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普通混凝土配合比设计步骤
日期:2009-06-27来源:作者:公路养护
(一)基本要求:

1.拌制成的混凝土要有良好的合易性;

2.满足强度要求;

3.混凝土要有良好的耐久性;

4.施工上经济合理。

(二)基本参数(已知条件)

1.混凝土设计强度的等级;

2.混凝土拌合料的坍落度;

3.水泥品种、等级强度、质量水平;

4.粗、细集料品种(最大粒径、砂的细度模数、级配范围等);

5.外加剂,掺合料品种质量;

6.对混凝土的特殊要求(如抗冻、抗渗等要求).

(三)设计步骤:

1.计算配合比:

(1)混凝土配制强度的确定:按公式fcu,0≥fcu,k+1.645Ó

其中fcu,0——混凝土配制强度(Mpa);

fcu,k ——混凝土立方体抗压强度标准值(Mpa)

Ó——混凝土强度标准差(Mpa)

当无统计资料时,查下表Ó值(N/mm2)

[table][tr][td=1,1,94]

混凝土强度

[/td][td=1,1,53]

[/td][td=1,1,106]

C20- C35

[/td][td=1,1,82]

> C35

[/td][/tr][tr][td=1,1,94]

Ó

[/td][td=1,1,53]

4.0

[/td][td=1,1,106]

5.0

[/td][td=1,1,82]

6.0

[/td][/tr][/table](2)求水灰比(
W/C=αa 

fce÷fcu,0+αaαb fce

①其中αaαb——回归系数,当无统计资料时,查下表:

[table=294][tr][td=1,1,75][/td][td=1,1,93]

碎石

[/td][td=1,1,126]

卵石

[/td][/tr][tr][td=1,1,75]

αa

[/td][td=1,1,93]

0.46

[/td][td=1,1,126]

0.48

[/td][/tr][tr][td=1,1,75]

αb

[/td][td=1,1,93]

0.07

[/td][td=1,1,126]

0.33

[/td][/tr][/table]②fce——水泥28天强度实测值(Mpa),当无水泥28天强度实测值时,可按公式确定:



fce=γc 。fce,g ;



公式中γc——水泥强度等级值的富余系数,一般取1.13,也可按实际统计资料确定;

fce,g

— 一般取水泥强度等级值(Mpa);也可按3天强度值或快测强度推定28天强度关系式推定得出。

(3)用水量

①当水灰比在0.4-0.8之间查下表:

干硬性混凝土的用水量(kg/m3)

[table=311][tr][td=2,1,100]

拌合物稠度

[/td][td=3,1,106]

卵石最大粒径mm

[/td][td=3,1,106]

碎石最大粒径mm

[/td][/tr][tr][td=1,1,50]

项目

[/td][td=1,1,50]

指标

[/td][td=1,1,35]

10

[/td][td=1,1,35]

20

[/td][td=1,1,35]

40

[/td][td=1,1,35]

16

[/td][td=1,1,35]

20

[/td][td=1,1,35]

40

[/td][/tr][tr][td=1,3,50]维勃

稠度

(s)

[/td][td=1,1,50]

16-20

[/td][td=1,1,35]

175

[/td][td=1,1,35]

160

[/td][td=1,1,35]

145

[/td][td=1,1,35]

180

[/td][td=1,1,35]

170

[/td][td=1,1,35]

155

[/td][/tr][tr][td=1,1,50]

11-15

[/td][td=1,1,35]

180

[/td][td=1,1,35]

165

[/td][td=1,1,35]

150

[/td][td=1,1,35]

185

[/td][td=1,1,35]

175

[/td][td=1,1,35]

160

[/td][/tr][tr][td=1,1,50]

5-10

[/td][td=1,1,35]

185

[/td][td=1,1,35]

170

[/td][td=1,1,35]

155

[/td][td=1,1,35]

190

[/td][td=1,1,35]

180

[/td][td=1,1,35]

165

[/td][/tr][/table]

