鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

1、以抗壓強(qiáng)度為主控的鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)方法一、基本要求：1、鋼纖維直徑為0.350.70mm，長(zhǎng)徑比5080，適宜體積摻量為1.0%2.0%，摻量低于0.5%時(shí)增韌效果不明顯，摻量過(guò)高時(shí)纖維難分散、混凝土流動(dòng)度變差、成本高。鋼纖維參數(shù)選擇參照表5-19、表5-20；2、每立方米混凝土中膠凝材料用量400500kg，水泥用量宜在300400kg之間，水泥強(qiáng)度等級(jí)不宜低于42.5級(jí)，砂率一般為4560，配合比參數(shù)參照表1；3、粗骨料粒徑不宜大于20mm；表519 鋼纖維類(lèi)型2類(lèi)型號(hào)類(lèi)型名稱(chēng)截面形狀長(zhǎng)度方向形狀圓直型圓形直熔抽型月牙形直剪切型矩形直、扭曲或兩端帶鉤表520 鋼纖維幾何參數(shù)采用范圍2

2、鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)類(lèi)別長(zhǎng)度 (mm)直徑 (等效直徑) (mm)長(zhǎng)徑比一般澆筑成型的結(jié)構(gòu)25500.30.840100抗震框架節(jié)點(diǎn)40500.40.850100鐵路軌枕20300.30.65070噴射鋼纖維混凝土20250.30.54060表1 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)參考表(自定，待驗(yàn)證)砼強(qiáng)度等級(jí)C20C30C40C50C60C70C80C90C100膠凝材料質(zhì)量 (kg)350±20360±20400±20450±20480±20500±20530±20550±20580±20水膠比W/B0.500.

3、530.440.470.400.440.330.350.300.330.270.250.250.25砂率 (%)4560二、鋼纖維增強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法 林小松, 楊果林.鋼纖維高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土M.北京:科學(xué)出版社,2002,34-39., JGJ55-2011 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程S.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011,1-18,156-161.4 混凝土配制強(qiáng)度的確定 混凝土配制強(qiáng)度應(yīng)按下列規(guī)定確定：1當(dāng)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)小于C60時(shí)，配制強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：(-1)式中，fcu,o鋼纖維混凝土配制強(qiáng)度，MPa；fcu,k鋼纖維混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，這里取設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)值

4、，MPa；混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，MPa。2當(dāng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)大于或等于C60時(shí)，配制強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：(-2) 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)按照下列規(guī)定確定：1當(dāng)具有近1個(gè)月3個(gè)月的同一品種、同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土的強(qiáng)度資料時(shí)，其混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)按下式計(jì)算：(4.0.2)式中，fcu,i第i組的試件強(qiáng)度，MPa；mfcun組試件的強(qiáng)度平均值，MPa；n試件組數(shù)，n值應(yīng)大于或者等于30。對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)不大于C30的混凝土：當(dāng)計(jì)算值不小于3.0MPa時(shí)，應(yīng)按照計(jì)算結(jié)果取值；當(dāng)計(jì)算值小于3.0MPa時(shí)，應(yīng)取3.0MPa。對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)大于C30且不大于C60的混凝土：當(dāng)計(jì)算值不小于4.0MPa時(shí)，應(yīng)按照計(jì)算結(jié)果取值；當(dāng)計(jì)算

5、值小于4.0MPa時(shí)，應(yīng)取4.0MPa。2當(dāng)沒(méi)有近期的同一品種、同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度資料時(shí)，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差可按表取值。表 標(biāo)準(zhǔn)差值 (MPa)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值C20C25C45C50 C554.05.06.05 混凝土配合比計(jì)算5.1 水膠比 混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C60等級(jí)時(shí)，混凝土水膠比宜按下式計(jì)算：()式中：W/B混凝土水膠比；aa、ab回歸系數(shù)，按規(guī)程條的規(guī)定取值；fb膠凝材料（水泥與礦物摻合料按使用比例混合）28d膠砂強(qiáng)度（MPa），可實(shí)測(cè)，試驗(yàn)方法應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）GB/T 17671執(zhí)行；也可按本規(guī)程條確定。 回歸系數(shù)（aa、ab）宜按下列規(guī)定確定：1根

