混凝土配合比設(shè)計原則
一、混凝土配合比設(shè)計的基本要求
配合比設(shè)計的基本要求即使所配制的混凝土在比較經(jīng)濟(jì)的原則下具有所期望的性能:拌合物的和易性、混凝土的強(qiáng)度和耐久性。經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)有兩個方面:一方面節(jié)約水泥用量,降低混凝土的成本(包括材料、勞動力、能源的節(jié)約);另一方面長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和整體的經(jīng)濟(jì)效益好(如耐久性好,維護(hù)費(fèi)用少,導(dǎo)熱性小,使用中能耗低等)。
對特殊工程中使用的混凝土配合比,除有以上要求外,還應(yīng)滿足特殊要求(如耐火性、防輻射等。)
二、混凝土配合比設(shè)計的任務(wù)
混凝土配合比設(shè)計,實質(zhì)上就是確定水泥、水、砂子和石子這四項基本組成材料用量之間的三個比例關(guān)系。即:水與水泥之間的比例關(guān)系,常用水灰比表示;砂與石子之間的比例關(guān)系,常用砂率表示;水泥漿與骨料之間的比例關(guān)系,常用單位用水量來反映。水灰比、砂率、單位用水量是混凝土配合比的三個重要參數(shù),因為這三個參數(shù)與混凝土的各項性能之間有著密切的關(guān)系,在配合比設(shè)計中正確地確定這三個參數(shù),就能使混凝土滿足上述設(shè)計要求。
三、混凝土配合比設(shè)計的步驟
進(jìn)行配合比設(shè)計時首先要正確選定原材料品種、檢驗原材料質(zhì)量,然后按照混凝土技術(shù)要求進(jìn)行初步計算,得出“試配配合比”。經(jīng)試驗室試拌調(diào)整,得出“基準(zhǔn)配合比”。經(jīng)強(qiáng)度復(fù)核(如有其他性能要求,則須作相應(yīng)的檢驗項目)定出“試驗室配合比”,最后以現(xiàn)場原材料實際情況(如砂、石含水等)修正“試驗室配合比”從而得出“施工配合比”。
1 .試配配合比的計算
(1)計算配制強(qiáng)度
為使混凝土的強(qiáng)度保證率能滿足規(guī)定的要求,在設(shè)計混凝土配合比時,必須使混凝土的配制強(qiáng)度(fcu,o)高于設(shè)計強(qiáng)度等級(fcu,k)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度保證率要求達(dá)到95%時,fcu,o 可采用下式計算:
式中σ―混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(N/mm2)。σ采用至少 25 組試件的無偏估計值。
根據(jù)JGJ/T55-96,當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級為 CZO 、 C25 級,其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差計算值低于2.5MPa時,計算配制強(qiáng)度用的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)取用 25MPa;當(dāng)強(qiáng)度等級等于或大于 C30 級,其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差計算值低于3.0MPa時,計算配制強(qiáng)度用的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)取用 30MPa 。
如施工單位不具有近期的同一品種混凝土強(qiáng)度資料時,其混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ可按表7-22取用。
混凝土強(qiáng)度等級 |
低于 C20 |
C20~C 35 |
高于 C35 |
σ |
4.0 |
5.0 |
6.0 |
( 2 )初步確定水灰比( W/C )
采用卵石時: fcu,o = 0.50fce ( c/w-0.61 )
環(huán)境條件 |
結(jié)構(gòu)物類別 |
