现代混凝土配合比设计应考虑的因素.ppt

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1、现代混凝土配合比设计 应考虑的因素,参考、摘自混凝土混凝土施工技术混凝土实用新技术手册等柴子栋,混凝土工程的变化,四组分混凝土与保罗米公式,依据四组分混凝土大量试验提出的Bolomy公式：R28ARc(c/w-B)成为混凝土配合比设计的重要基础，延续近100年。由此人们得到了混凝土强度依赖于水泥强度的结论。20世纪60年代以前大量的工程实践证实了水泥强度对混凝土形成高强度的重要意义。混凝土对水泥品质的要求“强度第一，甚至强度唯一”成为主流观念。,我国混凝土的现状,强度水平提高严酷环境中工程增多，耐久性要求突出水泥和混凝土的关系变化流变性能要求提高现场劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾,传统观

2、念形成的理由,例如，许多规范、标准限定混凝土中粉煤灰的掺量应在25%以下，尤其是预应力混凝土构件中的掺量。这是因为过去我们的混凝土中没有掺用减水剂，混凝土的水灰比较大（一般都高于0.5）。在这种情况下掺入粉煤灰，减少水泥的用量，就会使混凝土的凝结时间明显延缓、硬化速率减慢，表现为早期强度低、混凝土渗透性增大。,传统观念形成的理由,高水灰比的水泥浆体里，水泥颗粒悬浮于水分中，水化环境良好，可以迅速地生成表面积增大1000倍的硅酸盐水化物等，有良好地填充浆体内空隙的能力。虽然从颗粒形状来说，粉煤灰易于堆积密实，但是它水化缓慢，生成的凝胶量少，难以填充颗粒周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆体的强度和其他

3、性能总是随其掺量增大（水泥用量减少）呈下降趋势（在早龄期尤为显著）。,为什么粉煤灰掺量如此之大的混凝土各项性能会很优异呢？,但是现今高效减水剂的应用已经很普遍，混凝土所用水灰比，尤其是掺有矿物掺合料混凝土的水胶比很容易降至0.5以下，同时现今的水泥活性则远高于二十世纪八十年代以前的水泥（因为早强矿物C3S(硅酸三钙）含量显著提高、粉磨细度加大），因此掺加矿物掺合料的混凝土，即使是掺量很大的混凝土，与过去混凝土相比，其早期强度的发展速率也大大加快了。,为什么粉煤灰掺量如此之大的混凝土各项性能会很优异呢？,在低水胶比（如0.3左右）的水泥浆体里情况就大不一样了。不掺粉煤灰时，高活性的水泥因水化环境

4、较差，即缺水而不能充分水化，所以随水灰比下降，未水化水泥的内芯增大，生成产物量下降；但由于颗粒间的距离减小，要填充的空隙同时减小，因此混凝土强度发展迅速。,为什么粉煤灰掺量如此之大的混凝土各项性能会很优异呢？,这种情况下用粉煤灰代替部分水泥，在低水胶比条件下，水泥的水化条件相对改善，因为粉煤灰水化缓慢，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显（掺量为58%:左右，初期水灰比则约0.65）。水泥水化程度的改善，则有利于粉煤灰作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤灰水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而降低温升

5、等其他优点则依然起着有利于混凝土性能提高的作用。,为什么粉煤灰掺量如此之大的混凝土各项性能会很优异呢？,以上所述低水胶比下粉煤灰作用的变化，可以用一个“动态堆积”的概念来认识，这是相对沿用的静态堆积而言的。通常在选择混凝土原材料和配合比时，是以各种原材料在加水之前的堆积尽量密实为依据的；但是当加水搅拌后，特别是在低水胶比条件下，如何通过粉状颗粒水化的交叉进行，使初始水胶比尽量降低，混凝土单位用水量尽量减少，配制出的混凝土在密实成型的前提下，经过水化硬化过程，形成的微结构应更为密实。,传统混凝土配合比设计方法的问题,整体体强度水平高了，拌合物从低塑性发展到当前的泵送，流动性大大提高；原材料也有很

6、大变化：水泥强度等级高 细度细，骨料粒形和级配差了，且品种多样化，品质相差很大；外加剂和矿物掺合料普遍使用，水胶比普遍降低，关键是混凝土耐久性逐渐成为混凝土的重要性能。传统混凝土配合比设计方法以保罗米公式为重要基础已经不适合现代混凝土。,超量替代法存在的问题,超量取代法：有关配合比的规范中提出粉煤灰的超量取代法，即在能被接受的掺量范围取代水泥，另多掺一部分取代砂子 这只是一种计算而已,在数量上代砂，实际上因为细度量级的差别在功能上粉煤灰并不是砂，不可能代砂，仍然是胶凝材料，却因为超量而变相增加浆体含量。有人认为掺粉煤灰后的混凝土抗裂性改善不明显，浆骨比增大是其原因之一 建议今后不再采用这种实际

