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C50混凝土配比设计一、原材料1.集料商品混凝土中集料体积大约占商品混凝土体积的3/4,由于所占的体积相当大,所以集料的质量对商品混凝土的TRANBBS技术性能和生产成本均产生一定的影响,在配制C50商品混凝土时,对集料的强度、级配、表面特征、颗粒形状、杂质的含量、吸水率等,必须认真检验,严格选材。
(1)细集料。
砂材质的好坏,对C50以上商品混凝土的拌和物和易性的影响比粗集料要大。
优先选取级配良好的江砂或河砂。
因为江砂或河砂比较干净,含泥量少,砂中石英颗粒含量较多,级配一般都能符合要求。
山砂一般不能使用,山砂中含泥量较大且含有较多的风化软弱颗粒。
砂的细度模数宜控制在2.6以上,细度模数小于2.5时,拌制的商品混凝土拌和物显得太粘稠,施工中难于振捣,且由于砂细,在满足相同和易性要求时,增大水泥用量。
这样不但增加了商品混凝土的成本,而且影响商品混凝土的技术性能,如商品混凝土的耐久性、收缩裂缝等。
砂也不宜太粗,细度模数在3.3以上时,容易引起新拌商品混凝土的运输浇筑过程中离析及保水性能差,从而影响商品混凝土的内在质量及外观质量。
C50泵送商品混凝土细度模数控制在2.6-2.8之间最佳,普通商品混凝土控制在3.3以下。
另外还要注意砂中杂质的含量。
(2)粗集料。
粗集料的强度、颗粒形状、表面特征、级配、杂质的含量、吸水率对C50商品混凝土的强度有着重要的影响。
级配是集料的一项重要的技术指标,对商品混凝土的和易性及强度有着很大的影响。
配制C50商品混凝土最大粒径不超过31.5mm,因为C50商品混凝土一般水泥用量在440-500kg/m3,水泥浆较富余,由于大粒径集料比同重量的小粒径集料表面积要小,其与砂浆的粘结面积相应要小,其粘结力要低,且商品混凝土的均质性差,所以大粒径集料不可能配制出高强度商品混凝土。
集料的级配要符合要求且集料的空隙要小,通常采用二种规格的石子进行掺配。
如5-31.5mm连续极配采用5-16mm和16-31.5mm二种规格的碎石进行掺配。
水稳集料掺配比例计算水稳集料是建筑混凝土中常见的一种材料，主要用于掺和混凝土中，可以起到支撑和增强混凝土强度的作用。
而水稳集料掺配比例的计算则是使用水稳集料前必须进行的一项工作，本文将详细介绍水稳集料掺配比例的计算方法。
一、水稳集料的定义和种类水稳集料，是指把天然石料经碎石机加工成符合一定规格的颗粒后，再经过洗、筛、烘等加工处理，获得一定坚硬度和稳定性的人造骨料。
按水泥净浆排水率（Slump）的大小，水稳集料可分为：高slump水稳集料、中slump 水稳集料和低slump水稳集料三种。
根据不同的应用场合和要求，选择不同种类的水稳集料进行施工。
二、水稳集料掺配比例的计算方法水稳集料的掺配比例，是指在特定条件下，按照一定比例将水稳集料与水泥掺合制造混凝土的方法。
正确的计算合适的掺配比例，可以保证混凝土强度、耐久性和使用寿命等重要性能。
水稳集料的掺配比例一般应采用设计掺配比计算，建议采用三点、三线法、矩阵法等方法进行计算。
（一）三点法计算三点法是一种常用的水稳集料掺配比例计算方法。
计算初步掺配比例时，可分别采用最小水灰比、最大骨料用量和最小强度要求三个点进行计算。
1、最小水灰比：最小水灰比是为了保证混凝土的坍度、流动性、强度及抗渗性等性能，通常选取水泥用量最小的水灰比，它由以下两个因素决定： 1）水泥的极限用量； 2）混凝土工作性能的要求。
2、最大骨料用量：最大骨料用量是指混凝土中使用的骨料最大物理尺寸，也就是骨料粒径。
在计算最大骨料用量时，需要考虑到以下因素： 1）混凝土工程的施工要求； 2）混凝土介质受力的需要。
3、最小强度要求：最小强度要求是指混凝土在特定条件下的强度要求。
选用最小强度要求作为三点法的另一个点，是为了保证混凝土具备足够的力学性能，其主要由以下因素构成： 1）混凝土所承受的应力状态； 2）混凝土施工质量要求。
通过三点法计算出的合适的水稳集料的掺合比例，可以进一步进行试配实验，以确保最终的混凝土性能达到要求。
矿质混合料的配合比设计方法矿质混合料的配合比设计方法有数解法和图解法两大类，两类设计方法均需要在两个已知条件的基础上进行：第一个条件是各种集料的级配参数；第二个条件是根据设计要求、技术规范或理论计算，确定矿质混合料目标级配范围。
本节介绍数解法中的试算法、规划求解法，以及图解法中的修正平衡面积法。
