混凝土配合比的合理设计方法.docx

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1、混凝土配合比的合理设计方法目录1.前言1?混凝土配合比设计原则1?设计符合要求的胶结材浆体2?按堆积密实原则设计单方砂、石量3?对堆积密实型连续级配的进一步研究5?建议建筑工程混凝土粗骨料由名义上的连续级配改为多粒级复配9?结语101.前言混凝土以其能配制从C1O至C1OO以上的强度，能浇筑进任何形状尺寸的模型，并能用钢筋、纤维直至预应力筋进行增强的优势已广泛应用于房屋建筑、道桥、涵洞、海港、空港，直至海上采油平台，原子反应堆等所有土建工程。在混凝土技术发展与应用过程中，世界各国曾有无数工程技术人员对混凝土配制的技术进行研究索，取得相当丰富的经验，许多国家的相关标准中，也曾针对某些情况提出过若

2、干配制参考数据。混凝土配合比设计原则混凝土是以水泥为主，掺用若干种粉状矿物掺合料加水和外加剂配制成的胶结材浆体，将散落的砂、石拌和均匀，浇筑在梁、柱、板等各种模型中，牢固地粘结成一个整体的工程材料。混凝土在配制生产过程中，除要求水泥基胶结材浆体本身均匀外，还要求通过搅拌将每个砂、石颗粒用浆体包裹分割开来,再通过振捣等施工工艺，使砂、石获得最紧密的堆积，被胶结材牢固地粘结在一起。泵送大流动性混凝土和自密实混凝土还要求胶结材浆体有足够的粘性和流动性，施工时能将砂石均匀悬浮在胶结材浆体中。混凝土在生产搅拌过程中会由砂、石带进一部分空气，由于耐久性的要求，还会通过掺入引气剂引进一部分气体。因而混凝土是

3、一种含多种原材料，含固、液、气三相的多元多相水泥基复合材料。为此，设计配制优质混凝土必须遵守以下原则：（1）混凝土由胶结材浆体（胶结材+水+减水剂）体积、空气体积、砂体积、石体积四部分组成，应按这四部分体积比进行混凝土配合比设计；和混凝土强度、耐久性的关键组分，因此应首先按施工工艺及强度、耐久性要求，尽可能科学合理地选定水泥品种、水灰比（水胶比），单方水量与高效减水剂品种、用量，以及掺合料品种、用量，配制出适用的胶结材浆体；（3）所有砂、石和粉状固体颗粒应有最密实的堆积；（4）新拌混凝土必须具备施工工艺要求的施工性能；（5）混凝土浇筑后经振捣、养护等工艺应能满足结构设计要求的各种性能，如抗压强

4、度、弹性模量、抗渗、抗冻融等性能。本文主要就混凝土配合比的合理设计方法加以论述。?.设计符合要求的胶结材浆体普通混凝土从施工工作性可区分为干硬性混凝土（坍落度小于IOmm）、低塑性混凝土（坍落度1040mm）、塑性混凝土（坍落度（5090mm）、流动性混凝土、（坍落度100150mm）和大流动性混凝土（坍落度大于160mm）五种类型。干硬性混凝土浆体只要将胶结材与水混合均匀即可，低塑性和塑性混凝土浆体则应适当添加塑化剂或普通减水剂，流动性混凝土和大流动性混凝土浆体则需要添加高效减水剂并在胶结材中掺含大量玻璃微珠的粉煤灰组分，以利于施工和易性。各种类型混凝土依据施工工艺及强度、耐久性等要求，可适

5、当添加矿物掺合料。鉴于混凝土为工程结构材料，混凝土配合比除考虑施工工作性外，更重要的是要根据结构强度、耐久性要求进行设计。为此首先应按强度等级选定适宜的水泥品种与水灰比；同时按施工工艺要求设计单方水量以及与之相适应的减水剂品种、用量；再按施工工艺和硬化混凝土耐久性要求选择掺合料品种、取代水泥量等，以配制出符合要求的水泥基胶结材浆体。在高效减水剂广泛应用的今天，混凝土单方拌和水量，在水胶比大于0.5时，不宜多于190kg；在水胶比小于04时，则宜以配出的胶结材浆体量不大于0.36m3（自密实混凝土不大于04?）以及施工工艺要求设计单方拌和水量；同时选用与之相适应的高效减水剂品种、用量。在设计混凝

6、土配合比时应采取大量掺用工业废渣，减少水泥用量的原则，矿物掺合料取代水泥量不宜低于50%o配制出的胶结材浆体要有一定的流动性和粘性。浆体流动性大小主要与高效减水剂的性能、掺量以及单方水量大小相关，浆体的粘性则与胶结材粉体数量、水胶比和外加剂性能相关。宜按施工工艺要求对浆体的流动性和粘性适当调整。?.按堆积密实原则设计单方砂、石量在设计出符合混凝土强度、耐久性和施工工作性要求浆体的基础上，在每?混凝土中除去浆体体积和空气体积外，剩余部分便是砂、石体积。如前所述,在设计混凝土配合比时所有砂、石及粉状固相颗粒应有最密实的堆积。怎样才能获得最密实的堆积呢，方法有二。一是种著名的富勒氏连续级配理论，其方