7、上增加浆骨比的计算方法。,现代混凝土技术的简单与复杂,混凝土是什么？混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系。简单得“通常认为任何站在那里没事干的人都能直接就去浇筑或捣实混凝土”Neville；复杂得至今无法建立实验室指标试验结果和同样复杂的现场条件下的混凝土行为的相关关系；人们仍不确知混凝土的体内在服役的环境中随时间究竟发生了什么。,复杂的体系,混凝土是十分复杂的一个材料体系，恐怕是人类所用各种材料中最为复杂的。砂、石、水泥、外加剂、矿物掺合料与水的简单混合，即刻出现一个有明显“生命历程”的材料体系，其中水泥自发进行着长期延续的水化硬化过程，带动整个体系经历复杂的物理化学力学的变化过程，而就

8、在这变化过程中得到长期使用。,复杂的体系,混凝土是极其复杂的多相、多尺度的非匀质体，这就造成了混凝土材料本身的高度复杂性和随机变化性，加之我国幅员辽阔，对于使用地方性材料的混凝土而言，其变化就更加复杂了。仅就原材料而言，各地、各厂的水泥是变化的，哪怕就是同一个水泥厂生产的水泥也是变化的，骨料是变化的，外加剂是变化的，粉煤灰更是变化的。,复杂的体系,对混凝土，人们的描述用语是：多组分、多相、多种尺度颗粒物料混杂堆积互相填充的组成结构，具有不稳定性、非均质性、不连续性、多种尺度的孔隙结构、接触界面情况复杂，而这一切都在变动等特点，。混凝土里面包含着综合许多门学科内容的大学问。可惜，探究这些学问是十

9、分复杂而艰难的。,现代混凝土技术趋于复杂,混凝土配合比对于新拌混凝土和硬化混凝土的重要意义不言而喻。现代混凝土使用复合超塑化剂和超细矿物质掺合料，近年来机制砂逐渐成为建筑用砂的主要品种后矿物组成与品质差异比较大，再加之各地水泥在组分、与外加剂相容性、开裂敏感性方面有较大不同，这些都使配合比设计趋于复杂。,现代混凝土技术趋于复杂,原因是使用环境、原材料和施工方法的多样性。例如今年暑期在大连理工大学举行的首届全国大学生混凝土材料设计大赛中呈现的现象。正所谓：人工造石本无奇，砂子石头和水泥。一朝采用多组分，百变技法令人迷。,什么是当代混凝土？,当代混凝土是建立在混凝土化学外加剂和矿物掺合料两大混凝土

10、科学技术进展基础上的六组分混凝土。预拌混凝土是当代混凝土的主体品种。以预拌混凝土、泵送为主流。拌和料的流变性能成为重要问题。,我国混凝土规范与设计方法的问题,国内外学者提出多种配合比设计方法，大多是以经验为基础的半定量设计方法。正如陈肇元院士所说：“能满足质量控制标准的混凝土，可以有不同的配合比设计方法”。,传统混凝土配合比设计方法的问题,我国自1970年代引进高效减水剂，直到 1980年代末至今得以大量使用后，混凝土强度不再依赖于水泥强度，用GB17577水泥标准的425#水泥（相当于现行水泥标准的32.5等）已能配制出C60 的泵送混凝土 在本质上，混凝土主要还是由水泥 骨料和水组成的硬化

11、，但是其内涵已发生很大变化。,传统混凝土配合比设计方法的问题,整体体强度水平高了，拌合物从低塑性发展到当前的泵送，流动性大大提高；原材料也有很大变化：水泥强度等级高 细度细，骨料粒形和级配差了，且品种多样化，品质相差很大；外加剂和矿物掺合料普遍使用，水胶比普遍降低，关键是混凝土耐久性逐渐成为混凝土的重要性能。传统混凝土配合比设计方法以保罗米公式为重要基础已经不适合现代混凝土。,普通配合比设计新规范的要点,3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量应符合表的规定，配制C15及其以下强度等级的混凝土，可不受表的限制。,表3.0.4 混凝土的最小胶凝材料用量,相关规范标准对水泥或胶凝材料最小用量的规定,注