一、数解法数解法的基本原理是将几种已知级配的集料j 配制成满足目标级配要求的矿质混合料M ，混合料M 在某一筛孔i 上的颗粒是由这几种集料提供的。
混合料的级配参数由式（4-38）或式（4-39）确定。
)()()(i j i j i M X a a ⨯=∑ （4-38） )()()(i j i j i M X P P ⨯=∑ （4-39）式中：)(i M a —矿质混合料在筛孔i 上的分计筛余百分率（%）)(i j a —某一集料j 在筛孔i 上的分计筛余百分率（%） )(i M P —矿质混合料在筛孔i 上的通过百分率（%） )(i j P —某一集料j 在筛孔i 上的通过百分率（%）)(i j X —某一集料j 在矿质混合料中的质量百分率（%）将已知集料的级配参数和矿质混合料的目标级配参数代入式（4-38）或式（4-39），可以建立数个方程，方程的个数等于标准筛的个数，然后可以用正则方程法求解，也可以用试算法或规划求解法确定各个集料的用量。
（1）试算法设计步骤采用试算法求解，需要已知各个集料和矿质混合料的分计筛余百分率。
以三种集料为例，介绍试算法的求解步骤。
1）基本计算方程的建立 设有A 、B 、C 的三种集料在某一筛孔i 上的分计筛余百分率分别为)(i A a 、)(i B a 、)(i C a ，欲配制成矿质混合料M ，混合料M 中在相应筛孔i 上的分计筛余百分率设计值为)(i M a 。
假设A 、B 、C 三种集料在混合料中的比例分别为X 、Y 、Z ，由此得式（4-40）和式（4-41）： X +Y +Z =100 （4-40） X ·)(i A a +Y ·)(i B a +Z ·)(i C a =)(i M a （4-41）2）基本假定在矿质混合料中，某一粒径的颗粒是由一种集料提供的，在其它集料中不含这一粒径的颗粒。
矿质混合料的配合比设计方法矿质混合料的配合比设计方法有数解法和图解法两大类，两类设计方法均需要在两个已知条件的基础上进行：第一个条件是各种集料的级配参数；第二个条件是根据设计要求、技术规范或理论计算，确定矿质混合料目标级配范围。
本节介绍数解法中的试算法、规划求解法，以及图解法中的修正平衡面积法。
一、数解法数解法的基本原理是将几种已知级配的集料j 配制成满足目标级配要求的矿质混合料M ，混合料M 在某一筛孔i 上的颗粒是由这几种集料提供的。
混合料的级配参数由式（4-38）或式（4-39）确定。
a （4-38）M a X(i ) j (i ) j (i )P （4-39）M P X(i ) j (i ) j (i )式中：a—矿质混合料在筛孔i 上的分计筛余百分率（%）M (i )a —某一集料j 在筛孔i 上的分计筛余百分率（%）j (i )P —矿质混合料在筛孔i 上的通过百分率（%）M ( i )P —某一集料j 在筛孔i 上的通过百分率（%）j (i )X —某一集料j 在矿质混合料中的质量百分率（%）j (i )将已知集料的级配参数和矿质混合料的目标级配参数代入式（4-38 ）或式（4-39），可以建立数个方程，方程的个数等于标准筛的个数，然后可以用正则方程法求解，也可以用试算法或规划求解法确定各个集料的用量。
（1）试算法设计步骤采用试算法求解，需要已知各个集料和矿质混合料的分计筛余百分率。
以三种集料为例，介绍试算法的求解步骤。
1）基本计算方程的建立设有A 、B 、C 的三种集料在某一筛孔i 上的分计筛余百分率分别为a、A(i )a 、a C (i ) ，欲配制成矿质混合料M ，混合料M 中在相应筛孔i 上的分计筛B(i )余百分率设计值为a M (i ) 。
假设A 、B 、C 三种集料在混合料中的比例分别为X 、Y 、Z ，由此得式（4-40）和式（4-41）：X +Y +Z =100 （4-40）X ·a A(i )+Y ·a+Z ·B(i )a =a （4-41）C (i ) M ( i )12）基本假定在矿质混合料中，某一粒径的颗粒是由一种集料提供的，在其它集料中不含这一粒径的颗粒。
在具体计算时，所选择的粒径应在该集料中占有较大优势。
将这一假定作为补充条件，可以简化式（4-41），从而求出A、B 、C 三种集料在矿质混合料中的用量。
3）计算各个集料在矿质混合料中的用量首先确定在某种集料中占优势含量的某一粒径，忽略其它集料在此粒径的含量。
例如，若在集料 A 中所选择的粒径为i ，该粒径的分计筛余为a，并A(i )令：集料 B 和集料C 在此粒径的含量计算出集料 A 在混合料中用量X 。
