石的表观密度为2670 kg/m3时

1550)?41.8% 26701.5?0.42?1.2?34.7?35% 由此sp?1.5?0.42?1.55pg?(1?或 sp?

1500?0.42?1.25?36.1%

1500?0.42?1550再查表4.0.2

当w/c=0.5时，卵石最大粒径为40mm，砂率应为28～33%，

与计算有出入，在此宜以计算为主要依据。现确定砂率用36%

（6）计算砂、卵石用量 依公式1000?mc?c?mg?g?ms?s?mw?w?10?

一般a取2 ，?W=1，并已知?c=3.15，?s=2.65，?g=2.67时 则 1000?10?2?375170msmg????690.95 3.1512.652.67 依据砂率公式又有?s?ms?100%

mg?ms 即 ：

ms?0.36 ----------------------------（1）

mg?ms

ms?s?mg?g?690.95 ----------------------------（2）

解此联立方程

.8?662 可求得 ms?661 kg/m3 mg?1.78?662?1177 kg/m3 至此每m3砼的原材料用量均可已算出

即 ： 水泥 = 375 （kg/m3 ） 河砂 = 662 （kg/m3 ） 卵石 = 1177（kg/m3 ） 水 = 170 （kg/m3 ）

总重量（湿重）=375+662+1177+170=2384 （kg/m3）

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（7）试配的调整

上述配比应通过试配以检测砼的坍落度等性能指标是否满足要

求，如不满足应进行调整，方法如下：

a、如坍落度过大，水泥砂浆多，可适当增加砂、石

b、如砂浆过少，石子无砂浆包裹，可适当增加砂子

c、如坍落度太小，则保持水灰比不变，适当增加水和水泥的

用量

另外，还必须按下式进行校正 ?c.c?mc?mg?ms?mw——计算值 ???c.e ?c.c ?c.e——砼表观密度实测值 ?c.c——砼表观密度计算值

当?c.e与?c.c之差的绝对值不超过计算值的2%，设计配合比可以认可通过，当两者之差超过2%时，则设计配合比的各原材料用量均应乘以校正系数。

（8）将坍落度调整合格后的配合比，制作三组试件，一组按原计划设计

配合比，其余两组则保持用水量不变，但分别增加和减少水泥用量（以求相应增大和减少水灰比，级差可取±0.03～0.05），亦制作三组试件，并分别测定其早期及28天强度，然后通过强度曲线来选取达到设计强度的最佳配合比。

（全文完）

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