6、據(jù)工程所使用的原材料，通過(guò)試驗(yàn)建立的水膠比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系式來(lái)確定；2當(dāng)不具備上述試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，可按表采用。表 5.1.1 回歸系數(shù)(aa、ab)取值表粗骨料品種系數(shù)碎石卵石aa0.530.49ab0.200.135.1.3 當(dāng)膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度值(fb)無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)，可按下式計(jì)算：(5.1. 2)式中：gf、gs 粉煤灰影響系數(shù)和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)，可按表選用；fce水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度，MPa，可實(shí)測(cè)，也可按本規(guī)程第條規(guī)定。表5.1.2 粉煤灰影響系數(shù)gf和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)gs 摻量 (%) 種類(lèi)粉煤灰影響系數(shù)gf?；郀t礦渣粉影響系數(shù)gs01.001.00100.85

7、0.951.00200.750.850.951.00300.650.750.901.00400.550.650.800.9050-0.700.85注：1 采用級(jí)、級(jí)粉煤灰宜取上限值；2 采用S75級(jí)?；郀t礦渣粉宜取下限值，采用S95級(jí)?；郀t礦渣粉宜取上限值，采用S105級(jí)?；郀t礦渣粉可取上限值加0.05。3 當(dāng)超出表中的摻量時(shí)，粉煤灰和粒化高爐礦渣粉影響系數(shù)應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。5.1.4 當(dāng)水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度（fce）無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)，可按下式計(jì)算：(5.1.3)式中：gc 水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)，可按這際統(tǒng)計(jì)資料確定；當(dāng)缺乏實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，也可按表選用。fce,g水泥強(qiáng)度等級(jí)，MPa。表5.

8、1.3 水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù) (gc)水泥強(qiáng)度等級(jí)值32.542.552.5富余系數(shù)1.121.161.105.2 用水量和外加劑用量 每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量（mwo）應(yīng)符合下列規(guī)定：1混凝土水膠比在0.400.80范圍時(shí)，可按表-1和表選取；2混凝土水膠比小于0.40時(shí)，可通過(guò)試驗(yàn)確定。表 -1 干硬性混凝土的用水量（kg/m3）拌合物稠度卵石最大公稱(chēng)粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）項(xiàng)目指標(biāo)10.020.040.016.020.040.0維勃稠度（s）162017516014518017015511151801651501851751605101851701551901801

9、65表 -2 塑性混凝土的用水量（kg/m3）拌合物稠度卵石最大粒徑（mm）碎石最大粒徑（mm）項(xiàng)目指標(biāo)10.020.031.540.016.020.031.540.0坍落度（mm）1030190170160150200185175165355020018017016021019518517555702101901801702201051951857590215195185175230215205195注： 本表用水量系采用中砂時(shí)的取值。采用細(xì)砂時(shí)，每立方米混凝土用水量可增加510kg；采用粗砂時(shí)，可減少510kg。以本規(guī)程表2中90mm坍落度的用水量為基礎(chǔ)，按每增大20mm坍落度相應(yīng)增加5k

10、g/m3用水量來(lái)計(jì)算，當(dāng)坍落度增大到180mm以上時(shí)，隨坍落度相應(yīng)增加的用水量可減少?；诒ＷC剩余強(qiáng)度和混凝土耐久性考慮，單方用水量需小于200kg，采用低水膠比、大摻和料的方式設(shè)計(jì)混凝土配合比。 摻外加劑時(shí)，每立方米流動(dòng)性或大流動(dòng)性混凝土的用水量（mwo）可按下式計(jì)算：(5.2.2)式中：mw0計(jì)算配合比每立方米混凝土的用水量，kg； 未摻加外加劑時(shí)推定的滿足實(shí)際坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m3），以本規(guī)程表2中90mm坍落度的用水量為基礎(chǔ)，按每增大20mm坍落度相應(yīng)增加5kg/m3用水量來(lái)計(jì)算，當(dāng)坍落度增大到180mm以上時(shí)，隨坍落度相應(yīng)增加的用水量可減少。外加劑的減水率，應(yīng)經(jīng)

