混凝土與砂漿計算方法

第四章混凝土與砂漿

白城師范學院韓玉民4.4普通混凝土配合比設計及質(zhì)量控制

混凝土配合比，是指單位體積的混凝土中各組成材料的質(zhì)量比例。確定這種數(shù)量比例關系的工作，稱為混凝土配合比設計。

混凝土配合比設計必須達到以下四項基本要求，即：

(1)滿足結(jié)構(gòu)設計的強度等級要求；

(2）滿足混凝土施工所要求的和易性；

（3）滿足工程所處環(huán)境對混凝土耐久性的要求；

（4）符合經(jīng)濟原則，即節(jié)約水泥以降低混凝土成本。國家標準《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55-2000于2001.4.1施行一、混凝土配合比設計基本參數(shù)確定的原則

水灰比、單位用水量和砂率是混凝土配合比設計的三個基本參數(shù)?；炷僚浜媳仍O計中確定三個參數(shù)的原則是：在滿足混凝土強度和耐久性的基礎上，確定混凝土的水灰比；在滿足混凝土施工要求的和易性基礎上，根據(jù)粗骨料的種類和規(guī)格確定單位用水量；砂率應以砂在骨料中的數(shù)量填充石子空隙后略有富余的原則來確定?；炷僚浜媳仍O計以計算1m3混凝土中各材料用量為基準，計算時骨料以干燥狀態(tài)為準。

二、普通混凝土配合比設計基本原理

（1）絕對體積法

絕對體積法的基本原理是：假定剛澆搗完畢的混凝土拌合物的體積，等于其各組成材料的絕對體積及混凝土拌合物中所含少量空氣體積之和。

（２）重量法（假定表觀密度法）。

如果原材料比較穩(wěn)定，可先假設混凝土的表觀密度為一定值，混凝土拌合物各組成材料的單位用量之和即為其表觀密度。

三、混凝土配合比設計的步驟

1.設計的基本資料

①混凝土的強度等級、施工管理水平，

②對混凝土耐久性要求，

③原材料品種及其物理力學性質(zhì)，

④混凝土的部位、結(jié)構(gòu)構(gòu)造情況、施工條件等。

2．初步配合比計算

（１）確定試配強度（fcu,0）混凝土配制強度可按下式計算（JGJ55-2000）：

式中 fcu,0——混凝土配制強度（MPa）；

fcu,k——設計的混凝土強度標準值（MPa）；

σ——混凝土強度標準差（MPa）．

混凝土強度標準差（σ）

混凝土強度標準差又稱均方差，其計算式為

對于C20、C25級混凝土，σ計算值<2.5MPa時,計算配制強度時取σ≮2.5MPa；對于C30級以上的混凝土，σ計算值<3.0MPa時,計算配制強度時取σ≮3.0MPa；當施工單位不具有近期的同一品種混凝土的強度資料時，σ值可按下表取值。《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》GB50204-1992（２）計算水灰比（W/C）

根據(jù)強度公式計算水灰比：式中fcu,0——混凝土試配強度,ＭＰa；

fce——水泥28d的實測強度,ＭＰa；

αa,αb—回歸系數(shù)，與骨料品種、水泥品種有關，其數(shù)值可通過試驗求得。《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ55—2000）提供的αa、αb經(jīng)驗值為：

采用碎石：αa=0.46 αb＝0.07

采用卵石：αa=0.48 αb=0.33

注：①本表系采用機械振搗混凝土時的坍落度，采用人工搗實其值可適當增大；②需配制泵送混凝土時，應摻外加劑，坍落度宜為120～180㎜。（３）選定單位用水量（ｍw0）

用水量根據(jù)施工要求的坍落度（參考表4－1）和骨料品種規(guī)格，參考表4.0.1-2選用。注：①本表用水量系采用中砂時的平均取值，采用細砂時，每立方米混凝土用水量可增加5~10㎏，采用粗砂則可減少5～10㎏。②摻用各種外加劑或摻合料時，用水量應相應調(diào)整。（４）計算水泥用量（ｍc0）

根據(jù)已確定的W/C和ｍw0，可求出ｌm3混凝土中水泥用量ｍc0：

為保證混凝土的耐久性，由上式得出的水泥用量還應大于表4.0.4規(guī)定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于表4.0.4規(guī)定值，應取規(guī)定的最小水泥用量值。

