普通混凝土的配合比設(shè)計

    一、混凝土配合比設(shè)計基本要求

    混凝土配合比是指1m3混凝土中各組成材料的用量,或各組成材料之重量比。配合比設(shè)計的目的是為滿足以下四項基本要求:

    1.滿足施工要求的和易性。

    2.滿足設(shè)計的強度等級,并具有95%的保證率。

    3.滿足工程所處環(huán)境對混凝土的耐久性要求。

    4.經(jīng)濟合理,最大限度節(jié)約水泥,降低混凝土成本。

    二、混凝土配合比設(shè)計中的三個基本參數(shù)

    為了達到混凝土配合設(shè)計的四項基本要求,關(guān)鍵是要控制好水灰比(W/C)、單位用量(W0)和砂率(Sp)三個基本參數(shù)。這三個基本參數(shù)的確定原則如下:

    1.水灰比。

    水灰比根據(jù)設(shè)計要求的混凝土強度和耐久性確定。確定原則為:在滿足混凝土設(shè)計強度和耐久性的基礎(chǔ)上,選用較大水灰比,以節(jié)約水泥,降低混凝土成本。

    2.單位用水量。

    單位用水量主要根據(jù)坍落度要求和粗骨料品種、最大粒徑確定。確定原則為:在滿足施工和易性的基礎(chǔ)上,盡量選用較小的單位用水量,以節(jié)約水泥。因為當W/C一定時,用水量越大,所需水泥用量也越大。

    3.砂率。

    合理砂率的確定原則為:砂子的用量填滿石子的空隙略有富余。砂率對混凝土和易性、強度和耐久性影響很大,也直接影響水泥用量,故應(yīng)盡可能選用最優(yōu)砂率,并根據(jù)砂子細度模數(shù)、坍落度要求等加以調(diào)整,有條件時宜通過試驗確定。

    三、混凝土配合比設(shè)計方法和原理

    混凝土配合比設(shè)計的基本方法有兩種:一是體積法(又稱絕對體積法);二是重量法(又稱假定表觀密度法),基本原理如下:

    1. 體積法基本原理。體積法的基本原理為混凝土的總體積等于砂子、石子、水、水泥體積及混凝土中所含的少量空氣體積之總和。若以Vh、Vc、Vw、Vs、Vg、Vk分別表示混凝土、水泥、水、砂、石子、空氣的體積,則有:
 
         (4-32)

    若以C0、W0、S0、G0分別表示1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的用量(kg),以分別表示水、水泥的密度和砂、石子的表觀密度(g/cm3),10 表示混凝土中空氣體積,則上式可改為: 
 
        (4-33)
    式中, 為混凝土含氣量百分率(%),在不使用引氣型外加劑時,可取a=1。

    2. 重量法基本原理。重量法基本原理為混凝土的總重量等于各組成材料重量之和。當混凝土所用原材料和三項基本參數(shù)確定后,混凝土的表觀密度(即1m3混凝土的重量)接近某一定值。若預(yù)先能假定出混凝土表觀密度,則有:
 
         (4-34)
    式中為1m3為混凝土的重量(kg),即混凝土的表觀密度??筛鶕?jù)原材料、和易性、強度等級等信息在2350~2450kg/m3之間選用。

    混凝土配合比設(shè)計中砂、石料用量指的是干燥狀態(tài)下的重量。水工、港工、交通系統(tǒng)常采用飽和面干狀態(tài)下的重量。

    四、混凝土配合比設(shè)計步驟

    混凝土配合比設(shè)計步驟為:首先根據(jù)原始技術(shù)資料計算“初步計算配合比”;然后經(jīng)試配調(diào)整獲得滿足和易性要求的“基準配合比”;再經(jīng)強度和耐久性檢驗定出滿足設(shè)計要求、施工要求和經(jīng)濟合理的“試驗室配合比”;最后根據(jù)施工現(xiàn)場砂、石料的含水率換算成“施工配合比”。

    (一)初步計算配合比計算步驟

    1.計算混凝土配制強度( )。
 
         (4-35)

    2.根據(jù)配制強度和耐久性要求計算水灰比(W/C)。

    (1)根據(jù)強度要求計算水灰比。

    由式 ,則有: 

