混凝土配合比设计

第四节混凝土的配合比设计混凝土配合比是指混凝土中各组成材料（水泥、水、砂、石）用量之间的比例关系。

常用的表示方法有两种：①以每立方米混凝土中各项材料的质量表示，如水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg；②以水泥质量为1的各项材料相互间的质量比及水灰比来表示，将上例换算成质量比为水泥∶砂∶石=1∶∶4，水灰比=。

一、混凝土配合比设计的基本要求设计混凝土配合比的任务，就是要根据原材料的技术性能及施工条件，合理选择原材料，并确定出能满足工程所要求的技术经济指标的各项组成材料的用量。

混凝土配合比设计的基本要求是：(１)满足混凝土结构设计所要求的强度等级。

(２)满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性。

(３)满足混凝土的耐久性（如抗冻等级、抗渗等级和抗侵蚀性等）。

(４)在满足各项技术性质的前提下，使各组成材料经济合理，尽量做到节约水泥和降低混凝土成本。

二、混凝土配合比的三个参数(一) 水灰比（W/C）水灰比是单位体积混凝土中水与水泥质量的比值，是影响混凝土强度和耐久性的主要因素。

其确定原则是在满足强度和耐久性的前提下，尽量选择较大值，以节约水泥。

（二）砂率（βS）砂率是指砂子质量占砂石总质量的百分率。

砂率是影响混凝土和易性的重要指标。

砂率的确定原则是在保证混凝土拌和物粘聚性和保水性要求的前提下，尽量取小值。

（三）单位用水量单位用水量是指1m3混凝土的用水量。

单位用水量的多少反映了单位混凝土中水泥浆与集料之间的比例关系。

在混凝土拌和物中，水泥浆的多少显著影响混凝土的和易性，同时也影响强度和耐久性。

其确定原则是在达到流动性要求的前提下取较小值。

水灰比、砂率、单位用水量是混凝土配合比的三个重要参数，在配合比设计中正确地确定这三个参数，就能使混凝土满足上述设计要求。

三、混凝土配合比设计的方法步骤（一）配合比设计的基本资料（１）明确设计所要求的技术指标，如强度、和易性、耐久性等。

（２）合理选择原材料，并预先检验，明确所用原材料的品质及技术性能指标，如水泥品种及强度等级、密度等；砂的细度模数及级配；石子种类、最大粒径及级配；是否掺用外加剂及掺和料等。

（二）初步配合比的计算1．确定混凝土试配强度（）在正常施工条件下，由于人、材、机、工艺、环境等的影响，混凝土的质量总是会产生波动，经验证明，这种波动符合正态分布。

为使混凝土的强度保证率能满足规定的要求，在设计混凝土配合比时，必须使混凝土的试配强度高于设计强度等级，可按下式估计：,0cu f ≥,cu k f -t （3-7）式中 —混凝土的试配强度，MPa ；—设计龄期要求的混凝土强度等级，MPa ；σ—施工单位的混凝土强度标准差的历史统计水平，MPa ；若无统计资料时，可参考表3-16取值。

t —与混凝土要求的保证率所对应的概率度，见表3-17。

当设计龄期为28 d 时，抗压强度保证率P 为95%，此时t =,式3-7变为,0cu f ≥,cu k f +σ （3-8）表3-16混凝土强度标准差σ值 (单位：Mpa)( DL/T5330—2005)表3-17不同t 值的保证率P2．确定水灰比值（/W C ）（1）满足强度要求的水灰比：根据已测定的水泥实际强度f ce （或选用的水泥强度等级f ce,k ）、粗集料种类及所要求的混凝土配制强度，按混凝土强度经验公式（3-3）计算水灰比，则有,0(-)cu a ce b Cf f W αα= 变为 ,a ce cu o a b cef W C f f ααα=+ (3-9） （2）满足耐久性要求的水灰比：根据表3-18、表3-19分别查出满足抗渗性、抗冻性要求的水灰比值，与表3-14（或表3-15）对照，取三者中的小值作为满足耐久性要求的水灰比。

同时满足强度、耐久性要求的水灰比，取(1)(2)中的小值。

3．确定单位用水量（m wo ）（1）干硬性和塑性混凝土用水量的确定 ①/WC =～时，根据施工要求的坍落度值和已知的粗集料种类及最大粒径，可由表3-20（或表3-21）中的规定值选取单位用水量。

②/WC 小于的混凝土及采用特殊成型工艺的混凝土，用水量通过试验确定。

表3-18抗渗等级允许的最大水灰比表3-19抗冻等级允许的最大水灰比28d 抗冻等级 普通混凝土 引气混凝土 F50 F100 F150 F200— —表3-20 水工常态混凝土单位用水量参考值 (DL/T5330—2005)（单位：kg/m 3）kg/m 3。

2.采用人工砂时，用水量需增加5 kg/m 3～10 kg/m 3。

3.掺入火山灰质掺和料时，用水量需增加10 kg/m 3～20 kg/m 3；采用Ⅰ级粉煤灰时，用水量可减少5 kg/m 3～10 kg/m 3。

4.采用外加剂时，用水量应根据外加剂的减水率作适当调整，外加剂的减水率应通过试验确定。

5.本表适用于骨料含水状态为饱和面干状态。

表3-21 混凝土单位用水量选用表（JGJ55—2000）（单位：kg/m 3）可减少5～10kg 。

2.掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。

3.本表不适用于水灰比小于或大于的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土。

（2）流动性、大流动性混凝土的用水量按下列步骤计算：①以表3-20(或3-21)中坍落度90mm 的用水量为基础，按坍落度每增大20mm 用水量增加5kg ，计算出未掺外加剂的混凝土用水量；②掺外加剂时混凝土用水量按下式计算：0(1)WaW m m β=- （3-10）式中 m wa —掺外加剂混凝土的单位用水量，kg/m 3；m w0—未掺外加剂混凝土的单位用水量，kg/m 3； β—外加剂的减水率，%，经试验确定。