12、：结构用混凝土必须C25以上 所有水泥用量均未说明水泥品种和强度,相关规范标准对水泥或胶凝材料最小用量的规定,普通配合比设计新规范的要点,3.0.5 矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表的规定；预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量宜符合表的规定。,表3.0.5-1 钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量,普通配合比设计新规范的要点,表3.0.5-2 预应力钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量,普通配合比设计新规范的要点,3.0.8 对于有预防混凝土碱骨料反应设计要求的工程，混凝土中最大碱含量不应大于3.0kg/m3，并宜掺用适量粉煤灰等矿物掺合料；对于矿物掺合料碱

13、含量，粉煤灰碱含量可取实测值的1/6，粒化高炉矿渣粉碱含量可取实测值的1/2。,预防混凝土碱骨料反应,对可能发生碱-骨料反应的混凝土，宜采用大掺量矿物掺和料；单掺磨细矿渣的用量占胶凝材料总重 50%，单掺粉煤灰40%，单掺火山灰质材料不小于30%，并应降低水泥和矿物掺和料中的含碱量和粉煤灰中的游离氧化钙含量。AAR指碱集料反应,普通配合比设计新规范的要点,当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差可按表取值。4.0.3 遇有下列情况时应提高混凝土配制强度：1现场条件与试验室条件有显著差异时；2C30等级及其以上强度等级的混凝土，采用非统计方法评定时。,普通配合比设计新规范

14、的要点,5.1.1 混凝土强度等级不大于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算：当胶凝材料28d胶砂抗压强度无实测值时，公式（）中的fb值可按下式计算：,普通配合比设计新规范的要点,表5.1.1-1 粉煤灰影响系数f和粒化高炉矿渣粉影响系数s,普通配合比设计新规范的要点,当水泥28d胶砂抗压强度无实测值时，公式）中的fce值可按下式计算：表5.1.1-2 水泥强度等级值的富余系数c,普通配合比设计新规范的要点,回归系数a和b宜按下列规定确定：1根据工程所使用的原材料，通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系式来确定；2当不具备上述试验统计资料时，可按表选用。表5.1.2 回归系数a、b选用表,普通

15、配合比设计新规范的要点,应至少采用三个不同的配合比。当采用三个不同的配合比时，其中一个应为本规程第条确定的试拌配合比，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加和减少0.05，用水量应与试拌配合比相同，砂率可分别增加和减少1。6.2.4 配合比调整后，应对设计要求的混凝土耐久性能进行试验，符合设计规定的耐久性能要求的配合比方可确定为设计配合比。,普通配合比设计新规范的要点,表7.3.3 高强混凝土水胶比、胶凝材料用量和砂率 外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试配确定；矿物掺合料掺量宜为25%40%；硅灰掺量不宜大于10%；粗骨料最大粒径不大于25毫米；水泥用量不宜大于500kg/m3。,

16、普通配合比设计新规范的要点,计算后调整拌合物的试拌配合比，另外两个配合比的水胶比，宜较试拌配合比分别增加和减少0.02。7.3.6 高强混凝土抗压强度宜采用标准试件通过试验测定；使用非标准尺寸试件时，尺寸折算系数应由试验确定。,普通配合比设计新规范的要点,3.0.3 控制最大水胶比是保证混凝土耐久性能的重要手段，而水胶比又是混凝土配合比设计的首要参数。混凝土结构设计规范GB50010对不同环境条件的混凝土最大水胶比作了规定。3.0.4 在控制最大水胶比条件下，表中最小胶凝材料用量是满足混凝土施工性能和掺加矿物掺合料后满足混凝土耐久性能的胶凝材料用量下限。,普通配合比设计新规范的要点,规定矿物掺

17、合料最大掺量主要是为了保证混凝土耐久性能。当采用超出表和表给出的矿物掺合料最大掺量时，全然否定不妥，通过对混凝土性能进行全面试验论证，证明结构混凝土安全性和耐久性可以满足设计要求后，还是能够采用的。,矿物掺合料掺加比例与水胶比,当掺量小于20时，可按普通水泥使用当掺量大于20时，水胶比应不大于0.5当掺量大于30时，水胶比应不大于0.45当掺量超过50时，水胶比应不大于0.42随掺量的增大，水胶比降低,普通配合比设计新规范的要点,在没有特殊规定的情况下，混凝土强度试件在28d龄期进行抗压试验；当设计规定采用60d或90d等其它龄期强度时，混凝土强度试件在相应的龄期进行抗压试验。,水胶比是不是一