注:a、本表用水量系采用中砂的平均值。采用细砂时每立方米混凝土用水量增加5-10kg; 采用粗砂时每立方米混凝土用水量减少5-10kg;

b、掺用各种外加剂或掺合料时,用水量应相应调整。

②水灰比小于0.4的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定。

流动性和大流动性的用水量宜按下列步骤计算:

塑性混凝土的用水量(kg/m3)

A.以坍落度90mm的用水量为基础,按坍落度20mm用水量增加5kg。



B.实际水量mwo=y+[(x-90)÷20]×5

( x为已知坍落度

y为增加水量)

(碎石mm-y=16mm-230、20mm-215、31.5mm-205、40mm-195) ;

(卵石mm-y=10mm-215、20mm-195、31.5mm-185、40mm-175) 

C.掺外加剂时的混凝土的用水量可按下式计算:

mwa = mwo(1-β)

mwa -----掺外加混凝每立方米混凝土的用水量(kg)

mwo------未掺外加混凝每立方米混凝土的用水量(kg)

β---外加剂的减水率(%)

(4)水泥用量:mco=mwo/(w/c)

(5)砂率

无历史统计资料可参考时,混凝土砂率确定应符合下列规定:

①坍落度为10-60mm的混凝土砂率,可查下表:

混凝土的砂率(%)

[table][tr][td=1,2,49]

水灰比

(W/C)

[/td][td=3,1,120]

卵石最大粒径mm

[/td][td=3,1,135]

碎石最大粒径mm

[/td][/tr][tr][td=1,1,40]

10

[/td][td=1,1,40]

20

[/td][td=1,1,40]

40

[/td][td=1,1,40]

16

[/td][td=1,1,40]

20

[/td][td=1,1,55]

40

[/td][/tr][tr][td=1,1,49]

0.40

[/td][td=1,1,40]

26-32

[/td][td=1,1,40]

25-31

[/td][td=1,1,40]

24-30

[/td][td=1,1,40]

30-35

[/td][td=1,1,40]

29-34

[/td][td=1,1,55]

27-32

[/td][/tr][tr][td=1,1,49]

0.50

[/td][td=1,1,40]

30-35

[/td][td=1,1,40]

29-34

[/td][td=1,1,40]

28-33

[/td][td=1,1,40]

33-38

[/td][td=1,1,40]

32-37

[/td][td=1,1,55]

30-35

[/td][/tr][tr][td=1,1,49]

0.60

[/td][td=1,1,40]

33-38

[/td][td=1,1,40]

32-37

[/td][td=1,1,40]

31-36

[/td][td=1,1,40]

36-41

[/td][td=1,1,40]

35-40

[/td][td=1,1,55]

33-38

[/td][/tr][tr][td=1,1,49]

0.70

[/td][td=1,1,40]

36-41

[/td][td=1,1,40]

35-40

[/td][td=1,1,40]

34-39

[/td][td=1,1,40]

39-44

[/td][td=1,1,40]

38-43

[/td][td=1,1,55]

36-41

[/td][/tr][/table]注:此表为中砂的选用砂率(砂与骨料总量的重量比),细砂减少、粗砂增加。

只用一个单粒级粗骨料配制混凝土使,砂率增大。

对簿壁构件,砂率取偏大值。

②坍落度大于60mm的混凝土砂率,坍落度增大20mm,砂率增大1%的调整,

③坍落度小于10mm的混凝土按经验确定。

混凝土浇筑入模时的坍落度表



[table][tr][td=1,1,211]

结构类别

[/td][td=1,1,128]

坍落度(mm)(振动器振动)

[/td][/tr][tr][td=1,1,211]

小预制块及便于浇筑振动的结构

[/td][td=1,1,128]

0-20

[/td][/tr][tr][td=1,1,211]

桥涵基础、墩台等无筋或少筋的结构

[/td][td=1,1,128]

10-30

[/td][/tr][tr][td=1,1,211]

普通配筋率的钢筋混凝土结构

[/td][td=1,1,128]

