第五章 第二节 普通水泥混凝土组成设计

3) 缓凝剂 能延缓混凝土凝结时间， 能延缓混凝土凝结时间，并对其后期强度无不良影响的外加剂 缓凝剂的主要品种：糖类、木质素磺酸盐类、 ⑴ 缓凝剂的主要品种：糖类、木质素磺酸盐类、羟基羧基及其 盐类、无机盐类、 盐类、无机盐类、氯盐类 缓凝剂缓凝的机理： ⑵ 缓凝剂缓凝的机理：水泥初期水化速度变慢 4) 早强剂 能提高混凝土早期强度并对后期强度无影响的外加剂 早强剂主要品种有：氯盐类、 ⑴ 早强剂主要品种有：氯盐类、硫酸盐类和有机胺类 ⑵ 机理分析 增加水泥浆体中固相比例， 增加水泥浆体中固相比例，有助于水泥石结构的形成 氧氯化钙不溶性 如：CaCl2＋Ca(OH)2 →氧氯化钙不溶性 Na2SO4＋Ca(OH)2 →硫酸钙高分散性 硫酸钙高分散性 氯盐类早强剂不得用于大部分钢筋混凝土工程
（3）用水量 ）
拌合物的性能在水泥浆与集料性质一定的前提下，取决 于浆集比，也可用单位用水量来表示即用水量 。
3、混凝土配合比设计的步骤 、 （1）计算初步配合比 ） （2）提出基准配合比 ） 3） （3）确定试验室配合比 （4）换算工地配合比 ）
mc0：mw0：ms 0：m g 0
1）、初步配合比计算（以抗压强度为指标） ）、初步配合比计算 ）、初步配合比计算（ （1）确定试配强度 f cu,0 ）
外加剂分类
1) 按其主要功能分类 2) 按化学成分分类 (1) 无机化合物 早强剂CaCl 如：早强剂CaCl2和Na2SO4等，主要是无机电解质盐 类 (2) 有机化合物 如：表面活性剂类和某些有机化合物及复盐 表面活性现象图 表面活性现象 分子组成特点图表面活性分子模型 亲油端（憎水基） 亲水端（亲水基） 亲油端（憎水基）、亲水端（亲水基） 离子型： 离子型：阳离子型 阴离子型 非离子型
2、配合比设计的三个参数 、 （1）水灰比 ）
通常根据强度和耐久性确定水灰比。
抗压强度： 抗压强度：fcu,28 ＝A⋅fce ⋅（C/W－B） ⋅ － ） 抗折强度： 抗折强度：fcf,28 ＝C＋D⋅fcef＋E⋅C/W ＋ ⋅ ＋ ⋅ 耐久性校核： 耐久性校核：最大水灰比 （2）砂率 ） 矿料骨架的性能，在砂石性质一定的前提下，取决于砂 与石之间的用量比例。
表观密度法——方程组 表观密度法——方程组： 方程组：
mc0 + mw0 + ms0 + m g 0 = mcp ms0 × 100% βs = ms0 + mg0
2）、 混凝土配合比的试配、调整与确定 混凝土配合比的试配、
1) 基准配合比——检查混凝土拌合物的施工和易性 基准配合比——检查混凝土拌合物的施工和易性 配合比调整：保持水灰比不变， 配合比调整：保持水灰比不变，相应调整用水量或砂率 2) 设计配合比 (1) 确定水灰比与强度的关系 28d 强 度 检 验 ： 基 准 配 合 比 用 水 灰 比 W/C ， W/C±0.05 28d W/C± 03） （0.03） 试拌混合料的和易性检测符合要求 (2) 设计配合比的确定 强度试验 灰水比C/W 由配制强度fcu,0→灰水比C/W图5-22 强度与水灰比的关系 cu,0 设计配合比： 设计配合比 ： 用水量 mw、 水泥用量 mc、 粗细集料用量 mg和 ρ c, t ms → 修正系数δ = (3) 混凝土组成材料用量的调整 ρ c,c 表观密度计算值ρc,c＝mc＋mw＋ms＋mg 表观密度实测值ρc,t 设计配合比：水泥：水：砂：石子＝ mc：mw ：ms：mg 设计配合比：水泥： 石子＝
水 粗集料 细集料
此两者起骨架作用。 此两者起骨架作用。
各种材料所占比例见表5-21所示
表5-21 混凝土组成Βιβλιοθήκη Baidu各组分材料绝对体积 比
组成 水泥 水 砂 石 成分 占混 10~15 15~20 20~33 35~48 凝土 总体 22~35 66~48 积的 （%）
空气 1~3 1~3
（一）水泥 1、水泥品种选择 、 根据工程的特点、环境因素、施工条件与气候选 用类型 。 2、水泥强度等级 、
（6）计算粗细集料的单位用量 ） ①质量法：（假定表观密度法） 假定砼拌合物的表观密度为固定值，砼拌合物 各组成材料的单位用量之和即为其表观密度（砂率已 知情况下）
