水泥配合比设计

混凝土满足耐久性要求的最大水灰（胶）比
公路技术等级 高速、一级公路 二级公路 三、四级公路
最大水灰（胶）比
0.44
0.46
0.48
抗冰冻要求最大水灰（胶）比 0.42
抗盐冻要求最大水灰（胶）比
0.44
0.46
0.40
0.42
0.44
计算用水量
混凝土拌合物每立方米用水量mwo可按以下两式计算 碎石混凝土 mwo =104.97+3.09H+11.27C/W+0.61βS
W 1.5684 0.42 C 5.9 1.0097 0.3595 8.7
由前述碎石公式可得
解得 W/C 为 0.42, 查前表可知耐久性允许最大水灰比 0.5 ，故取水灰比为 0.42
③计算用水量 细度模量为2.4，查表得砂率βs=33（％） 代入前式中为
mwo 104 .97 3.09 2 11.27
道路混凝土拌合物的水灰比根据已知的混凝土配制抗折强度fc 和水泥的 实际抗折强度fs由下式确定。
碎石或碎卵石混凝土
1.5684 W/C fc 1.0097 - 0.3595f s
卵石混凝土
式中 W/C - 水灰比
1.2618 W/C fc 1.5492- 0.4709f s
fs - 水泥实测28d抗折强度，MPa 计算的水灰比不应超过由耐久性决定的最大水灰比值
30-34
34-38
32-36
36-40
34-38
38-42
36-40
④计算水泥用量
每立方米混凝土拌合物水泥用量按下式计算： mco = mwo·C/W
为保证 混凝土路面的耐久性，上式计算的水泥用量不得小于 300Kg/㎥ 。但对道路混凝土而言，水泥用量也不宜太多，用量多不仅 不经济，而且容易产生塑性裂缝、温度裂缝，路面的耐磨性也会降低， 所以在达到质量要求的范围内，水泥用量一般也不宜大于360 Kg/㎥。
= mw - ms· a％ - mG· b％
如果实验室配合比是采用干燥材料为基准的，则上式中a％、b％分别 为施工现场砂、石子的实测含水量。
C.实例设计计算

陕西某重交通量二级公路路面用水泥混凝土配合比。采用滑模摊铺机 施工，施工单位弯拉强度样本标准差s为0.4MPa（样本数n=9）
Ⅰ.原材料各项指标如下 水泥：52.5R普通硅酸盐水泥，密度ρc = 3.1g/c㎥，实测28d胶砂抗折强 度fs = 8.7MPa；碎石：石灰石，最大粒径40mm，级配合格，表观密度 ρ’ G =2.78g/c ㎥ ，实测含水率为2.0 ％；砂：渭河中砂，细度模量 2.4 ， ρ’s=2.73g/c㎥，实测含水量5.0％:；水：自来水；外加剂：FDN高效减 水剂，减水率15％. Ⅱ.设计要求 混凝土抗折强度等级为5MPa，混凝土拌合物的坍落度为10-30mm。
0.22
v
公路技术等级 高速公 路 一级公路 二级公路 三、四级公路
混凝土弯拉强度变异水 平等级
低
低
中
中
中
高
弯拉强度变异系数Cv允 许变化范围
0.050.10
0.05- 0.100.10 0.15
0.10-0.15
0.100.15
0.100.20
②计算水灰比
2495 k 0.973 134 319 703 1406
故混凝土的基准配合比为
mco 319 0.973 310kg / m3 mwo 134 0.973 130kg / m3 mso 703 0.973 684kg / m3
’ 0.973 1368 mGo 1406 kg / m3
卵石混凝土
mwo =86.89+3.70H+11.24C/W+1.00βS
式中； H - 新拌混凝土坍落度； βS - 砂率，％，参照下表
砂的细度模数与最优砂率关系
砂的细度模数 2.2-2.5 2.5-2.8 2.8-3.1 3.1-3.4 3.4-3.7
碎石
砂率（％） 卵石
30-34
28-32
32-36
③强度复核
按试拌调整后的道路混凝土配合比，同时配制和易性满足设计要求的、 较计算配合比水灰比增大0.03与减少0.03共三组混凝土试件，经标准养护 28d，测其抗折强度，选定既满足设计要求又节约水泥的配合比为实验室 配合比。
④施工配合比的换算 实验室配合比是集料处于标准含水状态（全干或饱和面状态）下计算 出来的，施工现场所堆放的材料含水量经常变化，因此，应根据拌制时集 料的实际含水量对实验室的配合比进行调整。 水泥用量不变，为mc 砂的用量 = ms（1+a％） 石子的用量 = mG（1+b％） 水的用量