11、混凝土試驗(yàn)確定。5.3 膠凝材料、礦物摻合料和水泥用量 每立方米混凝土的膠凝材料用量（mbo）應(yīng)按下式計(jì)算：(5.3.1)式中：mb0計(jì)算配合比每立方米混凝土中膠凝材料用量，kg； mw0計(jì)算配合比每立方米混凝土用水量，kg； W/B混凝土水膠比。 每立方米混凝土的礦物摻合料用量（mf0）計(jì)算應(yīng)按下式計(jì)算：(5.3.2)式中：mf0計(jì)算配合比每立方米混凝土中礦物摻合料用量，kg；f礦物摻合料摻量，%，可結(jié)合本規(guī)程條和第條的規(guī)定確定。計(jì)算水膠比過(guò)程中確定的礦物摻合料摻量，%。 每立方米混凝土的水泥用量（mco）應(yīng)按下式計(jì)算：(5.3.3)式中：mc0計(jì)算配合比每立方米混凝土中水泥用量，kg。5.

12、4 砂率及鋼纖維體積率 砂率（s）應(yīng)根據(jù)骨料的技術(shù)指標(biāo)，混凝土拌合物性能和施工要求，參考?xì)v史資料確定。鋼纖維混凝土的砂率宜在45%60%之間；可按下式計(jì)算：式中，Spf鋼纖維混凝土砂率，%； Sp鋼纖維摻量體積率，%； Vf鋼纖維摻量體積率，%。也可按下表初選：表 鋼纖維混凝土砂率選用表 (自定，待驗(yàn)證)拌合料條件最大粒徑20mm碎石最大粒徑20mm卵石纖維長(zhǎng)徑比lf/df=50纖維體積率Vf=1.0%砂細(xì)度模數(shù)f=3.04035lf/df增減10±5±5Vf增減0.5%±3±3砂細(xì)度模數(shù)增減0.1±1±15.4.2 鋼纖維體積率 以

13、下的鋼纖維體積率為經(jīng)驗(yàn)所得，可供選用者參考表 鋼纖維體積率選用表鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)類(lèi)別鋼纖維體積 (%)一般澆筑成型結(jié)構(gòu)0.52.0局部受壓構(gòu)件、橋面、預(yù)制樁樁尖1.01.5鐵路軌枕、剛性防水屋面0.81.2噴射鋼纖維混凝土1.01.5鋼纖維宜用長(zhǎng)徑比5080，體積率為1%2%，長(zhǎng)度2030mm；鋼纖維體積率不應(yīng)小于0.5%；計(jì)算配合比時(shí)，為保證設(shè)計(jì)的力學(xué)性能，應(yīng)同時(shí)計(jì)算鋼纖維摻為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的配比并進(jìn)行試驗(yàn)，以在短時(shí)間內(nèi)確定設(shè)計(jì)性能的鋼纖維適宜體積率；盡量選擇異形鋼纖維（波浪型、端鉤型、壓痕型等），少用直線型。5.5 粗、細(xì)骨料用量5.5.1 采用體積法計(jì)算

14、粗、細(xì)骨料用量，應(yīng)按公式和下列公式計(jì)算：(5.5.1)(5.5.2)式中：c水泥表觀密度，kg/m3，應(yīng)按水泥密度測(cè)定方法GB/T 208測(cè)定，也可取2900 kg/m33100kg/m3；f礦物摻合料密度，kg/m3，可按水泥密度測(cè)定方法GB/T 208測(cè)定；g粗骨料的表觀密度，kg/m3，應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)JGJ52測(cè)定；s細(xì)骨料的表觀密度，kg/m3，應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)JGJ52測(cè)定；w水的密度（kg/m3），可取1000 kg/m3；Vf鋼纖維的體積率，%；混凝土的含氣量百分?jǐn)?shù)，在不使用引氣型外加劑時(shí)，可取為1；s砂率