18、定要通过计算获得？,新规范规定“混凝土强度等级小于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算”新规范采用改进的保罗米公式来计算水胶比。尽管对公式中的参数和系数作了修改，此公式仍是依据胶凝材料28天胶砂强度与混凝土28天配制强度的关系建立的混凝土水胶比计算公式。这样的混凝土配合比设计方法，首先要满足的是混凝土28天强度。,水胶比是不是一定要通过计算获得？,但如果我们更多地从耐久性角度考虑，在结构荷载允许的前提下，对掺加较多矿物掺合料的混凝土可能越来越多地选择60天、90天或更长龄期评定混凝土强度。如此新规范使用改进的保罗米公式就不再适合。,水胶比是不是一定要通过计算获得？,许多人认为水胶比计算出来比

19、较可靠，其实并非如此。对于一定等级的混凝土如果考虑耐久性要求，在特定胶凝材料组成下水胶比的范围并不大，可以进行选择，选择3-4个水胶比进行混凝土试配。,水胶比是不是一定要通过计算获得？,也就是说混凝土的水胶比不一定是算出来的，可依据混凝土性能目标进行选择，经试配确定，这需要我们基于对现代混凝土的深刻认识而转变观念。,混凝土单位体积用水量的重要性没有得到充分体现,规范将“最少水泥用量”改为“最少胶凝材料用量”。体现了现代混凝土的技术理念，但没有限定最高胶凝材料用量。胶凝材料用量过高，混凝土体积稳定性差，开裂的风险就越大。规范对混凝土浆骨比指标没有提及。其实浆骨比是保证硬化前后混凝土性能的核心因素

20、。尤其对于混凝土体积稳定性更为重要。,混凝土单位体积用水量的重要性没有得到充分体现,应参考混凝土结构耐久性设计规范，规定胶凝材料用量上限。其实如果充分重视混凝土耐久性，配合比设计理念应该实现从水胶比强度的关系转变到单位体积用水量耐久性关系上来。,矿物掺合料掺加比例的规定考虑不周,规范规定了矿物掺合料最大掺量，并在条款说明中提出当采用超出表和表给出的矿物掺合料最大掺量时，全然否定不妥，通过对混凝土性能进行全面试验论证，证明结构混凝土安全性和耐久性能满足设计要求后，还是能够采用的。,矿物掺合料掺加比例的规定考虑不周,虽然为混凝土大比例掺加矿物掺合料留下了余地，但作为规范这样明文规定矿物掺合料最大掺

21、加比例不利于绿色高性能混凝土技术的推广应用。,矿物掺合料掺加比例的规定考虑不周,其实混凝土矿物掺合料的掺加比例应根据使用环境、结构形式和混凝土水胶比而定，例如北京近年来许多工程的大基础底板混凝土中矿物掺合料掺加比例都超过了新规范规定，混凝土性能良好，技术趋于成熟。至于预应力钢筋混凝土中掺合料掺加比例更低的要求，可能是考虑张拉时混凝土强度的需要，其实过早张拉导致混凝土追求高早强对于耐久性不利。,混凝土强度试验水胶比取值规定得商榷,规范6.1.5 在试拌配合比的基础上应进行混凝土强度试验，并应符合下列规定:应至少采用三个不同的配合比。当采用三个不同的配合比时，其中一个应为本规程第条确定的试拌配合比

22、，另外两个配合比的水胶比宜较试拌配合比分别增加和减少0.05。对于中低强度混凝土试配，这样的水胶比取值幅度可能过大，笔者认为0.03较为适宜。,规范仍认为骨料干燥状态作为基础设计配合比为宜不能令人信服,目前混凝土大量使用机制砂，且混凝土骨料品种多，品质各异，尤其是吸水率差别大时以干燥状态设计混凝土配合比可能造成有效水胶比不同；此外使用干燥状态骨料生产混凝土时，若骨料吸水多，则同时也吸附了一定量的减水剂，造成混凝土坍落度损失大；以干燥状态为基础设计配合比易导致混凝土生产中由于水的控制较难，质量波动增大。所以以饱和面干状态骨料为混凝土配合比设计基础为宜。,质量法计算砂石存在问题,对于混凝土企业实验

23、室，测定原材料密度的技术条件应该具备。由于混凝土矿物掺合料一般比水泥轻，且骨料表观密度差别也可能较大，假定表观密度可能不准。现代六组分混凝土的配合比设计应采用体积法更合理。,质量法计算砂石存在问题,条款说明5.5中这样解释：在实际工程中，混凝土配合比设计通常采用质量法。混凝土配合比设计也允许采用体积法，可视具体技术需要选用。与质量法比较，体积法需要在测定水泥和矿物掺合料的密度以及骨料的表观密度等，对技术条件要求略高。,混凝土配合比设计规范不宜修订和保留,混凝土不是算出来的，而是配出来的，混凝土配合比设计可以编指南，定原则，但保留并修订设计规范其实没有必要。定的指标、限制越多，越具体，就越容易成