4．计算混凝土的单位水泥用量（m c0）根据已选定的单位用水量（m w0）和已确定的水灰比（/W C ）值，可由下式求出水泥用量：/W C m m W C=（3-11）根据结构使用环境条件和耐久性要求,查表3-13中规定的1m 3混凝土最小的水泥用量,最后取两值中大者作为1m 3混凝土的水泥用量。

5．确定砂率（βs ） (１)计算法测得混凝土所用砂、石的表观密度和堆积密度，求出石子的空隙率，按以下原理计算砂率：砂子填充石子空隙并略有剩余。

即000000k ρ'100%ρρS s sS g s gm Pm m k P β=⨯=''++×100% （3-12）式中：βs —砂率，%；m s 0、m g 0—分别为砂、石用量，kg ；ρ0s ′、ρ0g ′—分别为砂、石的堆积密度，kg/m 3； p —石子的空隙率；k —拨开系数（又称富裕系数）k =~，用碎石及粗砂取大值。

（2）试验法在用水量和水灰比不变的条件下，拌制5组以上不同砂率的试样，每组相差2%~3%，测出各组的坍落度或维勃稠度。

在坐标上绘出砂率与坍落度（或维勃稠度）关系图，从曲线上找出极大值所对应的砂率即为所求的最优砂率（见图3-6（a ））。

(3)查实践资料法：根据本单位对所用材料的使用经验选用砂率。

如无使用经验，按集料种类规格及混凝土的水灰比值按表3-22（或表3-23）选取。

表3-22水工常态混凝土砂率（%）参考值（DL/T5330—2005）2.砂的细度模数每增减，砂率相应增减 %～ %。

3.使用碎石时，砂率需增加3 %～5 %。

4.使用人工砂时，砂率需增加2 %～3 %。

5.掺用引气剂时，砂率可减小2 %～ 3 %；掺用粉煤灰时，砂率可减小1 %～2 %。

表3-23混凝土砂率选用表（%）（JGJ55—2000）2.本表适用于坍落度10～60mm 的混凝土。

对坍落度大于60mm 的混凝土，应在上表的基础上，按坍落度每增大20mm ，砂率增大1%的幅度予以调整。

3.只用一个单粒级粗集料配制混凝土时，砂率应适当增大。

4.对薄壁构件砂率取偏大值。

6．计算1m 3混凝土的砂、石用量（m s 0、m g 0）砂、石用量可用质量法或体积法求得，实际工程中常以质量法为准。

（1）质量法：根据经验，如果原材料情况比较稳定，所配制的混凝土拌合物的表观密度将接近一个固定值，可先假设（即估计）每立方混凝土拌合物的质量ρcp （kg/m 3）按下列公式计算m s 0、m g 0：（3-13）式中：ρcp —混凝土拌合物的假定表观密度，kg/m 3。

可根据集料的表观密度、粒径及混凝土强度等级30000cp ρ1c s g w m m m m m +++=⨯{0s00100%βs s g m m m ⨯=+参考表3-24选取；m c0—每立方米混凝土的水泥质量，kg ；m s0—每立方米混凝土的砂的质量，kg ； m g0—每立方米混凝土的石子的质量，kg ； m w0—每立方米混凝土的水的质量，kg ；βs —砂率，%。

表3-24混凝土拌和物湿表观密度参考值（kg/m 3）2.骨料表观密度每增减100 kg/m 3，混凝土拌和物质量相应增减60 kg/m 3；混凝土含气量每增、减1%，拌和物质量相应增、减1%。

3.表中括弧内的数字为引气混凝土的含气量。

（2）体积法假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积及拌合物中所含空气的体积之和，用下式计算1m 3混凝土拌合物的各材料用量：(3-14)式中：ρc、ρw—分别对应水泥、水的密度（kg/m 3）； ρg ′、ρs ′—砂、石的表观密度（kg/m 3）；α—混凝土含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可选取α=1。

解以上联式,即可求出m s 0、m g 0。

至此，可得到初步配合比，但以上各项计算多是利用经验公式或经验资料获得的，由此配成的混凝土有可能不符合实际要求，所以须对初步配合比进行试配、调整。

（三）试配、调整，确定基准配合比采用工程中实际采用的原材料及搅拌方法，按初步配合比计算出配制15L~40L 所需的材料用量，拌制成混凝土拌合物。

首先通过试验测定坍落度，同时观察粘聚性和保水性。

若不符合要求，应进行调整。

调整的原则如下：若流动性太大，可在砂率不变的条件下，适当增加砂、石用量；若流动性太小，应在保持水灰比不变的条件下，增加适量的水和水泥；粘聚性和保水水性不良时，实质上是混凝土拌合物中砂浆不足或砂浆过多，可适当增大砂率或适当降低砂率，调整到和易性满足要求时为止。

其调整量可参考表3-25。

当试拌调整工作完成后，应测出混凝土拌合物的表观密度（ρct ），并重新计算出每立方米混凝土的各项材料用量，即为供混凝土强度试验用的基准配合比。

0s00100%βs s g m m m ⨯=+0000''c w gs 001αρρρρg c w s m m m m ++++．＝１{设调整和易性后试验的材料用量为水m wb 、水泥m cb 、砂m sb 、石子m gb ，则基准配合比为：(3-15)式中m wJ 、m cJ 、m sJ 、m gJ — 基准配合比混凝土每立方米的用水量、水泥用量、细集料用量和粗集料用量，kg/m 3；ρcP —混凝土拌和物表观密度实测值，kg/m 3。