水泥混凝土配合比设计

一、概述
混凝土吉各组成材料用量之比即为混凝土的配合比。

混凝土配合比设计就是根据原材料的性能和对混凝土的技术要求，通过计算和试配调整，确定出满足工程技术经济指标的混凝土各组成材料的用量。

本节阐述水泥、水、细集料和粗集料四组分的组成设计。

1.混凝土配合比表示方法
水泥混凝土配合比表示方法，有下列两种：
1)单位用量表示法
以每1㎡混凝土中各种材料的用量表示，例如：水泥：水：细集料：粗集料=330㎏：150㎏：706㎏：1264㎏。

2)相对用量表示法
以水泥的质量为1，并按“水泥：细集料：粗集料；水灰比”的顺序排列表示，例如1:2.14:3.82;W/C=0.45.
2.配合比设计的基本要求
混凝土配合比设计，应满足下列四项基本要求：
1)满足结构物设计强度的要求
不论混凝土路面或桥梁，在设计时都会对不同的结构部位提出不同的“设计强度”要求。

为了保证结构物的可靠性，采用一个比设计强度高的“配制强度”，才能满足设计强度的要求。

2)满足施工工作性的要求
按照结构物断面尺寸和形状、配筋的疏密以及施工方法和设备来确定工作性(坍落度或维勃稠度)。

3)满足环境耐久性的要求
根据结构物所处环境条件，如严寒地区的路面或桥梁、桥梁墩台在水位升降范围等，为保证结构的耐久性，在设计混凝土配合比时应考虑允许的“最大水灰比”和“最小水泥用量”。

4)满足经济性的要求
在保证工程质量的前提下，尽量节约水泥，合理地使用材料，以降低成本。

3．混凝土配合比设计的步骤
混凝土配合比设计可按下列步骤进行：
1)计算“初步配合比”
根据原始资料，按我国现行的配合比设计方法，计算初步配合比，即水泥：水：细集料：粗集料=m co：m wo：m so：m go。

2)提出“基准配合比”
根据初步配合比，采用施工实际材料，进行试拌，测定混凝土拌合物的工作性(坍落度或维勃稠度)，调整材料用量，提出一个满足工作性要求的“基准配合比”，即m ca：m wa：m sa：m ga。

3)确定“试验室配合比”
以基准配合比为基础，增加和减少水灰比，拟定几组(通常为三组)适合工作性要求的配合比，通过制备试块、测定强度，确定既符合强度和工作性要求，又较经济的试验室配合比，即m cb：m wb：m sb：m gb。

4)换算“施工配合比”
根据工地现场材料的实际含水率，将试验室配合比换算为施工配合比，即m c：m w：m s：m g。

或1：m w/m c：m s/m c：m g/m c。

二、普通混凝土配合比设计方法(以抗压强度为指标的计算方法)
1．初步配合比的计算 1)确定混凝土的配制强度f cu ，o
为了使所配制的混凝土具有必要的强度保证率(即P=95%)，要求混凝土配制强度必须大于其标准值。

按式(1)确定：
σ645.1+=k cu o cu f f ，， (1)
式中：f cu ，o ——混凝土的施工配制强度(MPa)；
f cu ，k ——混凝土立方体抗压强度标准值(即设计要求的混凝土强度等级) (MPa)； σ——由施工单位质量管理水平确定的混凝土强度标准差(MPa)。

混凝土标准差(σ)值按式(2)计算：
1
1
22--=
∑=n n f
n
i f i
cu cu
μσ， (2)
其中：f cu ，i ——第i 组混凝土试件立方体抗压强度值(MPa)；
μfcu ——n 组混凝土试件立方体抗压强度平均值(MPa)； n ——统计周期内相同等级的试件级数，n ≥25组。