24、为束缚混凝土技术人员的“绳索”，阻碍混凝土技术的发展。标准规范条款应该更多以性能要求和导向为主。,混凝土配合比设计规范不宜修订和保留,目前的工程实际是混凝土搅拌站试配出合理的配合比后，为了使混凝土配合比设计资料复合标准规范，按照现有规范设计方法挖空心思“对号入座”，编资料。比如：C30混凝土配合比中实际用胶凝材料380kg，水胶比0.45，为了资料满足规范，混凝土搅拌站技术部门都采用反算的思路：从W/B到fb 再推算rf、rs。针对这些情况，普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2011又有何意义？规范编制人员应该认真反思。,普通配合比设计新规范的点评,规范标准应该与时俱进，不能刻舟求剑。要深刻

25、了解现代混凝土的复杂性。,抗压强度、变形性能和耐久性,混凝土抗压强度高与低，满足设计要求即可；并非混凝土强度越高，就意味着“水平”越高（HSC似乎还不过瘾，又出现了UHSC）无论混凝土强度高低，必须具有匀质性、体积稳定性和耐久性，这是“根本”,抗渗混凝土,影响混凝土抗渗性最关键的两个指标是：水胶比、粗骨料最大粒径事实上并不存在单独具有抗渗性超强的混凝土，其与混凝土强度等级不无关系使得C25及以下的混凝土具有良好的抗渗性，才体现出水平,配制抗渗混凝土要点,限制水胶比限制骨料最大粒径控制粗骨料的粒形、级配、含泥量控制细骨料的级配、含泥量优先掺粉煤灰，其次掺磨细矿渣，有条件时，双掺，并掺入高效减水剂

26、和引气剂,抗冻混凝土,混凝土抗冻性好，首先要求其抗渗性好控制水胶比和骨料最大粒径掺入高效减水剂和引气剂控制临界强度绝对(最好）不要使用防冻剂、早强剂,高强混凝土,现代混凝土技术赋予混凝土强度绝对是件“易如反掌”的事情高强混凝土技术之所以被单独提出来，并非配制“高强”有什么技术“玄机”；而是，强度越高，体积稳定性越差，开裂的风险就越大，如何确保高强混凝土的耐久性才是高强混凝土技术的难点所在,泵送混凝土,泵送混凝土有两个指标绝对要进行控制：第一，流动性与粘聚性的统一；第二，泵送压力的选择，即必须采用高压泵！绝对不能以低压泵为“借口”，将本来已经满足泵送要求的混凝土拌合物的流动性人为地放大，这样带来

27、的不仅仅是成本问题，更重要的是耐久性问题，这又是舍本逐末！,大体积混凝土,体积较大的、可能由胶凝材料水化热引起的温度应力导致有害裂缝结构混凝土应从控制原材料的温度入手水胶比过低也容易导致开裂！低与高，要权衡！原材料的温度，尤其是水泥的温度特别重要，拌和水要降温。此外，早期养护更是重要！,关于配合比设计还要说的话,没有任何可以以不变应万变的配合比，试配工作是必须的，目前并没有什么“全计算”。对原材料质量差异的控制比对配料计量误差的限制更重要。对变化了的材料不能使用不变的方法。,用科学思维方法 指导混凝土技术,任何给工程带来好处的措施，必然同时存在某些不利因素，有所得必有所失。没有任何事物（材料、

28、技术）只有优点没有缺点，有利必有弊；必须因地制宜、因事制宜、因时制宜、因人（使用者的素质）制宜。对变化了的材料使用不变的方法往往会得出错误的结论。,用科学思维方法 指导混凝土技术,新拌混凝土流动性大与小，能施工就行混凝土强度高与低，满足设计要求就行混凝土质量的根本有两点：一是混凝土长龄期强度的发展，二是混凝土结构的耐久性为此，混凝土的匀质性、体积稳定性是必须满足的质量要求,配合比设计的原则与注意事项,低水胶比对现代混凝土很重要，依靠高效减水剂和优质矿物细粉掺合料实现混凝土的低水胶比。不能过分地提高胶凝材料的用量。胶凝材料过多，不仅成本高，混凝土的体积稳定性也差，同时，对获得高的强度意义不大。应