1 0.61 33 158 kg / m 3 0.42
另外，由于使用了高效减水剂，减水率15％
故计算用水量为
mwo 158 (1 15%) 134 kg / m
3
④计算水泥用量
mco 134 1 319 kg / m3 0.42
⑤计算砂、石子用量
134 319 mso mGo 1000 1 3.1 2.73 2.78 mso 33% mso mGo
①试拌调整
按初步配合比试拌（约 30L ），测定其工作性（坍落度或维勃稠度试 验）。如果工作性不符合设计要求，应对配合比进行调整：流动性不满 足要求，应在水灰比不变的情况下，增减水泥浆用量；如果粘聚性或保 水性不符合要求，则调整砂率的大小。 ②实测拌合物相对密度
由于在计算砂、石用量时未考虑含气量，故应实测混凝土拌合物捣实后 的相对密度，并对各组成材料的用量进行最后调整，以确定基准配合比。
保证率系数 t
公路技术等级 辨 别 概率p 样本数n（组） 3 1.36 6 0.79 9 0.61 15 0.45 20 0.39
高速公路
0.05
一级公路
0.10
0.95
0.59
0.46
0.35
0.30
二级公路
0.15
0.72
0.46
0.37
0.28
0.24
三、四级公路
0.20
0.56
0.37
0.29
参考书目：【路基路面工程】 【水泥与水泥混凝土】 【道路工程材料】
道路水泥混凝土的配合比设计
道路混凝土配合比设计的任务：将组成混凝土的原材料， 即粗，细集料，水和水泥的用量，加以合理的配合，使所 配制的混凝土能满足强度、耐久性及和易性等技术要求， 并尽可能的节约水泥，以获得最大的经济效益。 水泥混凝土路面用混凝土设计方法，按我国现行国际《公 路水泥混凝土路面施工技术规范》（ JTG-2003 ）的规定， 采用抗弯拉或抗压强度为指标的方法。本节介绍规范推荐 的以抗弯拉强度为指标的经验公式法。
⑦强度复核
同时拌制W/C=0.39,0.42,0.45三组水泥混凝土，每组做3个小梁，试件标 准养护 28d ，测得各自的抗折强度为 W/C=0.39 时， f c f =6.41MPa ； W/C=0.42时，fcf=5.93MPa；W/C=0.45时，fcf=5.58MPa； 综合考虑选定W/C=0.42时为实验室配合比。
⑧施工配合比换算
由于实验室采用的砂、石材料为全干状态，因而当现场砂、石含水率为 5.0％、2.0％时的施工配合比为：
mc 310kg / m3 ms 684(1 5.0%) 718kg / m3 mG 1368 (1 2.0%) 1395kg / m3 mw 130 684 5.0% 1368 2.0% 68kg / m3
解得
mso = 703 kg/㎥
mGo = 1406 kg/㎥
⑥试拌调整
按上面初步定出的配合比 m wo = 134 kg/㎥ mco = 319 kg/㎥ mso = 703 kg/㎥ mGo = 1406 kg/㎥ 计算试拌30L混凝土拌合料，测得 坍落度为20mm，流动性符合要求，观察粘聚性和保水性都满足技术要求。 由于设计中未考虑含气量，实测新拌混凝土混合料的密度为 ρh = 2495 kg/㎥。因此，需要对混凝土各组成材料用量调整。 调整系数为
A. 计算初步配合比
① 确定道路混凝土的配制抗折强度 道路混凝土的配制强度可按下式计算：
式中：fc - 配制28d弯拉强度的均值。MPa;
fr - 设计弯拉强度标准值，MPa；
fr fc ts 1 1.04Cv
s - 弯拉强度试验样本的标准差，MPa；
t - 保证率系数； Cv - 弯拉强度变异系数；
⑤计算砂石材料用量
砂石材料用量可用绝对体积法按下式计算
mco
mso mGo mwo 1000 c s G w mso 100 s mso mGo
以上5个步骤可将1立方米道路水泥混凝土中水泥、水、砂、石子用量全 部求出，从而得到道路混凝土初步配合比。
B.配合比调整
交通等级与混凝土抗折强度（抗压强度）之间的关系
交通等级 特重交通 重交通 中等交通 轻交通
抗折强度 5.0MPa （5.5） 5.0MPa 4.5MPa 4.0MPa
抗压强度 C40 C35 C30 C25
Ⅲ.配合比计算 ①确定混凝土的试配抗折强度fc
②计算水灰比W/C
5 fc 0.37 0.4 5.9MPa 1 1.04 0.125