体积法（绝对体积法） ②体积法（绝对体积法） 假定砼拌合物的体积等于各组成材料绝对体积 和砼拌合物中所含空气体积之总和。在砂率已知的 条件下，粗细集料的单位用量：
图3-18 表面活性现象 -
图3-19 表面活性分子模型 -
常用混凝土外加剂
1) 减水剂 在不影响混凝土工作性的条件下， 在不影响混凝土工作性的条件下 ， 具有减水及增强作用外 加剂 (1) 减水剂的品种 普通减水剂（具有5 以上减水、增强作用） 普通减水剂 （具有 5％ 以上减水 、 增强作用 ） ： 木质素磺 酸盐类 缓凝减水剂（兼具缓凝功能） 缓凝减水剂（兼具缓凝功能）：糖蜜类 引气减水剂（兼有引气作用） 引气减水剂（兼有引气作用） 高效减水剂（又称超塑化剂或流化剂，具有12％以上减水、 高效减水剂（又称超塑化剂或流化剂，具有12％以上减水、 增强作用） 多环芳香族磺酸盐类、 增强作用）：多环芳香族磺酸盐类、水溶性树脂类 复合减水剂： 复合减水剂： (2) 减水剂的作用机理：发生在水—水泥的界面上 减水剂的作用机理：发生在水—
(
)
小结： 小结：水泥混凝土配合比设计共分四大步骤：初步配 合比设计、基准配合比设计、试验室配合比设计及施 工配合比设计。正确掌握各个步骤的实质是本节课的 关键。
第三节 外加剂
外加剂是在混凝土拌和前或拌合时掺入、掺量不大于水泥质量5% 外加剂是在混凝土拌和前或拌合时掺入、掺量不大于水泥质量5% 特殊情况下除外）， ），并能按照某些要求改善混凝土性能的物质 （特殊情况下除外），并能按照某些要求改善混凝土性能的物质
与结构尺寸有关
5、表面特征和形状 、 6、有害杂质含量 、 7、碱活性检验 、
（三）细集料 1、级配和细度模数 、 （1）级配 ）
混凝土用砂级配，按0.6mm筛孔的累计筛余划分为三个级配区。
（2）细度模数，粗、中、细 ）细度模数，
含泥量及泥块含量 云母含量
2、有害杂质的含量 、
轻物质含量的颗粒 有机质含量 硫化物与硫酸盐含量
与混凝土的设计强度等级相匹配
考虑混凝土抗压强度（低强度时1.1-1.6倍，高 强度时，0.7-1.2倍）。水泥砼路面用 砼路面用水泥的标号与品种选 砼路面用
择，应根据路面的交通等级所要求的设计抗折强度 设计抗折强度来确定。优 设计抗折强度 先选择高强水泥以缩短养护时间。
（二）粗集料 1、强度 、 2、坚固性 、 3、级配 、 4、最大粒径的选择 、
mc0
ρc
+
mw0
ρw
+
ms 0
ρs
+
m g0
ρg
+ 10α = 1000
ms0 × 100 = β s ms0 + m go
最后提出： 最后提出：
mc0：mw0：ms 0：m g 0
水泥混凝土体积组成示意图 绝对体积法——方程组 绝对体积法——方程组： 方程组：
mc0 mw0 ms0 mg0 + + + + 10a = 1000 ′ ρw ρ s′ ρg ρc ms0 β = × 100% s ms0 + mg0
二、普通混凝土的配合比设计
★ 组成设计内容 确定原材料：明确强度、和易性、 确定原材料：明确强度、和易性、耐久性要求 配合比设计： 配合比设计：确定各组成材料用量 ★ 混凝土配合比的常用表示方法 以1m3混凝土中各种材料的质量表示 330kg 185kg 598kg 水 泥 330kg ， 水 185kg ， 砂 598kg ， 石 子 1281kg 1281kg 以水泥质量为1 以水泥质量为1表示其它各项材料用量的相对关系表示 水泥： 石子＝ 1.81：3.88；水灰比＝ 水泥：砂：石子＝1：1.81：3.88；水灰比＝0.56 ★ 水泥混凝土配合比设计的主要步骤 初步配合比→基准配合比→设计配合比→ 初步配合比→基准配合比→设计配合比→施工配合比
f cu,0 = f cu, k + 1.645s
（2）计算水灰比 ） ① 按强度计算 ② 复核耐久性 按耐久性要求，复核水灰比不得大于表3-12 中的规定。
（3）选定单位用水量（mwo） ）选定单位用水量（ ）