（５）選擇合理的砂率值（βs）

合理砂率可通過試驗、計算或查表求得。

試驗是通過變化砂率檢測混合物坍落度，能獲得最大流動度的砂率為最佳砂率。也可根據(jù)骨料種類、規(guī)格及混凝土的水灰比，參考表4.0.2選用。

（6）計算粗、細骨料用量

①重量法（假定表觀密度法）應按下式計算：

ｍc0＋ｍg0＋ｍs0＋ｍw0＝ｍcp

②當采用體積法（絕對體積法）時，應按下式計算：通過以上計算，得出每立方米混凝土各種材料用量，即初步配合比計算完成。

4.配合比的調(diào)整與確定

通過計算求得的各項材料用量（初步配合比），必須進行試驗加以檢驗并進行必要的調(diào)整。

（１）調(diào)整和易性，確定基準配合比

按初步計算配合比稱取材料進行試拌?；炷涟韬衔飻嚢杈鶆蚝鬁y坍落度，并檢查其粘聚性和保水性能的好壞。如實測坍落度小于或大于設計要求，可保持水灰比不變，增加或減少適量水泥漿；如出現(xiàn)粘聚性和保水性不良，可適當提高砂率；每次調(diào)整后再試拌，直到符合要求為止。當試拌工作完成后，記錄好各種材料調(diào)整后用量，并測定混凝土拌合物的實際表觀密度（ρc，t）。此滿足和易性的配比為基準配合比。

（２）檢驗強度和耐久性，確定試驗室配合比

基準配合比能否滿足強度要求，需進行強度檢驗。一般采用三個不同的配合比，其中一個為基準配合比，另外兩個配合比的水灰比值，應較基準配合比分別增加及減少0.05，其用水量應該與基準配合比相同，但砂率值可做適當調(diào)整并測定表觀密度。各種配比制作兩組強度試塊，如有耐久性要求，應同時制作有關耐久性測試指標的試件，標準養(yǎng)護28d天進行強度測定。

（3）配合比的確定

①確定混凝土初步配合比

根據(jù)試驗得出的各灰水比及其相對應的混凝土強度關系，用作圖或計算法求出與混凝土配制強度（fcu,0）相對應的灰水比值，并按下列原則確定每立方米混凝土的材料用量：

用水量（Ｗ）——取基準配合比中的用水量，并根據(jù)制作強度試件時測得的坍落度或維勃稠度，進行調(diào)整；

水泥用量（Ｃ）——取用水量乘以選定出的灰水比計算而得；

粗、細骨料用量（Ｓ、Ｇ）——取基準配合比中的粗、細骨料用量，并按定出的灰水比進行調(diào)整。

至此，得出混凝土初步配合比。

②確定混凝土正式配合比

在確定出初步配合比后，還應進行混凝土表觀密度較正，其方法為：首先算出混凝土初步配合比的表觀密度計算值（ρc，c），即ρc，c=Ｃ十Ｗ十Ｓ十Ｇ再用初步配合比進行試拌混凝土，測得其表觀密度實測值（ρc，t），然后按下式得出校正系數(shù)δ，即

當混凝土表觀密度實測值與計算值之差的絕對值不超過計算值的２％時，則上述得出的初步配合比即可確定為混凝土的正式配合比設計值。若二者之差超過２％時，則須將初步配合比中每項材料用量均乘以校正系數(shù)得值，即為最終定出的混凝土正式配合比設計值，通常也稱實驗室配合比。

5.混凝土施工配合比換算

混凝土實驗室配合比計算用料是以干燥骨料為基準的，但實際工地使用的骨料常含有一定的水分，因此必須將實驗室配合比進行換算，換算成扣除骨料中水分后、工地實際施工用的配合比。其換算方法如下：

設施工配合比1m3混凝土中水泥、水、砂、石的用量分別為C’、Ｗ’、Ｓ’、Ｇ’；并設工地砂子含水率為a％，石子含水率為b％。則施工配合比1m3混凝土中各材料用量為

C’=C

S’=S·(1+a%)

G’=G·(1+b%)

