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1、混凝土配合比设计混凝土配合比设计第1页，本讲稿共37页4.5.1混凝土配合比的基本要求混凝土配合比的基本要求：（）满足结构设计的强度等级要求；（）满足结构设计的强度等级要求；（）满足混凝土施工所要求的和易（）满足混凝土施工所要求的和易性；性；（）满足工程所处环境对混凝土耐（）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；久性的要求；（）符合经济原则，即节约水泥以（）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。降低混凝土成本。2第2页，本讲稿共37页混凝土配合比的设计资料准备（1）确定配制强度（2）耐久性要求（3）构件断面、配筋最大粒径DM（4）施工管理水平用来选择T和DM（5）原材料性能密度、DM、水、
2、砂、石情况4.5.2配合比设计中的三个重要参数 组成混凝土的四种材料，即水泥、水、砂、石子用量之间有三个对比关系，即：1 水灰比（）：用水量与水泥用量之间的对比关系。水灰比是确定混凝土强度和耐久性的重要参数，也是影响混凝土和易性的重要因素。2 砂率（Sp）：砂的用量与石子用量之间的对比关系。通常以砂用量占砂、石总量的百分数表示(即砂率)。砂率是影响混凝土和易性的重要参数。3第3页，本讲稿共37页3、单位用水量（W）混凝土中水泥浆用量与骨料用量之间的对比关系，可用每立方米混混凝土中水泥浆用量与骨料用量之间的对比关系，可用每立方米混凝土的用水量表示。凝土的用水量表示。用水量主要影响混凝土和易性，对
3、混凝土的强度也有影响。用水量主要影响混凝土和易性，对混凝土的强度也有影响。确定的原则：确定的原则：（1）在满足强度、耐久性要求上，确定砼的）在满足强度、耐久性要求上，确定砼的 。（2）在满足和易性的基础上，确定粗骨料、单位体积用水量、砂的）在满足和易性的基础上，确定粗骨料、单位体积用水量、砂的用量。用量。4.5.3混凝土配合比设计方法步骤混凝土配合比设计方法步骤 先确定先确定“初步配合比初步配合比”“基准配合比基准配合比”（实验室试拌）（实验室试拌）强度、和易性检验强度、和易性检验 “设计配合比设计配合比”施工配合比施工配合比1、初步计算配合比的确定、初步计算配合比的确定（1）配制强度（）配制
4、强度（fcu.o）的确定）的确定 配制强度与设计强度的关系，要求配制强度与设计强度的关系，要求 配制强度设计强度配制强度设计强度 fcu.o fcu.k1.6454第4页，本讲稿共37页 fcu.o fcu.k 1.645 fcu.o 配制强度配制强度 fcu.k设计强度设计强度 砼强度的标准差砼强度的标准差 A、标准差、标准差 C20、C25砼砼值最小取值最小取2.5 MPMP C30砼砼值最小取值最小取3.0 MPMP B、无统计资料、无统计资料 C、下列情况提高配制强度、下列情况提高配制强度 a、现场条件与试验室条件有差异。、现场条件与试验室条件有差异。b、C30及以上等级砼，采用非统计
5、方法评定时。及以上等级砼，采用非统计方法评定时。5第5页，本讲稿共37页(2)初步确定水灰比 满足强度要求的水灰比还要满足耐久性要求。满足强度要求的水灰比还要满足耐久性要求。(3)(3)选取选取1M1M3 3砼的用水量砼的用水量（mwo）A、干硬性和塑性砼用水量确定干硬性和塑性砼用水量确定 a、为为0.400.80，根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的稠度根据粗骨料的品种、粒径及施工要求的稠度查表查表4-23、4-24决定决定。b、260kg，满足耐久性的最小水泥用量要求。满足耐久性的最小水泥用量要求。12第12页，本讲稿共37页（5）确定合理的砂率 砂率砂率 按卵石，按卵石，DM=40mm、中