15、，按式(5.4.1)或由表得到。 常用材料密度如下表：表5.5.2 常用原材料密度 原材料密度 (kg/m3)堆積密度 (kg/m3)水泥29003100礦渣2900粉煤灰2200硅灰2200砂2650碎石2670鋼纖維7854水10006 混凝土配合比的試配、調(diào)整與確定應(yīng)按下式計(jì)算混凝土配合比校正系數(shù)：(-2)式中：混凝土配合比校正系數(shù)；c,t混凝土拌合物表觀密度實(shí)測(cè)值，kg/m3；c,c混凝土拌合物表觀密度計(jì)算值，kg/m3。當(dāng)混凝土拌合物表觀密度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值不超過(guò)計(jì)算值的2時(shí)，按本規(guī)程第條調(diào)整的配合比可維持不變；當(dāng)二者之差超過(guò)2時(shí)，應(yīng)將配合比中每項(xiàng)材料用量均乘以校正系數(shù)（）

16、?；炷潦┕づ浜媳葥Q算 張亞梅.土木工程材料(第五版)M.南京:東南大學(xué)出版社,156-159.混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比計(jì)算用料是以干燥骨料為基準(zhǔn)的，但實(shí)際工地使用的骨料常含有一定的水分，即存在含水率（式(-3)），因此必須將實(shí)驗(yàn)配合比進(jìn)行換算，換算成扣除骨料中水分后、工地實(shí)際施工用的配合比。其換算方法如下：(-3)設(shè)施工配合比1m3混凝土中膠凝材料、水、砂、石的用量分別為、；并設(shè)工地秒子含水率a%、石子含水率為b%。則施工配合比1m3混凝土中各材料用量應(yīng)為-4-5-6-7例題1：設(shè)計(jì)C40鋼纖維混凝土，設(shè)計(jì)坍落度180200mm，鋼纖維體積率1.0%，所用原材料如下：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，表觀

17、密度為3000kg/m3；級(jí)粉煤灰，摻量20%，表觀密度為2250kg/m3；中砂(f=2.6)，級(jí)配合格，表觀密度2650kg/m3；石灰?guī)r碎石：520mm，級(jí)配合格，表觀密度2700kg/m3；鋼纖維lf/df=70，表觀密度7854kg/m3。外加劑為聚羧酸類(lèi)高性能減水劑（液體），含固量為20%，適宜摻量為1%，減水率30%，混凝土含氣量2.5%。試求：1.混凝土計(jì)算配合比?；炷翐郊泳埕人犷?lèi)高性能減水劑的目的是為了既要使混凝土拌合物和易性有所改善，又要能節(jié)約水泥用量，求此摻減水劑混凝土的配合比；2.經(jīng)試配制混凝土的和易性和強(qiáng)度等均符合要求，無(wú)需作調(diào)整。又知現(xiàn)場(chǎng)砂子含水率為3%，石子含水

18、率為1%，試求計(jì)算混凝土施工配合比。解：1.求混凝土計(jì)算配合比。（1）確定混凝土配制強(qiáng)度（fcu,0）=40+1.645×5=48.2 MPa（2）膠凝材料28d膠砂強(qiáng)度(fb)計(jì)算由JGJ 55-2011表5.1.2查得級(jí)粉煤灰摻量20%時(shí)影響系數(shù)f取0.80，由表可知42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥fce,g為42.5MPa，其富余系數(shù)c為1.16，則=1.16×0.80×42.5=39.4MPa （3）確定水膠比（W/B） （4）確定用水量（mw） 查表2，對(duì)于最大粒徑為20mm的碎石混凝土，當(dāng)坍落度為90mm時(shí)，1m3混凝土的用水量可選用215kg，現(xiàn)要求坍落度為180200mm（190mm），按標(biāo)準(zhǔn)坍落度每增大20mm需增加5kg用水量，故需要增加25kg/m3，即實(shí)際需要240kg用水量，由于摻入聚羧酸類(lèi)高性能減水劑0.8%，減水率為30%，混凝土含氣量為2.5%。故實(shí)際用水量為：mw=240×(1-0.30)=168 kg （5）計(jì)算膠凝