普通混凝土配合比设计和试配(李彦昌)

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C10~C15 尽可能提高粘聚 性 C20~C45 保持粘聚性适中 C50~C60 尽可能降低粘聚 性
用水量适当提高
掺合料取代量提 高 适当提高砂率 适当降低外加剂 用量
用水量适当居中
掺合料取代量居 中 砂率适中 外加剂用量居中
尽量降低用水量
掺合料取代量适 当降低 适当降低砂率 适当提高外加剂 用量
补充措施 减少粉煤灰掺量，适当 加大水泥用量 适当引气
氯离子
冻融交替
掺合优质引气剂，保证 混凝土的含气量
盐冻
掺合优质引气剂，含气 量高于普通冻融交替
配筋构件还须补充防氯 离子钢筋锈蚀的措施
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单项破坏因素的防止措施
破坏因素
碱集料反应 硫酸盐侵蚀 渗水 盐结晶
Байду номын сангаас
主要措施
选用非活性或低活性集料 ，限制混凝土中碱含量
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设计引气混凝土配合比时的差异
体积法可以通过设置含气量参数α ，来设计不同含气量的混凝土配合 比。而质量法对此无能为力，只能辅助于实际含气量时的校正。 举例：分别设计含气量为1%、2%、3%的混凝土配合比
注意：体积法设计的不同含气量配合比需要考虑含气量损失、振捣等 因素导致的亏方问题，在设计时可根据容重和实测的含气量结果进行 修正。修正好的配合比不会影响实际使用过程中的配合比调整。
的配合比。
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质量法和体积法的优缺点
质量法 优点：简单易学。 缺点：误差较大，需频繁校正
体积法
优点：准确。适用面较广。 缺点：需要精确测定原材料的表观密度。
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举例
质量法和体积法的最大差别之处还在于混凝土配合比调整方面。 现代混凝土原材料的质量波动很大，施工配合比的调整非常频繁，调 整的各个参数可能有：砂率、外加剂掺量、掺合料取代比例、原始用 水量等。 质量法的弊端：调整后的混凝土体积发生了一定程度的变化。如 果要精确到1m3，需要频繁进行校正。 体积法：调整后的混凝土配合比体积始终为1m3。利用Excel函数 和公式，可以准确、快速的实现体积法的参数调整。
冬期配合比的设计应符合《建筑工程冬期施工规程》JGJ/T 104-2011的要求。 其它的性能指标，如含气量、碱总量等应参考相关标准规定。
2 配 合 比 设 计 流 程
工作性能 强度 耐久性能
质量控制水平 σ 胶凝材料品质 及掺量
强度保证率、 保证系数
配制强度
砂石种类
水胶比
砂率
外加剂
原始用水量
其它具体设计细节可参考：《混凝土结构耐久性设计 与施工指南(2005修订版)》CCES 01-2004
4 设计方法：
质量法、体积法。
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配合比设计细化思路
结合混凝土性能进行配合比设计
不同强度等级混凝土的性能，决定了设计采取的思路
和策略。例如C10~C15，C20~C45，C50~C60这三个 系列的混凝土特性不同，需要分开进行设计。 目前搅拌站常用的系列配合比设计方法是对《普通混 凝土配合比设计规程》JGJ55的扩展和深化，比较适合搅 拌站的实际情况。但系列配合比设计应以设计参数基本 相同为原则，水胶比跨度不宜过大。
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争议二：应采用何种干燥状态的骨料
骨料表面干燥的状态分为：1、全干，2、气干（干燥），3、饱和面 干，4、湿润。 全干状态（或称烘干状态）：是砂在烘箱中烘干至恒重，达到内、 外部均不含水。 气干状态（或者干燥状态）：在砂的内部含有一定水份，而表层 和表面是干燥无水的，砂在干燥的环境中自然堆放达到干燥往往 是这种状态。 饱和面干状态：骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥。 湿润状态：砂的内部不但含水饱和，其表面还被一层水膜覆裹， 颗粒间被水所充盈。
顶板
180mm
适中
低 较高 适中
适中
低 高 较低
适中
高 低 较高
适中
高 低 较高
适中
低 低 较低
底板（大体 180mm 积） 地面 柱 160mm 160mm
4 结合搅拌站可用材料性能进行设计
搅拌站正在使用的原材料品种直接影响混凝土配合比 的设计思路。例如粉煤灰和外加剂的质量影响原始用水 量选择，砂的质量影响砂率的选择等等。