6、砂中砂（Mx=2.70），水灰比，水灰比0.54，查表查表4-25，s=32%。（6）计算粗细骨料的用量计算粗细骨料的用量（mgo、mso）采用体积法采用体积法 因为不掺引气剂时，含气率取因为不掺引气剂时，含气率取1 1。水泥密度。水泥密度3.10g/cm3 卵石，视卵石，视密度为密度为2.70g/cm3，河砂，视密度，河砂，视密度2.65g/cm3。由两式可解得砂和石的用量由两式可解得砂和石的用量：13第13页，本讲稿共37页初步配合比为：配合比经试验均满足和易性和强度要求，表观密度不须调配合比经试验均满足和易性和强度要求，表观密度不须调整。整。2 2、配合比试配、调整、确定、配合比试配、调
7、整、确定3 3、施工配合比、施工配合比考虑骨料的含水率，对单位用水量进行调整。考虑骨料的含水率，对单位用水量进行调整。砂含水率为砂含水率为3（%），石含水率为，石含水率为1（%）施工配合比为：水泥 砂 石 水14第14页，本讲稿共37页l例例2某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为 20，施工要求混凝土坍落度为50-70，施工单位无历史统计资料，所用原材料情况如下：n 水泥：32.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.10/cm，n 砂：中砂，Mx=2.70,级配合格，n 石：卵石，Dmax=40mm,级配合格，l试设计20混凝土配合比。解:1.初步配合比计算：15第15页，本讲稿
8、共37页l(1)确定混凝土配制强度（fcu,0），l由表4-19，5MPa lfcu,0=fcu,k+1.645=20+1.6455=28.2MPal(2)计算水灰比（W/C）因水泥无实测强度，也可取c=1.0 fce=c fce,k=1.0 32.5=32.5MPa16第16页，本讲稿共37页（3）确定用水量（mw0）l 查表4-24，对于最大粒径为40的卵石混凝土，当所需坍落度为5070时,1m3混凝土的用水量可选用170kg。l(4)计算水泥用量（mc0）l按表4-16对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260，故可取 mc0 3623。17第17页，本讲稿共37页l（5）确定砂率（
9、s）l 查表4-25，对于采用最大粒径为40的卵石配制的混凝土，当水灰比为0.47时，其砂率值可选取26.8%32.1%，（采用插入法选定）现取s=30。l（）计算砂、石用量（s0、g0）假定表观密度法计算，将mc0=362；mw0=170代入方程组18第18页，本讲稿共37页19第19页，本讲稿共37页l计算配合比：C:362kg,W:170kg,S:561kg,G:1307Kg,W/C=0.47l15升用量：C:4.34kg,W:2.04kg,S:6.73kg,G:15.68kgl第二组：W/C=0.47+0.05=0.52:W:170kg mc0=170/0.52=327kg 砂率：31
10、%，mg0=2.23ms0 解得：S=589kg,G=1314kg,W=170kg,C=327kgl第三组：W/C=0.470.05=0.42:W:170kg mc0=170/0.42=405kg 砂率：28%，mg0=2.57ms0 解得：S=511kg,G=1314kg,W=170kg,C=405kgl每种配比制作两组强度试块，标准养护28d进行强度测定。20第20页，本讲稿共37页l三三.混凝土配制强度混凝土配制强度 在施工中配制混凝土时，如果所配在施工中配制混凝土时，如果所配制混凝土的强度平均值（制混凝土的强度平均值（）等于设）等于设计强度（计强度（f fcu.kcu.k），则由图），