混凝土强度标准差(σ)可根据近期同类混凝土强度资料求得，其试件组数不应少于25组。

当混凝土强度等级为C20和C25级，其强度标准计算值小于2.5MPa 时，计算配制强度时的标准差应取不小于2.5MPa ；当混凝土强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算值小于3.0 MPa 时，计算配制强度时的标准差应取不小于3.0MPa 。

若无历史统计资料时，强度标准差可根据要求的强度等级按表1规定取用。

标准差σ值 表1
2)计算水灰比(W/C)
(1)按混凝土要求强度等级计算水灰比和水泥实际强度，根据已确定的混凝土配制强度f cu ，o ，由式(3)计算水灰比：(MPa)
⎪⎭
⎫
⎝⎛-=b W C f f ce a o cu αα， (3)
式中：f cu ，o ——混凝土配制强度(MPa)；
αa 、αb ——混凝土强度回归系数，根据使用的水泥和粗、细集料经过试验得出的灰水比
与混凝土强度关系式确定，若无上述试验统计资料时，可采用表2数值。

C/W ——混凝土所要求的灰水比； f ce ——水泥的实际强度值(MPa)。

回归系数αa 、αb 选用表 表2
由式(3)得
ce
b a o cu ce a f f f C W
⋅⋅+⋅=ααα， (4) 在无法取得水泥实际强度时，采用的水泥强度按式(5)计算：
k ce c ce f f ，⋅=γ (5)
式中：f ce ——水泥强度等级的标准值
γc ——水泥强度等级值的富余系数，该值按各地区实际统计资料确定，通常取
γc =1.00～1.13。

(2)按耐久性校核水灰比
按式(4)计算所得的水灰比，系数强度要求计算得到的结果。

在确定采用的水灰经时，还应根据混凝土所处环境条件，耐久性要求的允许最大水灰比(参见表3)进行校核。

如按强度计算的水灰比大于耐久性允许的最大水灰比，应采用允许的最大水灰比。

普通混凝土的最大水灰比和最小水泥用量表3
注：①摘自《普通水泥混凝土配合比设计规程》（JTJ55-2000）；
②当用活性掺和料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量；
③配制C15及其以下等级的混凝土，可不受本表限制。

3)选定单位用水量(m wo)
(1)水灰比在0.40～0.80范围时，根据粗集料的品种、粒径及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按表5、表6选取。

干硬性混凝土的用水量(㎏/m3) 表5
塑性混凝土的用水量(㎏/m 3) 表6
注：①摘自《普通水泥混凝土配合比设计规程》（JTJ55-2000）；
②本表用水量采用中砂时的平均值。

采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5～10㎏；采用粗砂时，则可减少
5～10㎏；
③掺用各种外加剂或掺合料时，用水时应相应调整。

(2)水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定。

(3)流动性和大流动性混凝土的用水量则以表6中坍落度90㎜的用水量为基础，按坍落度每增大20㎜用水量增加5㎏，计算出未掺外加刘时的混凝土的用水量。

当掺外加剂时，混凝土用水量可按式6计算：
）（，ab wo ad w m m β-=1 (6)
式中：m w ，ad ——掺外加剂混凝土的单位用水量(㎏/m 3)；
m wo ——未掺外加剂混凝土的单位用水量(㎏/m 3)；
βad ——外加剂的减水率(%)，经试验确定。

4)计算单位水泥用量(m co ) (1)按强度要求计算单位用灰量
每立方米混凝土拌合物的用水量(m wo )选定后，即可根据强度或耐久性要求和已求得的水灰比(W/C)值计算单位水泥用量。

C
W m m wo
co
(7) (2)按耐久性要求校核单位水泥用量
根据耐久性要求，普通水泥混凝土的最小水泥用量，依结构物所处环境条件确定，见表3。

按强度要求由式(7)计算得的单位水泥用量，应不低于表3规定的最小水泥用量。

5)选定砂率(βs )
(1)坍落度为10～60㎜的混凝土砂率，可根据粗骨料品种、最大粒径和混凝土拌合物的水灰比，按表7确定。

混凝土的砂率(%) 表7。