29、该通过合理调整粗细骨料用量及砂率控制空隙率，实现较低水胶比下的良好和易性。,技术理念的改变,技术理念的改变,配合比设计的原则与注意事项,GB/T50476-2008 混凝土结构耐久性设计规范条款,配合比设计的原则与注意事项,GB/T50476-2008 混凝土结构耐久性设计规范条款环境类别与作用等级,B.1 配筋混凝土的胶凝材料中，矿物掺和料用量占胶凝材料总量的比值应符合下表规定。,3.4.3 结构构件的混凝土强度等级应同时满足构件承载能力和耐久性的设计要求。,结构混凝土性能技术规范 6.2,表6.2不同等级混凝土最大浆骨比和用水量,粗骨料最大粒径选择,吴中伟提出的简易配合比设计方法的基本原则

30、是要求砂石有最小的混合空隙率，按绝对体积法原理计算。具体步骤和实例如下：,简易配合比设计方法,1)首先选择高性能混凝土平均或常用性能指标作为基准，或选用工程要求的性能为基准，然后再试配调整，满足其他条件或要求。,例如要求耐久性为低渗透性，要求用Nernst-Einstein法测定的氯离子扩散系数为(50100)10-14m2/s，配制强度为4050MPa，工作性要求坍落度为180200mm，1h坍落度损失不大于10%，无离析等。,2)求砂石混合空隙率，选择最小值,可先从砂率38%40%开始，将不同砂石比的砂石混合，分三次装入一个1520L的不变形的容重筒中，用直径为15mm的圆头捣棒各插捣30

31、下(或在振动台上振动至试料不再下沉为止)，刮平表面后称量，并换算成松椎密度0(kg/m3),测出砂石混合料的混合表观密度(kg/m3)，一般为2.65g/cm3左右。计算，最经济的混合空隙率约为16%，一般为20%22%。,3)计算胶凝材料浆量,胶凝材料浆量等于砂石混合空隙体积加富余量。胶凝材料浆富余量取决于工作性要求和外加剂性质和掺量，可先按坍落度180200mm估计为8%10%，由试拌决定。假设为8%，为20%，则浆体积为+8%=28%，即280L/m3。,4)计算各组分用量,设选用水胶比为0.4，掺入磨细矿渣30%，水泥密度为3.15g/cm3，磨细矿渣密度为2.5g/cm3，则即1L浆

32、用胶凝材料1.35kg。,1 m3胶凝材料总用量=2801.35=378 kg/m3水泥用量=3780.7=265 kg/m3矿渣用量=3780.3=113 kg/m3水用量=3780.4=151kg/m3集料总用量=(1000-280)2.65=1908 kg/m3砂用量=190840%=763 kg/m3 石用量=1908-763=1145 kg/m3因引入了浆体积富余量，总体积略超过1m3，故所计算的各材料用量总需按实测的表观密度校正。,在以上基础上，经多次试拌，求得符合要求的合理、经济的配合比。但针对此方法提出两点改进建议，第一是浆体富余量在8%以上，不一定在810%之间，由试拌决定。

33、第二是粗骨料应该采取两个以上粒级混拌的方法，使混拌后的粗骨料空隙率小于42%。,基于饱和面干骨料的配合比设计,清华大学廉慧珍教授针对当代混凝土的特点，提出了“当代混凝土配合比要素的选择和配合比计算方法的建议”。当代混凝土配合比选择的内容实际上是水胶比、浆骨比、砂石比和矿物掺和料在胶凝材料中的比例等四要素的确定，以及按照满足施工性要求的前提下紧密堆积原理的计算方法。,混凝土各组成材料的关系和性质及其作用和影响,由图可看出，混凝土配合比四要素都影响拌和物与硬化混凝土性能，当决定混凝土强度和密实性的水胶比确定之后，所有要素都影响拌和物施工性能。施工是保证混凝土质量的最后的和最关键的环节，则考虑浆体浓

34、度的因素、按拌和物的施工性能选择拌和物的砂石比与浆骨比，就是混凝土配合比选择的主要因素。其中浆骨比是保证硬化前后混凝土性能的核心因素。无论是改变水胶比，还是矿物掺和料用量，调整配合比时应使用等浆体体积法，以保持浆骨比不变。,混凝土配合比四要素的选择,1)水胶比 对有耐久性要求的混凝土，按照结构设计和施工给出混凝土技术要求中的最低强度等级，按保证率95%确定配制强度；以最大水胶比作为初步选水胶比，再依次减小0.050.1百分点取35个水胶比试配，得出水胶比和强度的直线关系，找出上述配制强度所需要的水胶比，进行再次试配。,或按无掺和料的普通混凝土强度-水灰比关系选择一个基准水灰比，掺入粉煤灰后再按