11、则由图6 61919可知，可知，这时混凝土强度保证率只有这时混凝土强度保证率只有5050。因。因此，为了保证工程混凝土具有设计此，为了保证工程混凝土具有设计所要求的所要求的9595强度保证率，在进行强度保证率，在进行混凝土配合比设计时，必须使混凝混凝土配合比设计时，必须使混凝土的配制强度大于设计强度（土的配制强度大于设计强度（f fcu.kcu.k）。）。21第21页，本讲稿共37页l混凝土配制强度可按下式计算（混凝土配制强度可按下式计算（JGJ55-JGJ55-20002000）：）：l式中式中nf fcu,0cu,0混凝土配制强度（混凝土配制强度（MPaMPa）；）；nf fcu,kcu,
12、k设计的混凝土强度标准值（设计的混凝土强度标准值（MPaMPa）；）；n 混凝土强度标准差（混凝土强度标准差（MPaMPa）22第22页，本讲稿共37页l当施工单位不具有近期的同一品种混当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，凝土的强度资料时，值可按表取值。值可按表取值。23第23页，本讲稿共37页4.7 4.7 其他品种混凝土其他品种混凝土4.7.1 4.7.1 抗渗混凝土抗渗混凝土 抗渗混凝土系指有较高抗渗能力抗渗混凝土系指有较高抗渗能力的混凝土，通常其抗渗等级等于或大的混凝土，通常其抗渗等级等于或大于级，又称抗渗混凝土。于级，又称抗渗混凝土。抗渗混凝土的配制原理是：抗渗混凝土的
13、配制原理是：采取多种措施，使普通混凝土中采取多种措施，使普通混凝土中原先存在的渗水毛细管通路尽量减少原先存在的渗水毛细管通路尽量减少或被堵塞，从而大大降低混凝土的渗或被堵塞，从而大大降低混凝土的渗水。水。24第24页，本讲稿共37页l根据采取的防渗措施不同，防水混凝土根据采取的防渗措施不同，防水混凝土可分为：可分为：n普通防水混凝土；普通防水混凝土；n外加剂防水混凝土；外加剂防水混凝土；n膨胀水泥防水混凝土。膨胀水泥防水混凝土。l 膨胀水泥防水混凝土是采用膨胀水泥配制而成，膨胀水泥防水混凝土是采用膨胀水泥配制而成，由于这种水泥在水化过程中能形成大量的钙矾由于这种水泥在水化过程中能形成大量的钙矾
14、石，会产生一定的体积膨胀，在有约束的条件石，会产生一定的体积膨胀，在有约束的条件下，能改善混凝土的孔结构，使毛细孔径减小，下，能改善混凝土的孔结构，使毛细孔径减小，总孔隙率降低，从而使混凝土密实度提高，抗总孔隙率降低，从而使混凝土密实度提高，抗渗性提高。渗性提高。25第25页，本讲稿共37页l4.7.2 4.7.2 耐热混凝土耐热混凝土耐热混凝土是指能长期在高温（耐热混凝土是指能长期在高温（200200900900）作用下保持所要求的物理）作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土。和力学性能的一种特种混凝土。耐耐热混凝土是由适当的胶凝材料、耐热热混凝土是由适当的胶凝材料、耐热粗、细骨料
15、及水（或不加水），按一粗、细骨料及水（或不加水），按一定比例配制而成。根据所用胶凝材料定比例配制而成。根据所用胶凝材料不同，通常可分为：硅酸盐水泥耐热不同，通常可分为：硅酸盐水泥耐热混凝土；铝酸盐水泥耐热混凝土；水混凝土；铝酸盐水泥耐热混凝土；水玻璃耐热混凝土和磷酸盐耐热混凝土。玻璃耐热混凝土和磷酸盐耐热混凝土。26第26页，本讲稿共37页l4.7.3 4.7.3 耐酸混凝土耐酸混凝土能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。耐耐酸混凝土由水玻璃作胶结料，氟硅酸酸混凝土由水玻璃作胶结料，氟硅酸钠作促硬剂，与耐酸粉
