第七讲普通混凝土配合比设计一、与混凝土有关的基本概念1.混凝土—用水泥、砂、石、掺合料、水以及外加剂按设计比例配制，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土称为普通混凝土，简称混凝土。
它是一种原料易得、施工便利、具有较好耐久性和强度的建筑材料。
2.混凝土标号—是指混凝土按标准方法成型，标准立方体试件（200mm×200mm×200m）在标准养护条件下（温度20±3℃，相对湿度大于90%）养护28d所得的抗压强度值，单位为kgf/cm2（以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，三个测值中的最小值与较大值之差超过较大值20%时，舍去最小值，以剩余的两个测值的平均值作为该组试件的抗压强度值）。
3.混凝土强度等级—是指混凝土按标准方法成型、标准立方体试件（150mm×150mm×150mm）在标准养护条件下（温度20±2℃，相对湿度95%以上）养护28d所得的抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%，以C与立方体抗压强度标准值MPa （N/mm2）表示。
如：混凝土立方体抗压强度标准值ｆｃｕ，ｋ＝20MPa，其强度等级表示为C20。
（混凝土立方体抗压强度以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。
当三个测值中的最大值或最小值与中间值的差值超过中间值的15%时，则取中间值做为该组试件的抗压强度测定值，当最大值或最小值与中间值的差值均超过中间值的15%时，则该组试件的抗压强度测定值无效。
）4.混凝土强度等级与混凝土标号的换算。
混凝土强度等级＝混凝土标号÷10－25.混凝土立方体试件抗压强度换算系数。
6．混凝土强度与齡期的关系龄期—是指混凝土强度增长所需的时间。
强度与龄期的关系，在标准养护时：R3→40%R28；R7→60～70%R28；R28达到设计强度。
7.砂率砂率是指混凝土中砂在骨料（砂及石子）总量中所占的质量百分率。
影响砂率的一般因素为：⑴砂率随粗骨料的粒径增大而减小；随粒径减小砂率应增大。
⑵细砂时砂率小，粗砂时砂率应增大。
⑶卵石时砂率小，碎石时砂率应加大。
⑷水灰比小时砂率小，水灰比增大时砂率应增大。
⑸ 水泥用量大时砂率小，水泥用量小时则砂率应增大二、混凝土配合比设计中基本参数的选取1.标准差σ选取⑴根据本单位施工的混凝土强度等级、设备、工艺、材料、配合比等基本相同的混凝土检查试件抗压强度资料，按下式计算：1122--=∑=n n f ni fcu cu ，u σ式中 σ—标准差（MPa ）；f cu,i —统计周期内第i 组混凝土试件的强度（MPa ）； n —统计周期内相同强度等级混凝土试件的总组数，n ≥25；μfcu—统计周期内n 组混凝土试件强度的平均值（MPa ）。
当混凝土强度等级为C20、C25时，计算σ值低于2.5MPa 时按2.5MPa 取用。
当混凝土强度等级大于等于C30时，计算σ值低于3.0MPa 时，按3.0MPa 取用。
⑵ 查表选用σ。
2.粗骨料最大粒径d max 的选用：混凝土用的粗骨料应采用坚硬耐久的碎石、卵石或两者的混合物，其最大粒径不得大于板厚的1/2或结构截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋间最小间距的3/4，且不大于100㎜。
3.细骨料：应优先选用中砂（M x＝3.0-2.3）。
4.混凝土坍落度，可按下表选用：坍落度选用表5.最大水灰比和最小水泥用量：进行配合比设计时，应按下表对混凝土的最大水灰比和最小水泥用量进行控制。
⑴房建工程⑵铁路工程三、混凝土配合比设计执行《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）。
1.设计原则⑴满足设计要求：即满足设计文件要求的混凝土强度等级；⑵满足施工要求：即满足混凝土在施工过程中（运输、浇筑、振捣）所需的和易性（包括流动性即稠度：通常以坍落度和维勃秒表示；粘聚性：以分层度表示；保水性：以泌水率表示）。
⑶力求节约：就地取材，采用新材料，新技术，合理使用原材料，追求经济效益。
2.设计依据⑴使用混凝土的施工单位、工程所处环境条件、工程名称、工程部位及结构情况（以便选定粗骨料最大粒径d max）。
⑵混凝土设计强度等级及施工单位管理水平。
⑶混凝土用原材料（水泥、砂、石子、水、外加剂）产地、品种、规格及其技术性能指标。
3.混凝土基准配合比设计、计算及确定步骤。
⑴计算试配强度：（设采用P.S32.5水泥，d max为40㎜碎石、中砂、饮用水，配制墩台C20混凝土，σ取4MPa）。
f cu,0=f cu,k+1.645σ式中f cu,0—混凝土配制强度（MPa）；f cu,k—混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；σ—混凝土立方体抗压强度标准差（MPa）。
f cu,0=20+1.645×4.0=26.6MPa⑵计算水灰比W/C：W/C=αa·f ce/（f cu,0+αa·αb·f ce）式中W/C—水灰比；αa、αb—回归系数，αa（碎石取0.46，卵石取0.48）；αb（碎石取0.07，卵石取0.33）；f ce—水泥28d抗压强度实测值（MPa）。
f ce无实测值时，可按f ce=γc·f ce,g计算。
