水泥混凝土配合比設計sc.doc

水泥混凝土配合比設計簡述一、 概述1、混凝土配合比設計依據（1）主要規(guī)范、規(guī)程和標準普通混凝土配合比設計規(guī)程JGJ552000；鐵路混凝土與砌體工程質量驗收標準TB104242003；鐵路混凝土強度檢驗評定標準TB104251994；鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范TB102102001；鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定鐵建設2005157號；鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準鐵建設2005160號；公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程JTG E30-2005；公路橋涵施工技術規(guī)程JTJ 041-2000；公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范JTG F30-2003；公路工程質量檢驗評定標準JTG F80/1-2004。（2）設計文件（3）施工合同2、混凝土配合比設計應滿足的四個基本條件（1）設計、驗收、評定要求的抗壓強度；（2）滿足耐久性要求；（3）滿足施工工藝要求；（4）經濟上合理。3、不同條件應分別設計配合比（1）不同廠家生產的不同品種、不同強度等級的水泥；（2）不同砂石料；（3）不同施工工藝：泵送、輸送車運輸、就地灌注等；（4）不同強度等級、不同工程；（5）不同廠家、不同品種外加劑。4、設計配合比前應完成的工作（1）編制混凝土配合比設計試配計劃；（2）原材料的選擇與鑒定；（3）了解、熟悉工程設計要求；（4）了解施工工藝；（5）學習、熟悉有關規(guī)范、規(guī)程、標準和設計要求；（6）調試、檢修、檢定、自校儀器設備。 5、鐵路客運專線有關規(guī)定和常識（1）客運專線高性能混凝土用水泥的技術要求除應滿足國家標準的相關規(guī)定外，硅酸鹽水泥的比表面積不應大于 350m2/kg；普通硅酸鹽水泥的80m方孔篩篩余不應大于10.0% 堿含量不應大于 0.80% 。（2）鐵路混凝土結構的耐久性應根據結構的設計使用年限 、所處的環(huán)境類別及其作用等級進行設計。鐵路混凝土結構的設計使用年限分約100年以上、約60年以上和約30年以上三級。（3）客運專線高性能混凝土用外加劑應具有減水率高，工作性能好，適量引氣，耐久性、穩(wěn)定性好，與水泥之間有良好相溶性。滿足 GB8076混凝土外加劑技術要求的高效減水劑可以應用于高性能混凝土。因其能提高強度、減少用水量，減少滲水孔道，提高耐久性。（4）高性能混凝土中摻加適量粉煤灰、磨細礦渣粉這兩種摻合料后，能改善施工和易性，減少溫度敏感性，后期強度不差，經濟環(huán)保，節(jié)約，可提高耐磨耐蝕性。但早期強度不高，養(yǎng)護困難。（5）高性能混凝土的耐久性一般包括抗裂性、護筋性、耐蝕性、抗凍性、耐磨性、抗堿一骨料反應好。評價客運專線高性能混凝土耐久性的最常用指標是56d電通量。因這一指標能檢測混凝土的密實性，同時對其它性能有間接測量作用。6、混凝土配合比設計常用方法擬采用絕對體積法或假定重量法。為簡化計算常采用假定重量法。一般混凝土按2400kg/m假定，摻粉煤混凝土摻量超過25%的按2320 kg/m假定；水泥用量大于400 kg/m的按2500 kg/m假定；水泥用量少于300 kg/m的按2350 kg/m假定。也可參考已有資料。設計抗腐蝕耐久性砼配合比的基本措施是摻用20%30%粉煤灰，同時采用高性能外加劑。二、 主要參數的確定1、配制強度配制強度除應滿足JGJ55要求外，還要滿足耐久性、抗蝕性和特殊工程（如水下）、特殊氣候條件下的要求。計算時先按JGJ55中公式計算，再查其它要求確定。2、水灰比 按計算的配制強度用JGJ55提供的公式或自行回歸得出的公式計算水灰比，和配制強度一樣，不僅只能滿足強度要求，還要滿足耐久性、特殊工程、特殊氣候條件的要求。計算時先按公式計算再查其它要求確定。3、外加劑摻量一般情況外加劑成品不能直接應用于混凝土中，試驗室應進行適應性試驗，一定要認定合格才能使用。好的外加劑，摻量低，減水效果好，含堿量低，拌制的混凝土和易性好，在一定時間內塌落度損失小，早期強度高（天）。如果拌的混凝土泌水、流漿、粘稠度差、塌落度損失快，不要使用?？疾旆椒ǎ夯炷涟韬秃煤?，堆成一個錐體，錐體周圍不能見到泌漿，更不能見到泌水，石子應淹沒在砂漿中，無露石。做坍落度試驗提筒后，坍錐曲線應圓順，似倒扣鐵鍋，不能成“草帽”狀。