    (2)根據(jù)耐久性要求查表4-18,得最大水灰比限值。

    (3)比較強度要求水灰比和耐久性要求水灰比,取兩者中的最小值。

    3.根據(jù)施工要求的坍落度和骨料品種、粒徑、由表4-12選取每立方米混凝土的用水量(W0)。

    4.計算每立方米混凝土的水泥用量(C0)。

    (1)計算水泥用量

    (2)查表4-18,復(fù)核是否滿足耐久性要求的最小水泥用量,取兩者中的較大值。

    5.確定合理砂率(Sp)。

    (1)可根據(jù)骨料品種、粒徑及W/C查表4-13選取。實際選用時可采用內(nèi)插法,并根據(jù)附加說明進行修正。

    (2)在有條件時,可通過試驗確定最優(yōu)砂率。

    6.計算砂、石用量(S0、G0),并確定初步計算配合比。

    (1)重量法:
 
         (4-36)

    (2)體積法:
 
        (4-37)

    (3)配合比的表達方式:

    ① 根據(jù)上述方法求得的C0、W0、S0、G0,直接以每立方米混凝土材料的用量(kg)表示。

    ② 根據(jù)各材料用量間的比例關(guān)系表示:C0:S0:G0=1:S0/C0:G0/C0,再加上W/C值。

    (二)基準配合比和試驗室配合比的確定

    初步計算配合比是根據(jù)經(jīng)驗公式和經(jīng)驗圖表估算而得,因此不一定符合實際情況,必經(jīng)通過試拌驗證。當不符合設(shè)計要求時,需通過調(diào)整使和易性滿足施工要求,使W/C滿足強度和耐久性要求。

    1.和易性調(diào)整——確定基準配合比。根據(jù)初步計算配合比配成混凝土拌合物,先測定混凝土坍落度,同時觀察粘聚性和保水性。如不符合要求,按下列原則進行調(diào)整:

    (1)當坍落度小于設(shè)計要求時,可在保持水灰比不變的情況下,增加用水量和相應(yīng)的水泥用量(水泥漿)。

    (2)當坍落度大于設(shè)計要求時,可在保持砂率不變的情況下,增加砂、石用量(相當于減少水泥漿用量)。

    (3)當粘聚性和保水性不良時(通常是砂率不足),可適當增加砂用量,即增大砂率。

    (4)當拌合物顯得砂漿量過多時,可單獨加入適量石子,即降低砂率。

    在混凝土和易性滿足要求后,測定拌合物的實際表觀密度( ),并按下式計算每1m3混凝土的各材料用量——即基準配合比:

    令:A=C拌+W拌+S拌+G拌

    則有:
 
         (4-38)

    式中:
    A——試拌調(diào)整后,各材料的實際總用量(kg);
    ——混凝土的實測表觀密度(kg/m3);
    C拌、W拌、S拌、G拌——試拌調(diào)整后,水泥、水、砂子、石子實際拌合用量(kg);
    Cj、Wj、Sj、Gj——基準配合比中1m3混凝土的各材料用量(kg)。

    如果初步計算配合比和易性完全滿足要求而無需調(diào)整,也必須測定實際混凝土拌合物的表觀密度,并利用上式計算Cj、Wj、Sj、Gj。否則將出現(xiàn)“負方”或“超方”現(xiàn)象。亦即初步計算1m3混凝土,在實際拌制時,少于或多于1m3。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,則初步計算配合比即為基準配合比,無需調(diào)整。

    2.強度和耐久性復(fù)核——確定試驗室配合比。根據(jù)和易性滿足要求的基準配合比和水灰比,配制一組混凝土試件;并保持用水量不變,水灰比分別增加和減少0.05再配制二組混凝土試件,用水量應(yīng)與基準配合比相同,砂率可分別增加和減少1%。制作混凝土強度試件時,應(yīng)同時檢驗混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性和表觀密度,并以此結(jié)果代表相應(yīng)配合比的混凝土拌合物的性能。

    三組試件經(jīng)標準養(yǎng)護28天,測定抗壓強度,以三組試件的強度和相應(yīng)灰水比作圖,確定與配制強度相對應(yīng)的灰水比,并重新計算水泥和砂石用量。當對混凝土的抗?jié)B、抗凍等耐久性指標有要求時,則制作相應(yīng)試件進行檢驗。強度和耐久性均合格的水灰比對應(yīng)的配合比,稱為混凝土試驗室配合比。計作C、W、S、G。

    (三)施工配合比

    試驗室配合比是以干燥(或飽和面干)材料為基準計算而得,但現(xiàn)場施工所用的砂、石料常含有一定水分,因此,在現(xiàn)場配料前,必須先測定砂石料的實際含水率,在用水量中將砂石帶入的水扣除,并相應(yīng)增加砂石料的稱量值。設(shè)砂的含水率為a%;石子的含水率為b%,則施工配合比按下列各式計算:

    

    [例4-4] 某框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土,混凝土設(shè)計強度等級為C30,現(xiàn)場機械攪拌,機械振搗成型,混凝土坍落度要求為50~70mm,并根據(jù)施工單位的管理水平和歷史統(tǒng)計資料,混凝土強度標準差 取4.0MPa。所用原材料如下:

    水泥:普通硅酸鹽水泥32.5級,密度 =3.1,水泥強度富余系數(shù)Kc=1.12;

    砂:河砂Mx=2.4,Ⅱ級配區(qū), =2.65g/cm3;

    石子:碎石,Dmax=40mm,連續(xù)級配,級配良好, =2.70g/cm3;

    水:自來水。

    求:混凝土初步計算配合比。

    [解] 1. 確定混凝土配制強度( )。

    +1.645a =30+1.645×4.0=36.58(MPa)

    2. 確定水灰比(W/C)。

    (1)根據(jù)強度要求計算水灰比(W/C):

 

    (2)根據(jù)耐久性要求確定水灰比(W/C):

    由于框架結(jié)構(gòu)混凝土梁處于干燥環(huán)境,對水灰比無限制,故取滿足強度要求的水灰比即可。

    3. 確定用水量(W0)。

    查表4-12可知,坍落度55~70mm時,用水量185kg;

    4. 計算水泥用量(C0)。

 

    根據(jù)表4-18,滿足耐久性對水泥用量的最小要求。

    5.確定砂率(Sp)。

    參照表4-13,通過插值(內(nèi)插法)計算,取砂率Sp=32% 。

    6.計算砂、石用量(S0、G0)。

    采用體積法計算,因無引氣劑,取a=1。

    
 
    解上述聯(lián)立方程得:S0=577kg; G0=1227kg。

    因此,該混凝土初步計算配合為:C0=411kg,W0=185kg,S0=577kg,G0=1227kg。或者:C:S:G=1:1.40:2.99,W/C=0.45

    [例4-5] 承上題,根據(jù)初步計算配合比,稱取12L各材料用量進行混凝土和易性試拌調(diào)整。測得混凝土坍落度T=20mm,小于設(shè)計要求,增加5%的水泥和水,重新攪拌測得坍落度為65mm,且粘聚性和保水性均滿足設(shè)計要求,并測得混凝土表觀密度kg/m3,求基準配合比。又經(jīng)混凝土強度試驗,恰好滿足設(shè)計要求,已知現(xiàn)場施工所用砂含水率4.5%,石子含水率1.0%,求施工配合比。

    [解] 1. 基準配合比:

    (1)根據(jù)初步計算配合比計算12L各材料用量為:

    C=4.932kg,W=2.220kg,S=6.92kg,G=14.72kg

    (2)增加5%的水泥和水用量為:

    ΔC=0.247kg,ΔW=0.111kg

    (3)各材料總用量為;

    A=(4.932+0.247)+(2.220+0.111)+6.92+14.92=29.35(kg)

    (4)根據(jù)式(4-38)計算得基準配合比為:Cj=422,Wj=190,Sj=564,Gj=1215。

    2.施工配合比:

    根據(jù)題意,試驗室配合比等于基準配合比,則施工配合比為:

    C=Cj=422kg

    S=564×(1+4.5%)=589kg

    G=1215×(1+1%)=1227kg

    W=190-564×4.5%-1215×1%=152kg

    [例4-6] 承上題求得的混凝土基準配合比,若摻入減水率為18%的高效減水劑,并保持混凝土落度和強度不變,實測混凝土表觀密度ρh=2400kg/m3。求摻減水劑后混凝土的配合比。1m3混凝土節(jié)約水泥多少千克?

    [解] (1)減水率18%,則實際需水量為:

    W=190-190×18%=156kg

    (2)保持強度不變,即保持水灰比不變,則實際水泥用量為:

    C=156/0.45=347kg

    (3)摻減水劑后混凝土配合比如下:

    各材料總用量=347+156+564+1215=2282
   
 
    ∴ 實際每立方米混凝土節(jié)約水泥:422-365=57kg。

編輯:

監(jiān)督:0571-85871667

投稿:news@ccement.com

本文內(nèi)容為作者個人觀點,不代表水泥網(wǎng)立場。聯(lián)系電話:0571-85871513,郵箱:news@ccement.com。

最新評論

網(wǎng)友留言僅供其表達個人看法,并不表明水泥網(wǎng)立場

暫無評論

發(fā)表評論

閱讀榜

2024-12-25 13:54:46