普通混凝土配合比设计练习题
普通混凝土配合比设计
(1)组成材料
普通硅酸盐水泥32.5级，实测水泥28d胶砂抗压强度为36.8MPa，密度为ρc=3100kg/m3；中砂：表观密度ρs=2650kg/m3，施工现场砂含水率为2%；碎石：5～40㎜，表观密度ρg=2700㎏/m3，施工现场碎石含水率为1%；水：自来水；掺合料：S95级矿渣粉，掺量为胶凝材料的10%，表观密度ρg =2.8g/cm3
（2）设计要求
某桥梁工程桥台用钢筋混凝土（受冰雪影响），混凝土设计强度等级C30，要求强度保证率为95%，强度标准差计算值为3.0MPa。混凝土由机械拌合、振捣，施工要求塌落度为35～50㎜。试确定该混凝土的设计配合比及施工配合比。
解：
①步骤一：初步配合比设计
②步骤二：基准配合比设计（按初步配比试拌0.025m3混凝土拌合物，……，将混泥土拌合物搅拌均匀后，做塌落度实验，测得塌落度为25㎜，水泥浆增/减用量3%）
③步骤三：设计配合比计算（拌制混凝土拌合物并成型试件，三个水灰比相应的28d抗压强度结果分别为：45.1MPa、37.8MPa、30.1MPa；实测表观密度：ρt c，=2478kg/m3）
④步骤四：施工配合比计算
配合比设计案例
一、题目：
某工程剪力墙，设计强度等级为C40，现场泵送浇筑施工，要求坍落度为190～210mm，请设计混凝土配合比。施工所用原材料如下：
水泥：P.O42.5R,表观密度ρc =3.1g/cm3；
细骨料：天然中砂，细度模数2.8，表观密度ρs=2.7g/cm3
粗骨料：石灰石碎石5-25mm连续粒级、级配良好，表观密度ρg| =2.7 g/cm3
掺合料：Ⅱ级|粉煤灰，掺量为胶凝材料的15%，表观密度ρg =2.2 g/cm3；S95级矿渣粉，掺量为胶凝材料的15%，表观密度ρg =2.8g/cm3；|
外加剂：萘系泵送剂水剂，含固量30%，推荐掺量为胶凝材料的2%，减水率20%，密度ρm=1.1 g/cm3水：饮用自来水
二、配合比计算|
①确定配制强度：
该工程无近期统计标准差σ资料，查表, C40强度标准差σ值取5.0MPa混凝土配制强度f cu,o ≥|fcu,k +1.645σ = 40+1.645×5.0 = 48.225 (MPa)
取fcu,o = 49.0 MPa
如果设计强度等级≥C60,则计算强度|
fcu,o ≥1.15 fcu,k|
②确定水胶比
胶凝材料中粉煤灰掺量15%，矿渣粉掺量15%，查表粉煤灰影响系数Ⅱ级灰γf取0.83，粒化高炉矿渣粉影响系数γs取1.00。
水泥为42.5R，无实测胶砂强度值，富余系数r取1.16，则
fce= γ c| fce,g=1.16×42.5=49.3 (MPa)
胶凝材料28d胶砂强度计算值：
fb =γf|γ s fce=0.83×1.00×49.3= 40.9(MPa)|
水胶比：W/B =αa fb /(fcu,o+αa αb fb) =(0.53×40.9) /| (49.0+0.53×0.20×40.9) = 0.41
③确定用水量
查中砂混凝土用水量表:坍落度要求190~210mm，按200mm设计
|查塑性混凝土的用水量，坍落度90mm，碎石最大公称料径31.5mm对应用水量205kg，以90mm坍落度的用水量为基础，按每次增大20mm坍落度相应增加5kg用水量来计算坍落度200mm时，每m3混凝土用水量，(200mm -90mm) ÷ 20mm/次= 5.5次
用水量 205 kg/m3 + 5kg/次×5.5次= 232.5| kg/m3
掺萘系泵送剂，考虑外加剂的减水作用，计算每m3混凝土用水量：|
mwo = 232.5×(1-20%) = 186 kg/m3
④计算胶凝材料用量|
胶凝材料总量
mb0 = 186 / 0.41=454 kg/m3|
其中粉煤灰用量 mf0 = 454×15% = 68 kg/m3
矿渣粉用量：ms0 = 454×15% = 68| kg/m3
水泥用量 mc0 = 454- 68-68 = 318 kg/m3|
⑤外加剂用量
mm0 = 454×2%=9.08kg/m3|
外加剂含水量|
9.08×(1-30%)=6.36kg
对水胶比影响：(186+6.36)/454=0.424|
0.424-0.41=0.014＞0.01
故用水量要扣除外加剂含水量，则每m3混凝土用水量：
Mwo=186-6.36=180kg
⑥确定砂率
|按泵送混凝土砂率宜为35%~45%，选砂率40％
⑦确定砂、石用量|
1) 以质量法计算：|
|假定该混凝土拌合物表观密度mcp= 2400 kg/m3
采用质量法计算粗、细骨料用量时：|
即：68| + 68 + 318 + mg0 + ms0 + 180 + 9.08 = 2400
40% = ms0 /（mg0| + ms0）
联立求解二元一次方程得：mg0 =1054kg/m3， ms0=703kg/m3 |
|则质量法的计算配合比为：
材料名称水泥矿粉粉煤灰砂碎石泵送剂水
计算用量（kg/m3）318 68 68 703 1054 9.08 180 计算比例 1 0.21 0.21 2.21 3.31 2.8% 0.57
2) 采用体积法计算|
|混凝土所有材料的体积之和为1m3：
即：|
318/3100 + 68/2200 + 68/2800|+ mg0/2700 + ms0/2700 + 180/1000 + 9.08/1100 + 0.01×1.00 = 1
| 40% =（ms0）/（mg0 + ms0）
联立求解二元一次方程得：|
碎石mg0 =| 1060kg/m3，