7、程式如式(I)：(1)p=Vd7式中P-通过某筛孔的百分数();d筛孔的孔径(mm);D粗骨料最大粒径(mm)c另一种获得密实堆积的方法为间断级配，以间隔三个以上筛号的小颗粒填充大颗粒空隙。鉴于目前国内建筑工程施工混凝土的石子最大粒径多为25mm和20mmo笔者经反复多次试验，最大粒径为25mm和20mm的石子，如按表内两级配复配，空隙率均可降至38%以下，如按三级配、四级配复配，则空隙率可降至36%以下。鉴于砂、石来源与材质不同，在配制混凝土时，不宜用与石子统一的连续级配要求砂子，一般均用砂率表述砂、石配合关系。石子最大粒径为25mm的普通混凝土的连续级配砂率约为40%,石子最大粒径为20m

8、m的普通混凝土的连续级配砂率约为45%o但由于最大粒径为25mm的石子用(1)式计算的密实堆积状态的砂子偏粗，比粒度为4,若换用比粒度为5的偏粗中砂，则砂量变为39.94/5=31.9%,加上石子的60.1%,砂石合计为319+60.1=92%,则砂率变为31992.0=34.7%,较原计算砂率降低5.2%(5%左右)。同样，同(2)式计算的堆积密实状态的砂子比粒度为4.63,已属于偏粗的中砂，如改用比粒度为5的中砂，砂率约降低2%。对于砂率，日本建设省提出的“新RC计划”认为，最大堆积密实度理论对于骨料比表面积与多余的起润滑作用的浆体数量的影响考虑得不够，提出有利于新拌混凝土流动性的砂率降低

9、值。笔者经试验证明，在胶结材量较多时适当减少砂率，确有利于混凝土的流动性。表1为笔者探索自密实混凝土配合比过程中的部分试验数据。表1适当降低砂率的效果石子最大粒希m水泥Ag粉煤灰Zg磨细矿渣Zkg胶结材Zkg粉体体枳/1水t1浆体/1252901401305602031753782529014013056020317537825290140130560203175378202901201305401941753692029012013054019417036420290120130540194166360202201201004016118334420220120100401611753362

10、022012010040161173334石子最大粒希0m砂率/%石子用量/1扩展度nunT50/sV漏斗/s抗乐强度CMPa氐R7Ra2549310710980165230.946.762.525463287708W158235.549.266.22543346750830173035.351.469.92048320735993199122.846.466.32046.53327351560231025.250.070.020453447401615248227.551.172.920483335301399108911.425.748.52046.5347620770125011.7此建

11、弟2045358630105817,8712.826.655.7表1的数据说明，对于胶结材多的混凝土，按堆积密实曲目与适当减少砂率,不仅有利于流动性，而且有利于浆体与骨料的总体密实性，在表3中体现为强度也有一定程度的提高。另外从堆积密实原则看水泥及掺合料粉体与砂石的堆积关系，由于水泥、S95磨细矿渣粉的粒径多在180m之间，一级粉煤灰稍细一些，二级粉煤灰稍粗一些。如按d2=d12的筛孔缩减规律看，胶结材粉体或浆体与砂、石混拌均匀，也符合间断级配堆积密实规律。综上所述，设计混凝土配合比必须按强度、耐久性与施工工作性要求，设计出合乎要求的胶结材浆体。有了胶结材浆体体积，则在每m3混凝土拌合物中，除

12、去浆体体积和空气体积就是砂、石体积。然后根据石子最大粒径按堆积密实及有利于流变性原则选择合适的砂率，即应得出符合要求的混凝土配合比。?.对堆积密实型连续级配的进一步研究按前述规律通过反复多次试验与探索，发现堆积密实型连续级配曲线，仅（1）式不能涵盖各种类型混凝土的实际情况。经反复试验认为，宜按干硬性混凝（坍落度小于IOmm）、低塑性混凝（坍落度1040mm）塑性混凝土（坍落度5090mm）、流动性混凝土（坍落度100150mm）和大流动性混凝土（坍落度大于160mm）五种类型分别建立适用的连续级配计算式。前述（1）式适用于塑性混凝土的骨料连续级配。流动性混凝土的骨料连续级配则宜采用（2）式。大

13、流动性混凝土的骨料连续级配则宜采用（3）式。P=VF低塑性混凝土的骨料连续级配宜采用（4）式。干硬性混凝土的骨料连续级配宜采用（5）式。p=V=V（疫通过用（2）、（3）、（4）、（5）式计算，石子最大粒径为25mm时，流动性混凝土的连续级配砂率约为45%,低塑性混凝土的连续级配砂率约为31%,干硬性混凝土的连续级配砂率约为20%；石子最大粒径为20mm时，流动性混凝土的连续级配砂率约为50%,低塑性混凝土的连续级配砂率约为37%,干硬性混凝土的连续级配砂率约为24%o鉴于中、低塑性混凝土石子最大粒径有时用至315mm,用同样方法计算得出，石子最大粒径为315mm时，塑性混凝土的连续级配砂率约

14、为34%,低塑性混凝土的连续级配砂率约为27%,干硬性混凝土的连续级配砂率约为15%o此前，曾用（1）式，用最大粒径为25mm的石子，采取经验上常用的胶结材量和用水量配制胶结材浆体，并参照日本新RC计划降低砂率规律探求胶结材浆体与砂、石单方用量关系时，计算如表2o表2浆提亮与砂子、石子关系K体/1胶结材Kg粉体/1水/1空气/1砂石/1用（D式计算砂率/%石子/1260250901701572541427280300110170157054042330034012018015685384253203901401801566536426340450160180156453442636052018518015625324253805902101701560530424400650235165155852842142070026016015565264二比从表2的数据发现，当砂率随胶结材用