30-50

[/td][/tr][tr][td=1,1,211]

配筋较密、断面较小的钢筋混凝土结构

[/td][td=1,1,128]

50-70

[/td][/tr][tr][td=1,1,211]

配筋较密、断面高而窄的钢筋混凝土结构

[/td][td=1,1,128]

70-90

[/td][/tr][/table]5.每立方米混凝土的水泥用量(mc0)。

按公式计算:mc0= mw0/(w/c)

6.粗、细骨料用量的确定,建议采用重量法。

按下式计算:

mc0+ mg0+ ms0+ mw0= mcp

(mcp=2350-2450kg)

.…..(1)

βs= ms0/(mg0+ ms0)×100%

……(2) 

注:mc0—水泥 、 mg0—粗骨料、 ms0—细骨料、mw0—用水量、βs—砂率(%)

由(1)、(2)解出各值。必须依据下表,检查混凝土的最大水灰比和最小水泥用量。

(四)混凝土配合比的试配:

1.采用工程中实际使用的原材料,搅拌方法与实际生产相同。

2.每罐砼的最小搅拌量为15L(或25L)

3.试件,检查拌合物和易性,调整用水量、砂率,提供混凝土强度试验用基准配合比。

4.采用三个不同水灰比作强度试件,其中一个基准配合比,另外两个配合比的水灰比,宜较基准配合比分别增加和减少0.05,用水量应与基准配合比相同,砂率分别增加和减少1%。

5.相应检验混凝土的坍落度(维勃稠度)粘聚性、保水性、表观密度。

6.进行试验时,每种配合比试块的数量不少应作一组(三块)。

(五)混凝土配合比的调整与确定

1.绘制水灰比曲线,注意直线不得外延,选定C/W≥C/W’

2.确定每立方米材料用量:mw/mc/ms/mg (kg)

3.材料用量校正

(1)计算表观密度PC,C= mw+mc+ms+mg

(2)计算砼配合比校正系数δ

δ=PC,T/PC,C(PC,T—实测值PC,C—计算值)

(3)PC,T与PC,C之差绝对值≤PC,C的2%时,配合比调整后的材料用量即为设计值配合比( PC,T-PC,C)/ PC,C≤2%;如超过2%,可得到的每项材料均乘以校正系数后确定为设计配合比。

(六)施工配合比调整:

调整砂质量,要求不含水,提出每盘料所需材料用量。遇以下情况之一者,应重新进行配合比设计:

1.对混凝土性能指标有特殊要求时;

2.水泥、外加剂或矿物掺合料品种、质量有显著变化时;

3.该配合比的混凝土生产间断半年以上时。

(七)混凝土配合比设计例题:

已知:原材料42.5Mpa强度等级的普通规酸盐水泥,其富余系数为1.1,中砂,卵石、Dmax=20,外加剂掺量占水泥的1.5%,减水率20%,要求配制T=190mm(坍落度)C30普通砼,无统计标准值。

解:(1)求配制强度

fcu,0≥ fcu,k+1.645δ (选δ=5.0)

fcu,0≥30+1.645x5.0≥38.2Mpa

fcu,0=39.0 Mpa

(2)求水灰比

W/C=αa 

fce÷fcu,0+αaαb fce

fce=γc 。fce,g ;



w/c=(0.48x1.1x42.5)/(39.0+0.48x0.33x1.1x42.5)=0.48

当γc=1.0则W/C=0.45

(3)用水量,查表

mw0=195+[(190-90)/20]x5=220(kg)

由于加入外加剂,mwa = mwo(1-β)

mwa=220x(1-20%)=176(kg)

(4)水泥用量mco=mwo/(w/c)=176/0.48=367(kg/m3)

(5)砂率:βs=30+(190-60)/20x1%=36.5%



选βs=37%



(6)计算砂、石量

假定砼干表观密度mcp=2400

mc0+ mg0+ ms0+ mw0= mcp



(1) βs= ms0/(mg0+ ms0)×100%

(2) 解:mg0=1170(kg)

ms0=687(kg)