a、a C(i ) 均等于零，代入式（4-41）B(i )同理，在计算集料 C 或集料B 的用量时，先确定这种集料中占优势的某一粒径，而忽略另两种集料中同一粒径的含量，根据上述相同方法，计算集料C 或集料B 的用量。
可以根据集料的级配情况，选择先求解集料 B 的用量，还是先求解集料 C 的用量。
当集料超过三种时，方程（4-41）的未知数将增加，可按照上述原理重复进行计算。
4）合成级配的计算、校核和调整由于试算法中各种集料用量比例是根据几个筛孔确定的，不能控制所有筛孔，所以应对合成级配进行校核。
先按照式（4-38）和式（4-39）计算矿质混合料的合成级配a或P M (i ) 。
矿质混合料的合成级配应在设计要求M (i )级配范围内，并尽可能接近设计级配范围的中值。
当合成级配不满足要求时，应调整个集料的比例。
调整配合比后还应重新进行校核，直至符合要求为止。
如经计算后确不能满足级配要求时，可掺加单粒级集料或调换其它集料。
试算法的具体计算步骤见例题4-2 。
（2）规划求解法设计步骤规划求解法采用Microsoft Office 软件Excel 电子表格中的规划求解分析工具进行，通过设置规划求解中的约束条件，较为准确地计算出各种集料的用量。
采用规划求解法确定矿质混合料配合比的具体步骤见例题4-3 。
二、图解法设计步骤通常采用“修正平衡面积法”确定矿质混合料的合成级配。
在“修正平衡面积法”中，将设计要求的级配中值曲线绘制成一条直线，纵坐标和横坐标分别代表通过百分率和筛孔尺寸，这样，当纵坐标仍为算术坐标时，横坐标的位置将由设计级配中值所确定。
（1）绘制级配曲线坐标图2按照一定的尺寸绘制矩形图框（通常纵坐标通过量取10cm，横坐标筛孔尺寸（或粒径）取15cm），连接对角线作为设计级配中值曲线，见图4-6 。
按常数标尺在纵坐标上标出通过量百分率位置，然图4-6 设计级配范围中值曲线后将设计级配中值（见表4-27 中数据）要求的各筛孔通过百分率，标于纵坐标上，并从纵坐标引水平线与对角线相交，再从交点作垂线与横坐标相交，该交点即为个相应筛孔尺寸的位置。
表4-27 AC-13 沥青混合料用矿料级配范围筛孔尺寸（m m）16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075级配范围（m m）上限下限中100 100 88 68 53 41 30 22 16 8100 95 70 48 36 24 18 12 8 4100 98 79 57 45 33 24 17 12 6 值（2）确定各种集料用量以图4-6 为基础，将各种集料的级配曲线绘制于图上，结果见图4-7 ，然后根据两条级配曲线之间的关系确定各种集料的用量。
由图4-7 可见，任意两条相邻集料级配曲线之间的关系只可能是下列三种情况之一。
31）曲线重叠两条相邻级配曲线相互重叠， 在图 4-7 中表现为集料 A 的级配曲线下部与集料 B 的级配曲线上部搭接。
此时，在两级配曲线之间引一根垂线 'AA ，使其与集料 A 、B 的级配曲线截距相等，即 ' a a 。
垂线 'AA 与对角线 0O 交于 点M ，通过 M 作一水平线与纵坐标交于 P 点，OP 即为集料 A 的用量。
2）曲线相接两条相邻级配曲线相接， 在图 4-7 中表现为集料 B 的级配曲线末端与集 料 C 的级配曲线首端正好在同一垂直线上。
对于这种情况仅需将集料 B 的级配曲线末端与集料 C 的级配曲线首端直接相连， 得垂线 ' 'BB 。
BB 与对角线 0O 交于点 N ，过点 N 作一水平线与纵坐标交于 Q 点，PQ 即为集料 B 的用量。
图 4-7 组成集料级配曲线与要求合成级配曲线图3）曲线相离两相邻级配曲线相离， 在图 4-7 中表现为集料 C 的级配曲线末端与集料D 的级配曲线首端在水平方向彼此分离。
此时，作一条垂线 'CC 平分这段水平距离，使 ' b b ，得垂线 ' CC 。
垂线 'CC 与对角线 0O 交于点 R ，通过 R 作一 水平线与纵坐标交于 S 点，QS 即为集料 C 的用量。
剩余 ST 即为集料 D 的用 量。
4）合成级配的计算与校核与试算法相同，在图解法求解过程中，各种集料用量比例也是根据部 分筛孔确定的，所以需要对矿料的合成级配进行校核，当超出级配范围时， 应调整各集料的用量。
合成级配的计算与校核方法与试算法相同。
44.3.3 矿质混合料配合比设计例题[ 例题4-2] 采用试算法计算矿质混合料的配合比（1）已知条件碎石、石屑和矿粉的筛分试验结果列于表4-28 中第2～4 列；设计级配范围列于表4-28 中第5 列。