試驗選定時，常為小樣，成批到貨后，一定要驗證其與小樣品質量是否一致。因此，試驗室一定要與廠方共同封樣，以備樣貨不符時再檢驗使用。一般情況摻量為膠凝材料的0.8%左右。4、砂率應根據砂石料種類和技術性能、施工工藝、工程特點綜合確定。此指標往往影響混凝土水泥用量、外觀及施工進度。普通混凝土，無特殊要求時（非泵送、非水下）可按下面公式計算，也可查表參考確定。砂率= 石緊密空隙率砂緊密密度撥開系數 石緊密密度+石緊密空隙率砂緊密密度撥開系數取值：1.051.15，細砂取小值，粗砂取大值。正常情況下：（1）用中砂拌制，普通混凝土砂率宜在0.310.34之間，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，宜為0.370.42；（3）隧道墻拱用混凝土：曲墻高2m范圍內砂率不宜大于0.37，宜為0.350.36；高2m至起拱線砂率宜為0.42左右；拱部砂率為0.420.44；（4）抗?jié)B混凝土宜為0.360.42。5、坍落度（1）普通混凝土：冬季4.06.0cm，夏季5.07.0cm；（2）水下混凝土：19.021.0cm；（3）泵送混凝土：8.020.0cm；橋墩臺：14.016.0cm；隧道墻拱：曲墻高2m以內坍落度宜為8.010.0cm，最大不得超過12cm，否則將在混凝土表面產生大量氣泡孔和麻面。拱部混凝土特別是拱頂部位，坍落度不宜小于19.0cm，拱頂部宜為20.022.0cm。6、坍落度損失本指標尤其應引起高度重視，在配合設計中是必測的指標之一。不合適的坍落度損失可能引起泵送堵管，水下混凝土翻漿困難，甚至不能翻漿而產生斷樁。（1）泵送混凝土與水下混凝土橋墩臺、隧道邊墻（高2m以上），45分鐘內不宜小于14.0cm；水下混凝土和隧道拱頂混凝土60分鐘內不宜小于16.0cm。輸送車運輸的混凝土也參照此條。（2）普通混凝土設計坍落度5.07.0cm的普通混凝土，30分鐘內不得小于3cm。7、粗骨料最大粒徑與級配（1）應優(yōu)先采用二級配或三級配碎石；為最大粒徑31.5mm時，宜為510mm和1031.5mm兩級配合使用，最大粒徑為60mm時，宜為510mm、1031.5mm、31.560mm三級配合使用，其配合比例應該專門試驗；（2）水下混凝土與泵送混凝土最大粒徑宜為31.5mm；（3）橋墩臺混凝土用粗骨料最大粒徑不宜大于40 mm；（4）普通混凝土用粗骨料最大粒徑不宜大于60mm；（5）預應力橋梁用粗骨料最大粒徑宜為20mm。三、 基本步驟1、計算初步配合比；2、試拌混凝土；3、測定拌合物性能；4、計算每1m混凝土各種材料用量；5、進行抗壓強度試驗；6、回歸分析用抗壓強度（y值）和灰水比（x值）進行一元回歸分析。7、重新計算水灰比用配制強度代入回歸方程，計算出相應的水灰比。8、計算理論配合比，并經試驗驗證以用回歸方程計算出的水灰比、參照原相應的設計結果，綜合確定新的配合比，并制作3組試件，驗證3、7、28天的抗壓強度，同時應驗證坍落損失和拌合物密度。9、確定施工理論配合比根據驗證結果，確定施工理論配合比。四、配合比設計實例1、設計參數（1）工程條件 灌注樁用水下混凝土，坍落度1822cm； 混凝土設計強度等級：C20、C25、C30； 樁直徑1.2m、1.5m，樁長818m。（2）施工條件 集中拌合，混凝土輸送車運輸，平均運距1.5km； 導管直徑250mm； 用混凝土泵車泵入漏斗； 氣溫1227。（3）材料條件 水泥:為42.5級普通硅酸鹽水泥； 砂:陸水河砂場產,表觀密度2640/m3，緊密密度1600/m3，細度模數2.8，中砂； 碎石:表觀密度2730/m3,緊密密度1680/m3 ,最大粒徑31.5,采用520和2031.5雙級配,摻配比例3:7； 粉煤灰:表觀密度2160/m3，PB001PB005為II級， PB006PB0011為I級，PBS001PBS005為II級； 外加劑:聚羧酸鹽高效減水劑,LEX-9H型 。2、計算初步配合比（1）配制強度按普通混凝土計fcu.o=fcu.k+1.645式中fcu.o按普通混凝土計算的配制強度，MPa； fcu.k混凝土設計強度等級，MPa；本例取20 MPa； 混凝土強度標準差，MPa，本例取4.5（查TB102102001）。 設計強度等級C20則 fcu.o=20+1.6454.5= 27.4 MPa按鐵路混凝土與砌體工程質量驗收標準TB10424-2003中936條規(guī)定：“配制強度應較普通混凝土配制強度提高10%-20%”，配制強度應為： fcu.o27.41.1531.5 MPa（2）計算水灰比此處計算水膠比（水泥與膠凝材料質量比值稱水膠比），因無更多試驗資料，暫參考TGJ552000提供的公式計算：W/C（fce.g）/（fcu.o+bfce.g）式中 ，b 回歸系數，查下表：，b回 歸 系 數 表石子種類碎 石 卵 石0.460.48b0.070.33fce.g 水泥實有活性， MPa，取實測值，無實測值取水泥強度等級；fcu.o 混凝土設計強度等級，MPa。