(7)外加剂量

ma0= mc0x1.5%=367x1.5%=5.5(kg)

经试拌,如强度符合设计要求,该计算配合比即为基准配合比,选取w/c以及w/c±0.05三个配合比作强度试件,测表观密度,耐久性。若28d强度正是所要求得配制强度,则需进行制成量校正。

该实测表观密度为2320 kg/m3 PC,t

∣( PC,t-PC,C)/ PC,C∣=(2400-2320)/2400=3.3%>2%

需调整:δ校正系数= PC,t/ PC,C=2320/2400=0.97

配合比为:

mc0=367x0.97=356kg/m3

mg0=176x0.97=171kg/m3

ms0=687x0.97=666kg/m3

mw0=1170x0.97=1135kg/m3

ma=5.5x0.97=5.34kg/m3

施工配合比计算:如砂含水量3%,石含水1%;

ms`= ms(1+0.03)=686kg/m3

mg`= mg(1+0.01)=1146kg/m3

mw`=171-(686-666)-(1146-1135)=140kg/m3

施工配合比:

每立方米混凝土材料用量为:水泥356kg、水140 kg、砂686kg、石1146kg、外加剂5.34kg

水泥:砂:石:水=1:1.93:3.22:0.39

二、沥青混凝土配合比设计

(一)基本要求:

1.选择合格的材料

2.确定各种粒径矿料和沥青的配比

(二)矿料的最大粒径:

1.沥青砼中的最大粒径D同路面结构最小厚度h的关系有规定:D=0.5h

h/D 比值越大,疲劳耐久性提高,车辙量增大

2.国产沥青混合料 

D=30-35mm粗粒式砼中h=4-7cm; 

D=20-25mm中粒式砼中h=4-5cm

D=15mm细粒式砼中h=3cm

D=35-40mm沥青碎石中h=7-8cm

(三)矿料配合比设计

1.确定矿料筛分级配曲线:级配取线可采用下表所列级配中值。

(1)对粗集料、细集料、填料进行筛分,得出各种矿料的筛分曲线。

(2)测定粗集料、填料及沥青的相对密度(25/25℃)。

2.计算各种矿料的配合比:

(1)由各种矿料的筛分曲线计算矿料的配合比,使合成的混合料矿料级配符合表一的级配范围。

(2)矿料的配合可用计算机进行试配,直至满足规定级配要求。或用图解法确定各组成矿料的配合比。

3.确定沥青最佳用量

(1)根据经验或表以所列的沥青用量范围估计一个沥青用量(或油石比)。

(2)以估计的沥青用量为中值,按1.5%间隔变化取5个不同的油石比(或按0.5%变化沥青用量),制备马歇尔试件。按规定测定试件的密度,并计算空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率等物理指标。

(3)进行马歇尔试验,测定沥青混合料马歇尔稳定度、流值。

(4)以沥青用量为横坐标,各项测定指标为纵坐标,分别绘制:密度—沥青用量;空隙率—沥青用量;沥青饱和度—沥青用量;稳定度—沥青用量;流值—沥青用量相关图。

(5)从图中求取相应于密度最大值的沥青用量a1,相应于稳定度最大值的沥青用量a2,及相应于规定空隙率范围中值的沥青用量a3,求取三者的平均值作为沥青用量得初始值。OAC1=(a1+a2+a3)/3。

(6)由沥青混合料马歇尔试验技术标准的沥青用量范围的OACmin最小值和OACmax最大值,求取二者平均值为OAC2。

(7)由OAC1和OAC2综合决定最佳用量,要求根据实践经验和公路等级、气候条件按下列步骤进行:

a.一般可取二者的中值为最佳用量;

b.对热区公路,预计用较大车辙情况时,可在OAC2与下限OACmin范围内决定,但不宜小于OAC2的0.5%。

对寒区公路,最佳沥青用量可在OAC2与上限OACmax范围内决定,但不宜大于OAC2的0.3%。

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