★ 依据：坍落度或维勃稠度；碎石或卵石最大粒径 依据：坍落度或维勃稠度； 当水灰比在0 当水灰比在0.4～0.8范围时，查表（教材P211表5-18） 范围时，查表（教材P211表 18） 水灰比≤ 水灰比≤0.4或≥0.8的混凝土及采用特殊成型工艺混凝土 用水量应通过试验确定 流动性、大流动性混凝土的用水量应按下列步骤计算： 流动性、大流动性混凝土的用水量应按下列步骤计算： m wo 未掺外加剂时， 混凝土的用水量以表5 18中坍落度 ① 未掺外加剂时 ， 混凝土的用水量以表 5-18 中坍落度 mco = W 90mm的用水量为基础 ， 按坍落度每增大 20mm 用水量 90mm 的用水量为基础 按坍落度每增大20mm用水量 的用水量为基础， C 增加5kg的原则计算 的原则计算。 增加5kg的原则计算。 ② 掺外加剂时，混凝土用水量按照下式计算： 掺外加剂时，混凝土用水量按照下式计算： mwa = mwo（1－βad）
第二节
普通水泥混凝土的组 成设计
授课目的：了解混凝土组成材料的种类及技术要求。 授课目的：了解混凝土组成材料的种类及技术要求。 重点难点：水泥品种与强度等级选用。 重点难点：水泥品种与强度等级选用。
一、普通水泥混凝土的组成材料 水泥
此两者组成水泥浆，起流动胶结作用。 此两者组成水泥浆，起流动胶结作用。
1、配合比设计指标 、 （1）和易性选择 ）
（2）混凝土的配制强度 ）
1) 混凝土抗压配制强度（fcu,0）：fcu,0≥fcu,k＋1.645σ 混凝土抗压配制强度（ ）： ＋ 2) 混凝土配制抗折强度（fcf,0）：fcf,0＝ k×fcf,k 混凝土配制抗折强度（ ）： ＝
（3）混凝土的耐久性 ）
（4）计算单位水泥用量（mco） ）计算单位水泥用量（ ） ① 按强度计算 ② 复核耐久性
m wo mco = W C
（5）选定砂率 ）
★ 依据：粗集料品种、最大粒径及水灰比 依据：粗集料品种、 坍落度在10 ～ 60mm 范围混凝土砂率 可根据按表5 坍落度在 10～ 60mm范围混凝土砂率 ， 可根据按表 5范围混凝土砂率， 19选用 19选用 坍落度≥100mm的混凝土砂率 应在表5 19的基础上 坍落度≥100mm的混凝土砂率，应在表5-19的基础上， 的混凝土砂率， 的基础上， 按坍落度每增大20mm，砂率增大1 按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整 坍落度＜10mm或在60～100mm内的混凝土及掺用外 或在60 坍落度＜10mm或在 ～100mm内的混凝土及掺用外 加剂和掺合料的混凝土，其砂率应经试验确定. 加剂和掺合料的混凝土，其砂率应经试验确定.
（四 ）外加剂
外加剂是在混凝土拌和前或拌合时掺入、掺量不大于水泥质量5% 外加剂是在混凝土拌和前或拌合时掺入、掺量不大于水泥质量5% 特殊情况下除外）， ），并能按照某些要求改善混凝土性能的物质 （特殊情况下除外），并能按照某些要求改善混凝土性能的物质
课后小结：水泥混凝土的基本组成材料包括粗集料、 课后小结：水泥混凝土的基本组成材料包括粗集料、 细集料、水泥及水。如何控制各项材料的质量是保 细集料、水泥及水。 证混凝土质量的关键，亦是本次课的重点内容。 证混凝土质量的关键，亦是本次课的重点内容。
强度与水灰比的关系
3）、施工配合比换算 ）、施工配合比换算 ）、 设施工现场砂、石含水率分别为a%、b%，则 施工配合比中各材料单位用量为：
mc = mcb′
ms = ms′b (1 + a% )
m g = m g ′b (1 + b% )
mw = mw′b − ms′b a % + m′ b% gb
图 减水剂作用机理
图3－20 减水剂作用机理示意图 －
减水剂定向吸附于水泥颗粒表面 水泥颗粒相互分散 延缓水泥水化
2) 引气剂 经搅拌能在混凝土拌和物中引入大量分布均匀的独立微小气 以改善其工作性， 泡，以改善其工作性，并在其硬化后能保留微小气泡以改善 其抗冻融耐久性的物质 ⑴ 引气剂的主要品种 松香热聚物类、烷基苯磺酸盐类、 松香热聚物类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类 引气剂的作用原理：发生在水— ⑵ 引气剂的作用原理：发生在水—空气界面上 ⑶ 作用功能 ◇ 增加混合料流动性 ◇ 提高混凝土耐久性 ◇ 混凝土弹性模量降低 强度有所降低：引气量以6 ◇ 强度有所降低：引气量以6～8％为宜