砂ms0 = 706kg/m3，|
则体积法的计算配合比为：|
材料名称水泥矿渣粉粉煤灰砂碎石泵送剂水
计算用量（kg/m3）318 68 68 706 1060 9.08 180 计算比例 1 0.21 0.21 2.22 3.33 2.8% 0.57
质量法与体积法分别计算粗细骨料的差异：|
|砂（706-703）/703 = 0.4%
碎石（1060-1054）/1054= 0.6%|
可见误差很小|
计算配合比应通过试拌测试并满足拌合物性能要求，不管假定用水量如何，必须达到坍落度或扩展度要求，含气量达到设计要求，测试实际容重，试验时应仔细观察混凝土工作性、抗离析性能等，然后根据下面步骤进行配合比调整；
|1、根据调整后净用水量重新计算单位用水量；
2、如果没有获得所需含气量，针对要求的含气量应重新估计外加剂用量；|
|3、经理论计算得出配合比后，需按假定容重和实测容重之比进行调整。
| 4、按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》对设计配合比进行试配、调整与确定
（１）调整和易性，确定基准配合比
按初步计算配合比称取材料进行试拌。混凝土拌合物搅拌均匀后测坍落度（经验丰富时，可通过观察搅拌机内混凝土和易性，控制加水量），并检查其粘聚性和保水性能的好坏。如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。当试拌工作完成后，记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密度（ρc，t）。此满足和易性的配比为基准配合比。
（２）检验强度和耐久性，确定试验室配合比
基准配合比能否满足强度要求，需进行强度检验。一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定表观密度。各种配比制作一组强度试件，如有耐久性要求，应同时制作有关耐久性测试指标的试件，标准养护28d天进行强度测定。
|（3）配合比的确定
①确定混凝土初步配合比
根据混凝土强度试验结果，宜绘制强度和胶水比的线性关系图或插值法确定略大于配制强度对应的胶水比。
在试拌配合比的基础上，用水量（mＷ）和外加剂用量（ma）根据确定的水胶比做调整；
|胶凝材料用量（mb）取用水量乘以选定出的胶水比计算而得；
粗、细骨料用量（mg和ms）取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按定出的灰水比进行调整。
至此，得出混凝土初步配合比。
|②确定混凝土正式配合比
在确定出初步配合比后，还应进行混凝土表观密度校正，其方法为：首先算出混凝土初步配合比的表观密度计算值（ρc，c），即
|ρc，c= mc+mf+ms+mw+mg
|再用初步配合比进行试拌混凝土，测得其表观密度实测值（ρc，t），然后计算校正系数δ
|当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的２％时，则上述得出的初步配合比即可确定为混凝土的正式配合比设计值。若二者之差超过２％时，则须将初步配合比中每项材料用量均乘以校正系数得值，即为最终定出的混凝土正式配合比设计值，通常也称实验室配合比。
| 5. 混凝土施工配合比换算
混凝土实验室配合比计算用料是以干燥骨料为基准的，但实际工地使用的骨料常含有一定的水分，因此必须将实验室配合比进行换算，换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工用的配合比。其换算方法如下：
设施工配合比1 m3混凝土中水泥、水、砂、石的用量分别为mc’、mw’、ms’、mg’；并设工地砂子含水率为a％，石子含水率为b％。则施工配合比1 m3混凝土中各材料用量为
mc’=mc
ms’=ms? (1+a%)
mg’=mg? (1+b%)
mw’=mw－ms’ ?a%－mg’? b%
|以上例，按计算配合比拌制20L混凝土拌合物，采用质量法的计算配合比，各种材料称量为：
材料名称水泥矿粉粉煤灰砂碎石泵送剂水
计算用量（kg/m3）318 68 68 703 1054 9.08 180 20L用量 6.36 1.36 1.36 14.06 21.08 0.18 3.6
如测得的拌合物性能满足设计要求，则将此配合比确定为试拌配合比。
|另外再拌制水胶比分别增加和减少0.05的混凝土，分别成型抗压强度试件，标准养护28d测试强度，如基准配合比强度达到49.5MPa，满足配制强度要求
|
下一步对该配合比进行校正
计算混凝土配合比校正系数δ
假设拌合物表观密度实测值=2410 kg/m3 ，则：|
δ=表观密度实测值/ 表观密度计算值
= 2410 /（318+68 + 68 +703+1054+9.08+180）= 1.004
可见拌合物表观密度实测值与计算值之差的绝对值=0.4%，不超过计算值的2％所以，配合比可维持不变|，不需校正。
配合比调整后，应测定拌合物水溶性氯离子含量，并应对设计要求的混凝土耐久性能进行试验，符合设计规定的氯离子含量和耐久性能要求的配合比方可确定为设计配合比。
搅拌站在确定经验配合比时，根据常用原材料，也可以按不同的水胶比进行试拌，如按水胶比0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.65试拌一批混凝土成型试件，测试28天标养强度，根据强度试验结果，绘制强度与水胶比关系，用插图确定不同强度等级对应的水胶比，来确定适合本站的经验配合比。