式中γc—水泥强度等级值的富余系数，由统计得到，专题试验得γc=1.07；f ce,g—水泥商品强度等级28d 抗压强度规定值（MPa）。
W/C=0.46×1.07×32.5/（26.6＋0.46×0.07×1.07×32.5）=0.58（未超出最大水灰比限值）。
⑶查表选用每立方米混凝土用水量m w0：据粗骨料品种、最大粒径和混凝土坍落度要求，由下表选定每立方米混凝土用水量m w0＝175kｇ/m3。
混凝土用水量表（kｇ/m3）说明：①本表用水量系采用中砂时的平均值，用细砂时，每方混凝土可增加5～10㎏，采用粗砂时可减少5～10㎏；②掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整；③流动性（S b=100～150㎜）、大流动性（S b=160㎜以上）混凝土的用水量以坍落度90㎜的用水量为基础，按坍落度每增大20㎜，用水量增加5㎏计算出未掺外加剂时的混凝土用水量；④掺外加剂流动性、大流动性混凝土用水量按下式计算：m wa=m w0（1－β）式中m wa—掺外加剂混凝土每立方米混凝土用水量（㎏/m3）；m w0—未掺外加剂混凝土每立方米混凝土用水量（㎏/m3）；β—外加剂减水率，经试验确定或参考说明书取用（﹪）。
⑤本表适应于水灰比0.40～0.80范围使用，超出范围时经试验确定。
⑷计算水泥用量m c0:m c0=m w0/（W/C）（kg）=175/0.58=302（kg）⑸查表选用混凝土用砂率P S：P S=［m s0/（m s0+m g0）］×100﹪式中P S—砂率（%）；m s0—每立方米混凝土砂子用量（kg/m3）；m g0—每立方米混凝土石子用量（kg/m3）。
根据粗骨料品种、最大粒径和水灰比要求，可由下表查得砂率。
混凝土砂率表（%）根据已知条件由表中查得：当W/C=0.50、d max=40㎜时,P s中值为32.5%；当W/C=0.60、d max=40㎜时,P s中值为35.5%根据砂率随W/C 减小而减小的规律，由内插法得比例式为：（0.60－0.50）：（35.5－32.5）=（0.58－0.50）：（P s-32.5）0.1：3=0.08：（P s-32.5）0.24=0.1P s-3.25P s=3.49/0.1=34.9（%）⑹按假定质量法计算砂子用量m s0和石子用量m g0，混凝土假定质量一般可在2400～2500㎏/m3之间取值,现取m cp=2450㎏/m3。
根据m cp= m c0+ m s0+ m g0+ m w0得：m s0+ m g0= m cp- m c0- m w0=2450-302-175=1973㎏/m3∵m s0/（m s0+ m g0）=34.9﹪∴m s0=1973×0.349=689（㎏/m3）m g0=1973-689=1284㎏/m3。
⑺计算初步理论配合比：用计算所得各项材料用量分别除以水泥用量（应保留三位有效数字）得：水泥：砂：石：水=302/302：689/302：1284/302：175/302=1.00：2.28：4.25：0.579⑻试拌调整：①试拌用料：用机械搅拌时，应达到搅拌机额定搅拌量的1/4；一般应按成型所需试件的混凝土体积乘1.2～1.3的系数计算试样用料量。
②试拌调整：应实测坍落度、拌和物表观密度和制作强度试件。
【坍落度：是指筒高与试体坍落后的最高点的距离。
单位以㎜计，精确度为5㎜。
】当坍落度偏小时：保证W/C不变，同时增加水和水泥用量；当坍落度偏大时：粘聚性和保水性良好时，保持砂率不变，同时增加砂和石子用量；当坍落度偏大、粘聚性和保水性不良时，可增加砂子用量，直至符合要求为止。
然后提出供测定混凝土强度用的基准配合比。
【基准配合比是经按配合比设计规程计算、试拌调整、其拌和物性能符合要求后的配合比】。
⑼以基准配合比的水灰比为基准，分别采用将基准水灰比值增加和减少0.05的水灰比、与基准配合比相同的用水量、相应增加和减少1﹪的砂率，另外同时计算两个配合比进行试拌调整，并实测坍落度、拌和物表观密度和制作强度试件。
⑽混凝土配合比确定：①抗压强度试验：执行《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）。
试件制作时，试件尺寸应与粗骨料最大粒径d max相匹配：试件成型：采用Φ16×600捣棒，分两层装模，每层插捣12次/100㎜2。
（12次/100mm×100mm、25次/150mm×150mm、48次/200mm×200mm）。
强度计算公式：加荷载速度：＜C30（0.3～0.5MPa/s）；≥C30且＜C60（0.5～0.8MPa/s）；≥C60（0.8～1.0MPa/s）。
f cc=F/A式中f cc——混凝土立方体试件抗压强度（MPa，精确至0.1MPa）；F—试件破坏荷载（N）；A—试件承压面积（㎜2）。
取三个试件强度测值的平均值作为该组试件的强度平均值。
当三个测值中的最大值或最小值与中间值之差超过中间值的15﹪时，则取中值；当最大值或最小值与中间值之差同时超过中间值的15﹪时，则该组试件的试验结果无效。
②根据强度与灰水比的关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度f cu,0相对应的灰水比（C/W），再采用基准配合比实测的用水量和求出的灰水比，通过计算、调整得出确定的配合比。
设配合比试验结果如下表：A 作图法：以三个配合比的灰水比为横坐标、相应的7d龄期抗压强度为纵坐标画出灰水比—抗压强度关系曲线。