將C20配制強度31.5MPa代入上式 得W/C（0.4642.5）/（31.5+0.460.0742.5）=0.59采用W/C=0.58 (本例W/C為水膠比)將C25配制強度=(25+1.6454.5) 1.15=37.3MPa代入上式得W/C0.51采用W/C=0.49 (本例W/C為水膠比)將C30配制強度=(30+1.6454.5) 1.15=43.0MPa代入上式得W/C0.44為節(jié)約工作量,三個設計強度等級C20、C25、C30的配合比同時設計，結果一起回歸。水灰比間隔一般只按0.020.03考慮，本例按0.05間隔進行試驗。為使回歸范圍能滿足C20和C30要求,大水灰比較0.58大0.05，小水灰比較0.44小0.05，則全部試驗的水灰比經綜合考慮采用0.35、0.39、0.44、0.49、0.54、0.58、0.63。后因故只試驗了0.35、0.39、0.44、0.49、0.58。（3）選擇每1m混凝土用水量（C20）根據以往的經驗，結合查表綜合決定選用153kg。（4）計算1m混凝土膠凝材料用量膠凝材料=用水量/水膠比=153/0.58=264kg/m（5）計算粉煤灰用量（摻膠凝材料總量的20%）粉煤灰用量=膠凝材料總量摻量=26420%=53 kg/m（6）計算水泥用量水泥用量=膠凝材料總量-粉煤灰用量=264-53=211 kg/m（7）計算外加劑用量（摻膠凝材料質量的0.8%）外加劑用量=膠凝材料總量摻量=2640.8%=2.11 kg/m（8）選定含砂率結合標準和以往經驗，綜合考慮，選定為0.40。（9）計算砂石用量用假定重量法計算，每1m混凝土密度按2300kg/ m考慮:砂石總用量2300-153-264-21881（kg/ m）砂 用 量18810.40752（kg/ m）碎 石 用 量1881-7521129（kg/ m）（10）計算初步配合比水泥 粉煤灰 砂 碎石 外加劑 水211 53 752 1129 2.11 1531 0.251 3.56 5.35 0.01 0.7253、試拌（1）計算材料用量計算拌制2組153 cm試件用料（7天、28天各一組），按23L計: 水 泥：100021123X ,X=4.853(kg),取4.90(kg); 粉煤灰: 4.900.251=1.23(kg) 砂： 4.903.5617.44(kg) 碎 石：4.905.3526.22(kg) 外加劑：4.900.0149.0(g) 水：4.900.7253.55(kg)。（2）試拌混凝土試拌的混凝土效果觀察時，將混凝土堆成一個圓錐體，此時好的混凝土應：周邊無流漿流水；粗骨料應淹沒在砂漿中，無粗細骨料離析；短時間內混凝土不粘鐵板（常說的不粘鍋）、砂漿不沉底；做坍落度試驗，坍落度筒提起后，混凝土應整體“下坐”，而是散落或劈裂。本例為合格。4、測定拌合物性能測得拌合物坍落度14.0cm，密度為2298kg/m，與假定密度2300kg/m比較：230022981.001誤差小于2%不需要修正每1m混凝土材料用量。5、確定初步配合比計算配合比即為設計配合比：水泥 粉煤灰 砂 碎石 外加劑 水1 0.251 3.56 5.35 0.01 0.7256、其余水灰比的配合比分別試驗其余0.350.49的4個配合比均按前述方法計算材料用量和制作試件并作出抗壓強度7、改變砂率，完成全部配合比試驗改變砂率，仍按前確定的水灰比0.350.58，將砂率變成0.38，設計出5個配合比，將砂率改變成0.36，再按上述方法設計出5個配合比，此時，共得到三種砂率的15個配合比。舉例：配合比選擇結果見表1和表2。8、回歸分析將上述(16個)配合比，以灰水比（C/W）為X，56 d抗壓強度為Y進行一次回歸（最小二乘法），分別得出一個一元回歸方程：Ya+bX。舉例：用表1和表2值進行一元回歸，回歸計算見表3、表4和表5, 從表1和表2值回歸計算得表6回歸方程。Ya+bX b= Lxy/ Lxx a = Y平-bx平相關系數= Lxy/Lxx * Lyy 9、最后配合比的驗證與確定（1）計算確定理論配合比分別將強度設計等級C20、C25和C30的配制強度代入回歸方程，計算出水灰比，參照原選定結果確定基本參數，再計算理論配合比。將設計強度等級C20、C25、 C30分別按方程計算理論配合比舉例：設計強度等級C25。