最大水灰比值 |
最小水泥用量 | |||||
干燥環(huán)境 |
正常的居住或辦公用房屋內(nèi) |
素混凝土 |
鋼筋混凝土 |
預(yù)應(yīng)力混凝土 |
素混凝土 |
鋼筋混凝預(yù)應(yīng)力 |
預(yù)應(yīng)力混凝土 | |
不作規(guī)定 |
0.65 |
0.60 |
200 |
260 |
300 | |||
潮濕環(huán)境 |
無凍害 |
高濕度的室內(nèi)
室外部件
在非侵蝕性土和(或)水中的部件 |
0.70 |
0.60 |
0.60 |
225 |
280 |
300 |
有凍害 |
經(jīng)受凍害;室外部件
在非侵蝕性土和(或)水中經(jīng)受凍害的部件
高濕度且經(jīng)受凍害中的室內(nèi)部件 |
0.55 |
0.55 |
0.55 |
250 |
280 |
300 | |
有凍害和除凍劑的潮濕環(huán)境 |
經(jīng)受凍害和除冰劑作用的室內(nèi)和室外部件 |
0.50 |
0.50 |
0.50 |
300 |
300 |
300 |
( 3)選取每 1 m3混凝土的用水量(W o)
用水量主要根據(jù)所要求的坍落度值及骨料種類、粒徑來選擇。首先根據(jù)施工條件按表7-11選用適宜的坍落度,再按表 7-12 選定每 1 m3時混凝土用水量。
式中,T----混凝土拌合物的坍落度( cm ) ;
系數(shù) |
碎石 |
卵石 | ||||||
最大粒徑(mm ) | ||||||||
10 |
20 |
40 |
80 |
10 |
20 |
40 |
80 | |
K |
57.5 |
53.0 |
48.5 |
44.0 |
54.5 |
50.0 |
45.5 |
41.0 |
( 4 )計算混凝土的單位水泥用量( Co)
為保證混凝土的耐久性,由上式計算得出的水泥用量,還要滿足表 7-23 中規(guī)定的最小水泥用量的要求,如計算得出的水泥用量小于規(guī)定的最小水泥用量,則應(yīng)取規(guī)定的最小水泥用量。另外,GB50204-92 中還規(guī)定混凝土最大水泥用量不宜大于 550㎏/m3 ,故應(yīng)綜合決定水泥用量。
( 5 )選用合理的砂率值(Sp )
合理的砂率值主要應(yīng)根據(jù)混凝土拌合物的坍落度、粘聚性及保水性等特征來確定。一般應(yīng)通過試驗找出合理砂率。如無使用經(jīng)驗,則可按骨料種類、粒徑及混凝土的水灰比,參照表7-13 選用合理砂率值。
另外,砂率也可根據(jù)以砂填充石子空隙并稍有富余以撥開石子的原則來確定。根據(jù)此原則可列出砂率計算公式如下:
( 6 )計算粗、細(xì)骨料的用量(Go,So )
1)絕對體積法假定混凝土拌合物的體積等于各組成材料絕對體積和混凝土拌合物中所含空氣的體積之總和。因此,可用下式聯(lián)立計算Go,So:
2 )假定表觀密度法 根據(jù)經(jīng)驗,如果原材料情況比較穩(wěn)定,所配制的混凝土拌合物的表觀密度將接近一個固定值,這樣就可先假設(shè)一個混凝土拌合物表觀密度ρcp(kg/m3),由以下兩式聯(lián)立求出GoSo:
2 基準(zhǔn)配合比的確定
以上求出的各材料用量,是借助于一些經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)計算出來的,或是利用經(jīng)驗資料查得的,因而不一定能夠符合實際情況,必須經(jīng)過試拌調(diào)整,直到混凝土拌合物的和易性過試拌調(diào)整,直到混凝土拌合物的和易性符合要求為止,然后提出供檢驗混凝土強(qiáng)度用的基準(zhǔn)配合比。
調(diào)整混凝土拌合物和易性的方法:當(dāng)坍落度低于設(shè)計要求時,可保持水灰比不變,適當(dāng)增加水泥漿量或調(diào)整砂率;若坍落度過大,則可在砂率不變的條件下增加砂石用量;如出現(xiàn)含砂不足、粘聚性和保水性不良時,可適當(dāng)增大砂率,反之應(yīng)減少砂率。每次調(diào)整后再試拌,直到和易性符合要求為止。當(dāng)試拌調(diào)整工作完成后,應(yīng)測出混凝土拌合物的實際表觀密度(ρ)。
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