混凝土配合比设计的方法

毕业论文

混凝土配合比设计的方法

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二零一一年二月

摘要：随着科学技术的发展，人类在任何领域都得到长足的发展。例如在混凝土配合比设计方面，技术人员都能游刃有余的做到，混凝土配合比要求组成、水泥混凝土的材料选择、混凝土理论配合比设计优化、混凝土配合比设计的方法等方面。科学的配合比能够合理减少价高材料（如水泥）的用量，同时可以多采用当地材料以及一些替代物（如工业废渣），降低混凝土费用，提高经济效益。 关键词：优化配合比，材料，耐久性

引言

随着时代的发展，社会的进步，资源的利用越来越注重绿色环保，节约资源也是社会越来越重视的问题。公路建设也不例外，其中混凝土的节约就值得大家研究及探讨。节约不是偷工减料，而是合理使用，优化混凝土配合比设计就是节约资源，支持环保的一个重要举措。

1混凝土配合比要求

1.1满足结构物设计强度的要求

设计强度是混凝土设计过程中必须要达到的指标，针对结构物所发挥的作用、施工单位的施工管理水平，在配合比实际的操作过程中，采用一个比设计强度高一些的“配置强度”，以确定最终的结果满足设计强度的要求。

1.2满足施工工作性要求

针对工程实际；构造物的特点，包括断面尺寸、配筋状况以及施工条件等来确定合适的工作性指标，以保证工程施工的要求。

1.3满足耐久性要求

配合比设计中通过考虑允许的“最大水灰比”和“最小水泥用量”，来保证处于不利环境（如严寒地区、受水影响等）条件下混凝土的耐久性要求。

1.4满足经济性要求

在满足设计强度、工作性和耐久性要求的前提下，设计中通过合理减少价高材料（如水泥）的用量，多采用当地材料以及一些替代物（如工业废渣）等措施，降低混凝土费用，提高经济效益。

不少施工单位在配合比设计时纯粹是为了达到设计强度，按规范要求或以往经

验进行一组配合比设计，试配后强度达到要求就算完成了；若达不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，很少有人从材料调配、经济效益、混凝土工作质量等方面综合考虑。水泥用量过多，往往导致混凝土收缩裂缝的产生和徐变增大，而且也相应增加了施工成本。

防治措施：在规范要求允许的条件下，试验室应配制不同的配合比，从经济、工作性能、质量等方面综合考虑择优选用，并应针对不同施工部位、不同评定方法给予适当调整，尽量避免凡是同一强度均使用一个配合比的做法。试验室还应收集每次配合比及施工情况的详细数据，并注意对这些数据进行统计分析，以便得出本试验室的水灰比、用水量、砂率、水泥用量范围及σ 数值，日积月累，就能成为一个很可观、很宝贵的参考资料，对以后的施工将会起到不可估量的作用。

各项要求都互相影响，缺一不可，任何一项都影响着最终是否能过大标。优化混凝土配合比设计的最好办法，我认为据实讲没一项要求都尽量做好就是最好的优化。

2组成水泥混凝土的材料选择

影响混凝土强度的因素有很多，其中混凝土原材料的影响最大。混凝土由水泥及粗、细集料和水组成，水泥混凝土则有水泥及粗、细集料和水按比例混合而成。为了改善混凝土的某些性能还加入一些外加剂和掺和料。所以水泥和粗、细集料的选择很是关键。

2.1水泥

水泥在混凝土中起胶结作用，在水泥的品种以及强度两个方面进行选择。水泥应根据工程性质和气候环境及施工条件进行合理选择；水泥的强度等级应与配制的混凝土强度等级相匹配。

2.2粗集料

粗集料对混凝土的强度的形成起着重要的作用，粗集料在混凝土中担当着骨架的作用，必须具备足够的承载能力，也就是要有良好的强度和坚固性，这类性质通常采用石料的立方体抗压强度或抗碎指标来表示，粗细集料应选择级配好的，因为混凝土在凝结过程中，水泥、砂石集料因物理性质不同会发生不同的沉

降，如果集料级配不好会造成混凝土分层，在混凝土硬化过程中，不同的收缩性质会增加收缩开裂，因此应尽量采用级配好的集料，通过改善混凝土的和易性来提高混凝土的开裂性。同时集料的含泥量、针片状颗料含量也影响着混凝土的抗裂性能，因此这两项指标也应符合有关规范的要求。最大粒状和针、片状颗粒含量都需要不同的限定，可以通过试验来选择。不同的级配类型配制的混凝土，讲带来不同的影响。集料中的含量中的有害杂质则会影响到水泥与集料的粘结性，对水泥的水化效果产生消极的作用。

2.3细集料

混凝土用细集料应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河沙或海沙。

2.4外加剂和掺合料

在混凝土中掺加外加剂，可以加强混凝土的强度，混凝土中掺加早强剂，可以提高混凝土早期的强度；掺加减水剂合可以很大的减少拌合用水量，在较低的水灰比下，仍能较好地成型密实，获得很好地28d强度。在混凝土中掺加掺和料，可提高水泥石的密实度，改善水泥石与寂寥的界面粘结强度，提高混凝土的长期强度。因此，积极采用掺合料和混凝土外加剂。可以明显地起到降低水泥用量、降低水化热、改善混凝土的工作性能和降低混凝土成本的作用，提倡使用但掺量应根据实际情况通过试验确定。