計算水膠比按表6中方程（3）計算理論配合比配制強度Y=(25+1.6454.5) 1.15=37.3(MPa)將37.3代入方程（3）得y =19.23X-3.63Y=37.3=19.23X-3.63X=C/W=2.0972, 則W/C=0.48,根據耐久性要求采用0.46選定用水量參照表2值，用水量宜為176(kg/m),則: 19表1 橋 涵 泵 送 混 凝 土 配 合 比 設 計 試 配 結 果 匯 總 表 配合比編 號配 合 比材 料 用 量 ( kg/m3）砂率（%）坍落度（mm）抗壓強度（MPa）56d電通量(c)水泥砂碎石粉煤灰外加劑水膠比水灰比水泥砂碎石水粉煤灰外加劑合計經過時間（min）齡 期（d）0306032856PB0112.84 4.45 0.25 0.010 0.49 0.62 2456961091151612.448 2246 0.39 1451109513.430.236.0 689PB0213.56 5.34 0.25 0.010 0.58 0.73 2117521127 153532.110 2298 0.40 140755011.225.330.1735PB0312.43 3.98 0.25 0.010 0.44 0.55 2846911129156712.840 2334 0.38 1401059023.338.942.3644PB0412.07 3.53 0.25 0.010 0.39 0.49 3216661132156803.208 2358 0.37 145856028.443.447.9579PB0511.70 3.02 0.25 0.010 0.35 0.44 3656211103161913.648 2345 0.36 1401108530.646.851.6511PB0613.45 5.16 0.33 0.011 0.54 0.72 2207591135158732.344 2347 0.40026.430.6756PB0712.07 3.39 0.33 0.011 0.38 0.50 32667511051631083.472 2380 0.38 19017513524.544.147.5533PB0811.82 2.78 0.33 0.011 0.32 0.43 37969110541631254.032 2416 0.40 20018014528.151.956.4478PB0913.45 5.16 0.33 0.011 0.54 0.71 2227651145158732.360 2365 0.40726.832.9735PB1013.11 4.66 0.33 0.011 0.49 0.66 2447581138160802.592 2383 0.40430.136.0692PB1112.74 4.30 0.34 0.011 0.44 0.59 2657271140157902.840 2382 0.39 20018015515.133.939.5490表2 水 下 混 凝 土 配 合 比 設 計 試 配 結 果 匯 總 表 配合比編 號配 合 比材 料 用 量 kg/m3 ）砂率（%）坍落度（mm）抗壓強度（MPa）56D電通量(c)水泥砂碎石粉煤灰外加劑水膠比水灰比水泥砂碎石水粉煤灰外加劑合計經過時間（min）齡 期（d）0306032856PBS011 3.21 4.81 0.43 0.011 0.52 0.75 23575511311761012.688 2401 0.40 20017514512.325.532.8713PBS021 2.82 4.23 0.43 0.011 0.46 0.66 26374111131731133.008 2406 0.40 19516514014.230.837.7635PBS031 2.38 3.73 0.43 0.011 0.42 0.59 29670511051761263.376 2411 0.39 20518016018.734.744.9568PBS041 1.97 3.21 0.43 0.011 0.36 0.52 33866610851761453.864 2414 0.38 20518015523.338.847.2500PBS051 1.57 2.67 0.43 0.011 0.31 0.44 39562010541741704.520 2418 0.37 19516515529.844.659.24711、水泥:黃石華新水泥股份有限公司生產,為42.5級普通硅酸鹽水泥； 2、砂:陸水河砂場產,表觀密度2640/m3，緊密密度1600/m3，細度模數2.8，中砂； 3、碎石:官塘碎石場產,表觀密度2730/m3,緊密密度1680/m3 ,最大粒徑31.5,采用520和2031.5雙級配,摻配比例3:7； 4、粉煤灰:赤壁電廠產,表觀密度2160/m3，PB001PB005為II級，PB006PB0011為I級，PBS001PBS005為II級； 5、外加劑:為上海城誠建材有限公司產,聚羧酸鹽高效減水劑,LEX-9H型 。