W’=W－S·a%－G·b%例1．某框架結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁，混凝土設計強度等級為Ｃ30，施工要求混凝土坍落度為30～50㎜，根據(jù)施工單位歷史資料統(tǒng)計，混凝土強度標準差σ＝5MPa。所用原材料情況如下：水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥密度為ρｃ=3.10ｇ/cm３，水泥強度等級標準值的富余系數(shù)為1.08；砂：中砂，級配合格，砂子表觀密度ρos=2.60ｇ/cm３；石：5～30mm碎石，級配合格，石子表觀密度ρog=2.65ｇ/cm3；試求：１．混凝土計算配合比；2．若經(jīng)試配混凝土的和易性和強度等均符合要求，無需作調(diào)整。又知現(xiàn)場砂子含水率為３％，石子含水率為1％，試計算混凝土施工配合比。解１．求混凝土計算配合比(1)確定混凝土配制強度（fcu,0）fcu,0=fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.2MPa(2)確定水灰比（W/C）fce=γc×fce,k=1.08×42.5=45.9MPa由于框架結(jié)構(gòu)混凝土梁處于干燥環(huán)境，由表4.0.4,干燥環(huán)境容許最大水灰比為0.65，故可確定水灰比為0.53。（3）確定用水量（mw0）查表4.0.1.2，對于最大粒徑為30㎜的碎石混凝土，當所需坍落度為30～50㎜時,1m3混凝土的用水量可選用185kg。(4)計算水泥用量（mc0）按表4.0.4，對于干燥環(huán)境的鋼筋混凝土，最小水泥用量為260㎏，故可取mc0＝349㎏／ｍ3。（5）確定砂率（βs）查表4.0.2，對于采用最大粒徑為40㎜的碎石配制的混凝土，當水灰比為0.53時，其砂率值可選取32%~37%，（采用插入法選定）現(xiàn)取βs=３５％。（６）計算砂、石用量（ｍs0、ｍg0）用體積法計算，將mc0=349㎏；mw0=185㎏代入方程組解此聯(lián)立方程，則得：ｍs0=641㎏，

ｍg0=1192㎏（7）該混凝土計算配合比為：ｌm3混凝土中各材料用量為：水泥：349㎏，水：185㎏，砂：641㎏，碎石：1192㎏。以質(zhì)量比表示即為：水泥：砂：石=１：1.84：3.42，Ｗ／Ｃ＝0.532．確定施工配合比由現(xiàn)場砂子含水率為３％，石子含水率為1％，則施工配合比為：水泥mc施=mc0=349㎏砂子ｍs施=ｍs0×（1+3%）=641×（1+3%）=660㎏石子ｍg施=ｍg0×（1+1%）=1192×（1+1%）=1204㎏水ｍw施=mw0－ｍs0×3%－ｍg0×1%=185－641×3%－1192×1%=154㎏例2．某框架結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁，混凝土設計強度等級為Ｃ20，施工要求混凝土坍落度為50-70㎜，施工單位無歷史統(tǒng)計資料，所用原材料情況如下：水泥：32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥密度為ρｃ=3.10ｇ/cm３，砂：中砂，Mx=2.70,級配合格，石：卵石，Dmax=40mm,級配合格，試設計Ｃ20混凝土配合比。解:1.初步計算：(1)確定混凝土配制強度（fcu,0），由表3.0，σ＝5MPafcu,0=fcu,k+1.645σ=20+1.645×5=28.2MPa(2)計算水灰比（W/C）fce=γc×fce,k=1.0×32.5=32.5MPa（3）確定用水量（mw0）查表4.0.1.2，對于最大粒徑為40㎜的卵石混凝土，當所需坍落度為50～70㎜時,1m3混凝土的用水量可選用170kg。(4)計算水泥用量（mc0）按表4.0.4，對于干燥環(huán)境的鋼筋混凝土，最小水泥用量為260㎏，故可取mc0＝362㎏／ｍ3。（5）確定砂率（βs）查表4.0.2，對于采用最大粒徑為40㎜的卵石配制的混凝土，當水灰比為0.47時，其砂率值可選取26.8%~32.1%，（采用插入法選定）現(xiàn)取βs=30％。（６）計算砂、石用量（ｍs0、ｍg0）假定表觀密度法計算，將mc0=362㎏；mw0=170㎏代入方程組計算配比：C:362kg,W:170kg,S:561kg,G:1307Kg,W/C=0.4715升用量：C:4.34kg,W:2.04kg,S:6.73kg,G:15.68kg第二組：W/C=0.47+0.05=0.52:W:170kgmc0=170/0.52=327kg砂率：31%，mg0=2.23ms0解得：S=589kg,G=1314kg,W=170kg,C=327kg第三組：W/C=0.47－0.05=0.42:W:170kgmc0=170/0.42=405kg砂率：28%，mg0=2.57ms0解得：S=511kg,G=1314kg,W=170kg,C=405kg每種配比制作兩組強度試塊，標準養(yǎng)護28d進行強度測定。

摻減水劑混凝土配合比