3混凝土理论配合比设计

混凝土随着材料科学的不断发展，其用途也越来越广泛，已到了跨行业、跨学科、互相渗透的非常广泛的领域。混凝土配合比设计牵涉到几个方面的内容：一要保证混凝土硬化后的强度和所要求的其他性能和耐久性；二要满足施工工艺易于操作而又不遗留隐患的工作性；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用量；四是对上述设计的结果进行试配、调整，使之达到工程的要求；五是达到上述要求的同时，设法降低成本。普通混凝土是由水泥、水、砂、石四种材料组成的，混凝土配合比设计就是解决4种材料用量的3个比例，即水灰比、砂率、胶骨比(胶凝体与骨料的比例)。根据笔者的观察和较深入的了解，认为混凝土在配合比设计方面应注意以下几个问题：

1、配合比设计前的准备工作应充分根据施工要求确定混凝土配制强度和施工

度；

2、区分数理统计及非数理统计方法评定混凝土强度的不同确定单位用水量, 选择水灰比确定混凝土砂率, 计算单位混凝土粗、细集料用量外加剂和掺和料的类型和掺量的选择确定；

3、对理论基准配合比设计的结果进行试拌调整并确定试验室配合比生产配合比的调整及施工中的控制；

4、在保证质量的前提下，应注重经济效益。

4 优化混凝土配合比设计的方法

混凝土的配制主要有三个方面的控制因素：一是原材料的选择；二是配合比的设计；三是配合比设计的优化。目前技术人员已经对混凝土的配合比优化设计进行了分析与初步探索，建立简化的数学模型并借助数值分析方法进行配合比设计的优化并提出了混凝土配合比优化设计方法.这种方法以经济效益为目标,以所建立的混凝土配合比优化设计的数学模型为基础,以强度、稠度和耐久性为约束条件,其优化设计结果与试验结果较为接近,能够满足工程要求.

4.1适当减少水泥的用量

在进行混凝土配合比优化设计时,水泥的价格比集料的价格贵得多, 所以我们可以考虑减少混凝土拌合物中水泥的用量，当然不是偷工减料，而是适当的减少，是在满足工艺性和工程技术性的同时将少水泥的用量; 或者用价格更便宜的磨细材料( 如粉煤灰、矿渣、高岭土等) 替代部分水泥用量并保证混凝土拌合的主要性能特征, 以此来提高混凝土性能, 降低混凝土造价。

4.2 采用比设计强度高的“配置强度”

由于材料、拌和方法、运输、灌注以及混凝土试样的制作、养护和测试等各方面发生的波动,为保证达到工程设计强度的概率满足规范规定要求, 则混凝土设计强度必须有一定的目标值, 该值应与混凝土的生产控制水平相联系, 即一定阶段同规格混凝土的强度变异性即标准差决定。技术上要求的工作性与现场结构类型、运输及密实方式相关, 要想优化混凝土配合比就必须与现场施工工艺控制水平相联系。在配比设计计算中, 配制强度应是试拌或施工平均强度, 因此控制材料稳定、计量精密、拌和规范是优化混凝土配合比的前提和基础。

4.3 合理的工作性

新拌混凝土的工作性又称和易性，是指混凝土具有流动性、粘聚性、保水性和易密性等个发面的一项综合性能。水泥浆的数量和稠度对新拌合混凝土的和易性有显著的影响，水泥浆的稠度决定于水灰比，但水灰比直接影响混凝土的强度和耐久性。所以，水灰比要根据混凝土的强度和耐久性的要求来确定。单纯的用水量会降低混凝土的强度和耐久性，所以，应在保持水灰比不变的情况下，用调整水泥浆用量的方法来调整新拌合混凝土的流动性。水泥对新拌合混凝土和易性的影响主要是水泥的需水量和沁水性，沁水性与混凝土的保水性成反比。集料对还没听和易性的影响主要是脚镣的级配、颗粒形状、表面特征及最大粒径。级配较好的集料拌置的混凝土流动性较大，粘聚性和保水性较好。工作性差的混凝土, 易产生离析、泌水、坍损快等有害现象, 不仅使施工难于灌注和捣实, 增加施工费用, 而且使混凝土强度、耐久性和外观质量变差。

4.4 提高混凝土的密实性

首先要考虑混凝土的骨料级配, 在相同条件下, 良好的骨料级配其孔隙率最小, 拌制的混凝土在一定坍落度下所需的用水量最少。

结论

混凝土配合比的优化涉及混凝土各种原材料及原材料的各项特征，混凝土配合比试验等多重环节和多种作业类型，只有保证各项环节的精密协，把经济和环保相互结合，才能为配比的优化调整提供一个实现的前提， 一个好的配合比才能落实到工程实践中去。在混凝土中安全合理的使用活性掺合料，是高性能混凝土发展的特征和需要，是混凝土节能减排，可持续发展的重要技术措施混凝土配合比的设计应在保证质量的前提下，省工省料才是最经济的，但必须是采用合理的措施达到综合性的经济指标才是行之有效的。

参考文献

[1]《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》. 交公便字[2006]

[2] 唐明，邱晴，王博《.现代混凝土外加剂及掺合料》沈阳东北大学出版社[1999]

[3]郝成伟,钱红梅. 高性能混凝土配合比设计方法的研究[J]皖西学院学报, [2004] (05)

[4]中国建筑科学研究院.混凝土实用手册[M].北京：中国建工出版社

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