35、等浆骨比调整水胶比。一般，有耐久性要求的中等强度等级混凝土，掺用粉煤灰超过30%时（包括水泥中已含的混合材料），水胶比宜不超过0.44。,2)浆骨(体积)比 在水胶比一定的情况下的用水量或胶凝材料总量，或骨料总体积用量即反映浆骨比。对于泵送混凝土，可按表7-3选择，或按GB/T 50746-2008混凝土结构耐久性设计规范对最小和最大胶凝材料的限定范围，由试配拌和物工作性确定，取尽量小的浆骨比值。水胶比一定时，浆骨比小的，强度会稍低、弹性模量会稍高、体积稳定性好、开裂风险低，反之则相反。,不同等级混凝土最大浆骨比,3)砂石比 通常在配合比中的砂石比，以一定浆骨比（或骨料总量）下的砂率表示。对级

36、配良好的石子，砂石的选择以石子松堆空隙率与砂的松堆空隙率乘积为0.160.2为宜。一般，泵送混凝土砂率不宜小于36%，并不宜大于45%。为此应充分重视石子的级配，以不同粒径的两级配或三级配后松堆空隙率不大于42%为宜。石子松堆空隙率越小，砂石比可越小。在水胶比和浆骨比一定的条件下，砂石比的变动主要可影响施工性和变形性质，对硬化后的强度也会有所影响（在一定范围内，砂率小的，强度稍低，弹性模量稍大，开裂敏感性较低，拌和物粘聚性稍差，反之则相反）。,4)矿物掺和料掺量 矿物掺和料的掺量应视工程性质、环境和施工条件而选择。对于完全处于地下和水下的工程，尤其是大体积混凝土如基础底板、咬合桩或连续浇注的地

37、下连续墙、海水中的桥梁桩基、海底隧道底板或有表面处理的侧墙以及常年处于干燥环境（相对湿度40%以下）的构件等，当没有立即冻融作用时，矿物掺和料可以用到最大掺量（矿物掺和料占胶凝材料总量的最大掺量粉煤灰为50%，磨细矿渣为75%）；,一年中环境相对湿度变化较大(冷天处在相对湿度为50%左右、夏季相对湿度70%以上）无化学腐蚀和冻融循环一般环境中的构件，对断面小、保护层厚度小、强度等级低的构件（如厚度只有1015cm）的楼板，当水胶比较大时（如大于0.5），粉煤灰掺量不宜大于20%，矿渣掺量不宜大于30%（均包括水泥中已含的混合材料）。,不同环境下矿物掺和料的掺量选择见GB/T 50746-200

38、8混凝土结构耐久性设计规范附录B和条文说明附录B。如果采取延长湿养护时间或其他增强钢筋的混凝土保护层密实度措施，则可超过以上限制。,混凝土配合比选择实例,1)技术条件：某滨海城市地下水位为-2m,地下水中硫酸根离子和氯离子含量具有对混凝土结构中等腐蚀程度；商住楼地下两层，底层车库墙体厚度为350mm，设计使用年限为70年，保护层厚度为50mm，设计强度等级为C40/P8；混凝土浇筑季节最高气温33，最低气温21。要求施工期间每次连续浇筑100m3，宽度不大于0.1mm的纵向裂缝不多于3条。混凝土最大水胶比为0.45，最小胶凝材料用量最小320kg/m3，最大450kg/m3；骨料最大粒径25m

39、m。混凝土坍落度180200mm，到达现场浇筑前坍落度应为160180mm。,2)技术要点 确认混凝土技术要求提供的工程所处环境为V-C级，对处于地下的350mm墙体热天施工来说，应按大体积混凝土考虑，以控制温度应力产生的裂缝为重点。,3)原材料选择水泥：振兴，已掺入粉煤灰20%，水化热262 KJ/kg，密度3.0g/cm3，氯离子含量0.6%，标准稠度用水量27%；粉煤灰；0.045mm筛筛余量17%，密度2.2g/cm3,烧失量4.5%，需水量比103%；粗骨料510mm和1025mm以28级配后，表观密度2.69 g/c/m3，自然堆积密度1620kg/m3，空隙率40%；细骨料：筛除

40、5mm以上颗粒的河砂，表观密度2.6 g/m3，松堆密度1432kg/m3，空隙率为45%。外加剂：略,4)配制强度的确定：略5)混凝土配合比参数选择水胶比：按技术要求最大值选用W/B为0.44；砂石比：按最紧密堆积原则，根据石子空隙率，选取砂率为40%，则砂石质量比为SG=4060=0.67；体积比为0.672.672.60=0.69 浆骨比：选择浆骨比为VpVA=3268，则VA=0.68m3；,粉煤灰掺量：按GB/T 50746-2008混凝土耐久性设计规范条文说明附录B，对V-C 的环境作用有：下限：上限：因拟掺入膨胀剂，为控制混凝土温升，不宜再掺入矿渣粉；则上述限定中，单掺粉煤灰的掺