表3 表1 值 回 歸 計 算 表配合比編 號XC/wYR28Xi-X平Yi-Y平(Xi-X平)(Yi-Y平)(Xi-X平)(Yi-Y平)PB012.04136.0- 0.251-5.581.40060.063031.1364PB021.72430.1- 0.568-11.486.52060.3226131.7904PB032.27342.3- 0.0190.72-0.01370.00040.5184PB042.56447.90.2726.321.71900.074039.9424PB052.85751.60.56510.025.66130.3192100.4004X平=2292Y平=41.58Lxy =15.2879Lxx =0.7792Lyy =303.788表4 表2 值 回 歸 計 算 表配合比編 號XC/wYR28Xi-X平Yi-Y平(Xi-X平)(Yi-Y平)(Xi- X平)(Yi-Y平)PB061.85230.6-0.444-9.88 4.38460.196997.6144PB072.63247.50.3367.02 2.35830.112949.2804PB083.12556.40.82915.92 13.19770.6872253.4464PB091.852 32.9-0.444 -7.583.36550.197157.4564PB102.041 36.0-0.255-4.481.14240.065020.0704PB112.27339.5-0.023-0.980.02250.00050.9604X平= 2.296Y平=40.48Lxy =24.4711Lxx =1.2597Lyy =478.8284 表5 表2 值 回 歸 計 算 表配合比編 號XC/wYR28Xi-X平Yi-Y平(Xi-X平)(Yi-Y平)(Xi- X平)(Yi-Y平)PBS011.923 32.8-0.573-11.566.6240.328133.634PBS022.17437.7-0.322-6.662.1450.10444.356PBS032.38144.9-0.1150.54-0.0620.0130.292PBS042.77847.20.2822.840.8010.0808.066PBS053.22659.20.73014.8410.8330.533220.226X平=2.496Y平=44.36Lxy =20.341Lxx =1.058Lyy =406.574注：以上表3、表4和表5也可用計算機直接得出 從表1和表2值回歸計算得表6回歸方程。表6 回 歸 計 算 成 果 匯 總 表 序號方 程試 配編 號相 關 系 數備 注1y=19.62x-3.39PB01050.994粉煤灰 I級，摻量25%2y =19.43x-4.12PB06110.987粉煤灰II級，摻量20%3y =19.23X-3.63PBS01050.981粉煤灰II級，摻量30%（水下混凝土）注:1、X為膠凝材料與用水量比值。2、在使用方程時，直線兩端均不得超出回歸范圍。計算膠凝材料用量膠凝材料用量=176/0.46=382(kg/m)計算粉煤灰用量粉煤灰摻膠凝材料的20%粉煤灰用量=38220%=76(kg/m)計算水泥用量水泥用量=382-76=306(kg/m)計算外加劑用量按膠凝材料總量的0.8%摻加。外加劑用量=3820.8%=3.056 (kg/m)計算砂石用量按表2結果計算混凝土密度為2410(kg/m)砂石總量=2410-382-176-3=1849(kg/m)砂率仍按40%計算砂用量=18490.40=740(kg/m)石用量=1849-740=1109(kg/m)計算初步配合比水泥粉煤灰 砂 碎石 外加劑 水306 76 740 1109 3.056 1761 0.248 2.42 3.62 0.0100 0.575上述計算結果見表7PBSC02配合比。表7中其他結果用表6公式，結合表1、表2值，綜合考慮按上述方法計算。（2）對用回歸方程計算的配合比進行驗證對用回歸方程計算的配合比，拌制混凝土，驗證拌合物坍落度、密度和7天抗強度。坍落度誤差不大于10mm,7天抗壓強度不得低于原試驗值，認為該配合比可作為施工配合比。10、對結果進行分析達到相同目的的配合比中，水泥用量低者為優(yōu)，優(yōu)先選用。本例最后確定的理論配合比經計算，橋臺、墩身、頂帽、承臺、基礎，涵洞基礎、墻身等非水下泵送混泥土，較不回歸，從試配結果中挑選配合比，作為理論