16、料及耐酸粗、钠作促硬剂，与耐酸粉料及耐酸粗、细骨料按一定比例配制而成，耐酸粉细骨料按一定比例配制而成，耐酸粉料由辉绿岩、耐酸陶瓷碎料、含石英料由辉绿岩、耐酸陶瓷碎料、含石英高的材料磨细而成。耐酸粗细骨料常高的材料磨细而成。耐酸粗细骨料常用石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、用石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、铸石等。铸石等。27第27页，本讲稿共37页l4.7.4 4.7.4 纤维混凝土纤维混凝土l以普通混凝土为基材，外掺各种纤维材以普通混凝土为基材，外掺各种纤维材料而组成的复合材料，称为纤维混凝土。料而组成的复合材料，称为纤维混凝土。l纤维材料的品种很多，通常使用的有钢纤维材料的品种很多，通常使用
17、的有钢纤维、玻璃纤维、石棉纤维、合成纤维、纤维、玻璃纤维、石棉纤维、合成纤维、碳纤维等。碳纤维等。28第28页，本讲稿共37页l其中钢、玻璃、石棉、碳等纤维为高弹性模量纤其中钢、玻璃、石棉、碳等纤维为高弹性模量纤维，掺入混凝土中后，可使混凝土获得较高的韧维，掺入混凝土中后，可使混凝土获得较高的韧性，并提高抗拉强度、刚度和承担动荷载的能力。性，并提高抗拉强度、刚度和承担动荷载的能力。l而尼龙、聚乙烯、聚丙烯等低弹性模量的纤维，掺而尼龙、聚乙烯、聚丙烯等低弹性模量的纤维，掺入混凝土只能增加韧性，不能提高强度。入混凝土只能增加韧性，不能提高强度。l纤维的直径很细，通常为几十至几百微米。纤维纤维的直径
18、很细，通常为几十至几百微米。纤维的长径比一般为的长径比一般为 7070120120。纤维的掺量按占混。纤维的掺量按占混凝土体积的百分比计，其掺加体积率一般为凝土体积的百分比计，其掺加体积率一般为0.30.3。常用钢纤维的直径为。常用钢纤维的直径为0.350.350.70.7，长径比在，长径比在50508080之间，适宜掺加体积率为之间，适宜掺加体积率为。29第29页，本讲稿共37页l4.7.5 4.7.5 防辐射混凝土防辐射混凝土 能遮蔽、能遮蔽、射线及中子辐射等射线及中子辐射等对人体危害的混凝土，称为防辐射混对人体危害的混凝土，称为防辐射混凝土，它由水泥、水及重骨料配制而凝土，它由水泥、水及
19、重骨料配制而成，其表观密度一般在成，其表观密度一般在3000kg3000kg3 3以以上。混凝土表观密度愈大，防护、上。混凝土表观密度愈大，防护、射线的性能越好，且防护结构的厚射线的性能越好，且防护结构的厚度可减小。但对中子流的防护，混凝度可减小。但对中子流的防护，混凝土中还需要含有足够多的氢元素。土中还需要含有足够多的氢元素。30第30页，本讲稿共37页l 配制防辐射混凝土时，宜采用胶结力强、水配制防辐射混凝土时，宜采用胶结力强、水化热较低、水化结合水量高的水泥，如硅酸盐水化热较低、水化结合水量高的水泥，如硅酸盐水泥，最好使用硅酸钡、硅酸锶等重水泥。常用重泥，最好使用硅酸钡、硅酸锶等重水泥。
20、常用重骨料主要有重晶石（骨料主要有重晶石（BaSOBaSO4 4）、褐铁矿（）、褐铁矿（2 Fe2 Fe2 23 33H3H2 2O O）、磁铁矿（）、磁铁矿（FeFe3 3O O4 4）、赤铁矿（）、赤铁矿（FeFe2 2O O3 3）等。）等。另外，掺入硼化物及锂盐等，也可有效改善混凝另外，掺入硼化物及锂盐等，也可有效改善混凝土的防护性能。土的防护性能。防辐射混凝土用于原子能工业以及国民经济各防辐射混凝土用于原子能工业以及国民经济各部门应用放射性同位素的装置中，如反应堆、加部门应用放射性同位素的装置中，如反应堆、加速器、放射化学装置等的防护结构。速器、放射化学装置等的防护结构。31第31页