41、量限定范围为2550%，鉴于水泥中已掺入粉煤灰20%，现选择粉煤灰掺量=30%。,6)初步配合比计算由材料条件知VA=0.68，并SG=0.67则计算得G=1080 kg/m3，S=724kg/m3最大(W)10.44B=C+F，则：1m3中Vp VA=3268，则Vp=0.32 m3VB+VW=Vp=0.32=2.770.44=1.22,由上式：W=176kg/m3,B=400kg/m3，由设定的粉煤灰掺量为30%，得知粉煤灰用量为120kg/m3。,8)试配、调整 略9)生产配合比 按上述步骤另外分别计算出(W/B)2=0.42、(W/B)3=0.40的配合比，取得3组(B/W)-性能关系

42、，从中优选出生产配合比。,改变水胶比时计算混凝土配合比的等浆体体积法举例,按以上步骤另外分别计算出(W/B)2=0.42、(W/B)3=0.40的配合比，与(W/B)1=0.44一起，共取得3组(B/W)-性能关系，以备优选生产配合比。改变水胶比后浆体量发生变化，会影响到施工性，应按等浆体体积进行调整调整说明：水胶比0.42时，浆量减小了8升，可能影响施工性，如增加9kg粉煤灰和4 kg水，则浆体体积可增加到323升，可视为不变；水胶比0.40时，浆量减小了16升，如增加17kg粉煤灰和7kg水，则浆体量增加到323升，可视为不变；,调整后质量水胶比不变，浆骨体积比不变，则砂石用量可不作调整，

43、施工性不受影响；如果调整水胶比后浆骨比减小，则拌和物体积会不足，从而影响施工性，可按新调整的水胶比增加浆量（即同时增加水和胶凝材料用量），骨料用量不变而不改变浆骨比；尽管浆骨比不变，而浆体浓度可能有变化，可视胶凝材料的需水性，调整减水剂用量。,改变水胶比后按等浆体体积进行调整配合比的计算,改变矿物掺和料掺量时计算配合比的等浆体体积法举例,如果已有一无掺和料的硅酸盐水泥混凝土的配合比，当掺入粉煤灰后，需用等浆体体积，保持原配比的浆骨比不变，以保持混凝土的积稳定性。假定混凝土原配合比如表中所示，掺入粉煤灰30%，按粉煤灰特性，掺入粉煤灰的混凝土水胶比必须不大于0.5。计算配合比步骤见表,等浆体体积

44、法计算过程举例,计算说明实测各原材料密度计算1 m3中原浆体体积 Vp=Vc+Vw=0.112+0.198=0.310 m3；掺入粉煤灰30%等量取代水泥后：粉煤灰用量为3470.3=104kg，实测粉煤灰密度为2.4 g/cm3则浆体体积为104/2400=0.043 m3；水泥用量为347-104=243kg,实测水泥密度为3.1g/m3，则体积为243/3100=0.078 m3浆体体积为：0.078+0.043+0.198=0.319 m3；,计算说明,要保持浆体体积仍为0.310 m3不变，需减水0.01 m3，用水量从198 kg/m3减为188 kg/m3，则水胶比应为188/3

45、47=0.54；掺粉煤灰的混凝土水胶比应不大于0.5，并随粉煤灰掺量的增加而降低，现掺量为30%时，按耐久性要求设水胶比为0.44，用水量为3470.44=153 kg。浆体体积为0.153+0.078+0.043=0.274 m3，则浆体体积不足。,计算说明,为保持原浆骨比，需增加浆体0.036m3。按浆体中原比例调整，增加水(0.036/0.274)0.153=0.02 m3，增加水泥(0.036/0.274)0.078=0.010 m3，增加粉煤灰(0.036/0.274)0.043=0.006 m3。,2)计算结果掺30%粉煤灰的混凝土配合比计算结果见表,结果，胶凝材料总用量从347 kg/m3增加到390 kg/m3，但因用水量减少，故浆体体积不变，即浆骨比保持不变。无论是经过优选还是经过调整得出的配合比，都必须再经过试拌。,需要说明的问题,据以骨料饱和面干的配合比设计方案是要求骨料饱和面干状态的。（实验室将提供风干砂和饱和面干砂）,