（2）计算要求按试算法确定碎石、石屑和矿粉在矿质混合料中所占的比例；校核矿质混合料合成级配计算结果是否符合规范要求的级配范围。
解①准备工作表4-28 集料的分计筛余和矿质混合料规定的级配范围筛孔尺寸d（m m）i原材料筛分析试验结果设计级配范围及中值碎石a （%）A(i )石屑a （%）B( i )矿粉a （%）C (i)范围P （%）( i )中值PM( i )AM(i )（%）（%）aM(i )中值（%）（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）13.2 0.8 ——95～10097.5 2.5 2.59.5 43.6 ——7 8～88 79 21 18.5 4.75 49.9 —— 4 8～68 58 42 21 2.36 4.4 25.0 — 3 6～53 44.5 55.5 13.5 1.18 1.3 22.6 — 2 4～41 32.5 67.5 12 0.6 —15.8 — 1 8～30 24 76 8.5 0.3 —16.1 — 1 7～22 19.5 80.5 4.5 0.15 —8.9 4 816 12 88 7.50.075 —11.1 10.7 4～8 6 94 6 ＜—0.5 85.3 —0 100 6 0.0755将矿质混合料设计通过百分率中值转换为分计筛余百分率中值。
首先计算出表4-28 中矿质混合料设计级配范围的通过百分率中值，然后转换为累计筛余百分率，再计算为各筛孔的分计筛余百分率，计算结果列于表4-28 第6～8 列。
②计算碎石在矿质混合料中用量X由表-28 可知，碎石中占优势含量粒径为 4.75mm。
故计算碎石用量时，假设混合料中 4.75mm粒径全部由碎石组成，即a和a C ( 4.75 )均等于零。
故B(4.75)将a=0，B(4 .75) a =0，C (4 .75)a =21.0%，M ( 4.75)a =49.9%，代入式（4-41）可得：A( 4. 75)XaMaA((4.75 )4.75 )100%21.049.9100% 42.1 %③计算矿粉在矿质混合料中的用量Z根据表4-28，矿粉中粒径＜0.075mm的颗粒占优势，此时，假设aA(0.075) 和a均等于零，将aM ( 0.075) =6.0%，a =85.3%，代入式（4-41 ）可得：B( 0.075 ) M ( 0.075)Z aM(aC(0.075 )0. 075)100%6.085.3100% 7. 0%④计算石屑在混合料中用量Y将已求得的X =42.1%和Z =7.0%代入（4-40）得：Y =100-（X +Z ）=100-（42.1+7.0 ）=50.9%⑤合成级配的计算与校核根据以上计算，矿质混合料中各种集料的比例为：碎石: 石屑: 矿粉= X : Y : Z =42.1:50.9:7.0 。
按公式（4-38 ）计算矿质混合料的合成级配，结果列于表4-29 的第11 列。
将矿质混合料的通过百分率（表4-29 中第13 栏）与表4-28 要求级配范围比较可知，该合成级配符合设计级配范围的要求。
表4-29 矿质混合料组成计算校核表筛孔尺寸碎石级配（%）石屑级配（%）矿粉级配（%）混合料合成级配（%）di （mm ）a XA(i)aA(i)·Xa YB(i)aB(i)·Ya ZC(i)aC(i)·Za A M(i )P M(i)M(i )1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1313.2 0.89.5 43. 64.75 49.9×42.10.3 —0.3 0.318.4—18.418.721.—21.39.799.781.360.362.36 4.4 1.9 25.12.714.654.345.71.18 1.3 0.5 22.611.512.166.333.70.6 —15.88.0 8.074.425.60.3 —16.1×50.8.2 8.282.617.4 90.15 —8.9 4.5 4.0 0.3 4.8 87.412.60.07 5 ＜0.07 511.—5.61—0.5 0.310.785.3×7.00.7 6.46.0 6.293.8100.06.20.0合计100 42.110050.9100 7.0 100[ 例题4-3] 采用规划求解方法设计某矿质混合料中各种集料的用量比例。