21、，本讲稿共37页4.7.6 4.7.6 轻集料混凝土轻集料混凝土 以轻粗集料、轻细集料（或普通以轻粗集料、轻细集料（或普通细集料）、水泥和水配制而成的，干细集料）、水泥和水配制而成的，干表观密度不大于表观密度不大于1950 1950/3 3的水泥混的水泥混凝土为轻集料混凝土。凝土为轻集料混凝土。轻集料混凝土根据其抗压强度轻集料混凝土根据其抗压强度可分为：可分为：CL5.0CL5.0、CL7.5CL7.5、CL10CL10、CL15CL15、CL20CL20、CL25CL25、CL30CL30、CL35CL35、CL40CL40、CL45CL45和和CL50CL50共共1111个强度等级。个强度
22、等级。不同强度等级的轻集料混凝土应满足不同强度等级的轻集料混凝土应满足相应抗压强度要求。相应抗压强度要求。32第32页，本讲稿共37页l影响轻集料混凝土强度的主要因素有集料性质、水影响轻集料混凝土强度的主要因素有集料性质、水泥浆强度及施工质量等。轻集料颗粒本身的强度泥浆强度及施工质量等。轻集料颗粒本身的强度（或筒压强度）、集料的颗料级配、水泥浆的用量（或筒压强度）、集料的颗料级配、水泥浆的用量等是决定轻集料混凝土强度的主要因素。等是决定轻集料混凝土强度的主要因素。轻集料混凝土配合比设计应满足强度等级和密轻集料混凝土配合比设计应满足强度等级和密度等级的要求，满足施工和易性的要求，还应满足度等级的
23、要求，满足施工和易性的要求，还应满足耐久性和经济性方面的要求，同时应考虑集料吸水耐久性和经济性方面的要求，同时应考虑集料吸水率的影响。率的影响。33第33页，本讲稿共37页习题（四）习题（四）34第34页，本讲稿共37页例例4-114-11现场质量检测取样一组边长为现场质量检测取样一组边长为100100的混凝土立方体试件，将它们在标准的混凝土立方体试件，将它们在标准养护条件下养护至养护条件下养护至2828天，测得混凝土试件天，测得混凝土试件的破坏荷载分别为的破坏荷载分别为 306306、286286、270KN270KN。试。试确定该组混凝土的标准立方体抗压强度、确定该组混凝土的标准立方体抗压
24、强度、立方体抗压强度标准值，并确定其强度等立方体抗压强度标准值，并确定其强度等级（假定抗压强度的标准差为级（假定抗压强度的标准差为3.03.0a a）。）。l解解l100mm100mm混凝土立方体试件的平均强度为：混凝土立方体试件的平均强度为：35第35页，本讲稿共37页 评注评注 边长为边长为100mm100mm混凝土立方体试件的强度换算混凝土立方体试件的强度换算系数为系数为0.950.95；混凝土立方体抗压强度标准值为具有；混凝土立方体抗压强度标准值为具有95%95%强度保证率的混凝土抗压强度值。强度保证率的混凝土抗压强度值。95%95%强度保强度保证率的概率度证率的概率度t t为为1.6451.645。36第36页，本讲稿共37页例例4-124-12配制混凝土时，制作配制混凝土时，制作10cm10cm10cm10cm10cm10cm立方体试件立方体试件 块，在块，在标准条件下养护标准条件下养护7d7d后，测得破坏荷载分别为后，测得破坏荷载分别为140kN140kN、135kN135kN、140kN,140kN,试估算该混凝土试估算该混凝土28d28d的标准立方体抗压强度。的标准立方体抗压强度。l解：解：7 7龄期时：龄期时：l 10CM10CM混凝土立方体的平均强度混凝土立方体的平均强度为：为：37第37页，本讲稿共37页