3 环境对混凝土破坏原因的分类
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注：钢筋锈蚀本身是电化学作用，但从砼保护层的护筋 性讨论主要是物理作用，碳化也有化学作用
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配合比设计时应考虑的提高耐久性措施
破坏因素 钢筋锈蚀 碳化 主要措施 提 高 混 凝 土 强 度 （ C40~50 以上）保证 保护层厚度
加大保护层厚度，降低 氯离子渗透系数（掺加 粉煤灰、矿粉，适当提 高混凝土强度）
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设计原则及基本规定
应根据工程性质和所处的环境确定混凝土性能指标和选择原 材料。当混凝土有多项性能要求时，应采取措施确保主要技 术要求，并兼顾其他性能要求。 最大水胶比应符合《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 的规定。
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设计原则及基本规定
矿物掺合料用量应符合有关规定，并经试验确定。计算出的 胶凝材料用量应符合《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011的规定。
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耐久性综合设计应注意的主要因素和指标
（1）确定环境破坏的主要因素和次要因素。
（2）根据破坏因素和服务年限确定耐久性的要求指标。 （3）采取有效的提高耐久性的通用措施，综合兼顾耐久 性、强度、防裂等要求，确定各项材料参数。 （4）要考虑现场施工条件，施工质量水平，施工单位的
质量保证体系。同时也要考虑经济性。
4 结合工程部位特征进行设计
墙柱、顶板、大体积、地面等工程部位，对混凝土的 要求不一，需要根据不同部位进行配合比设计。例如大 体积混凝土采用高掺合料用量以减少水化热、地面保证 较高的水泥用量和较小的坍落度以防止起砂、墙柱采取 较高的强度保证率以确保验收时的回弹强度等。
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部位 (构件) 窄剪力墙 坍落度 220mm 以上 用水 量 高 水泥用 量 高 掺合料 外加剂 砂率 用量 用量 适中 适中 大
其它设计规程
《水工混凝土配合比设计规程》DL/T 5330-2005 《自密实混凝土应用技术规程》CECS 203：2006 《轻骨料混凝土技术规程》（JGJ 51-2002） 这些设计规程对相应的混凝土进行了设计方法的规定。
2 配合比确定原理
上述Bolomey公式也是美国ACI(211.1)、英国(BRE1988)、法国 (Dreux 1970)、日本等配合比设计的基础。
1 法国路桥实验中心基于Feret公式和Farris模型建议的 配合比设计方法
一、混凝土的强度可用Feret公式通过有限的配合比参数进行预测； 按照Farris模型，认为混凝土是砂、石、水泥三类固相颗粒形成的复合 悬浮液体，混凝土的工作性与拌合物的粘性密切相关。 二、根据上述理论，对混凝土的配合比作以下三项假设：有一定 组成的混凝土强度主要受浆体性质的控制；不含砂、石的浆体可有最 高的强度；当混凝土集料的组成一定时，拌和物的工作性取决于浆体 的体积和浆体的流动性； 三、满足一定的强度及工作性要求时，需要浆体体积最小的砂率 为最优砂率；对于等体积、等粘度、不同组成的浆体，最优砂率相同。 基于以上假设，大部分试验就可用模型材料进行，即用砂浆进行 力学试验，用浆体进行流变试验。这样可大大减少试验的工作量。
1 全计算法
陈建奎基于Mehta和Aitcin教授的观点和混凝土材料组成的四 项假定： 一、混凝土各组成材料（包括固、气、液相）具有体积加和 性； 二、石子的空隙由干砂浆来填充； 三、干砂浆的空隙由水来填充； 四、干砂浆由水泥、细掺料、砂和空隙所组成。 五、水胶比决定强度。 对高性能混凝土配合比设计，提出一种全计算方法，修正了 传统的绝对体积法，使高性能混凝土配合比设计从半定量走向定 量、从经验走向科学，是混凝土配合比设计上一较大的改进。
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饱和面干状态
饱和面干状态，即砂的内部和表层均含水达到饱和状态，而表 面的开口孔隙及面层却处于无水状态。 拌合混凝土的砂处于这种状态时，与周围水的交换最少，对配 合比中水的用量影响最小。因此，建议使用饱和面干的砂子进行混 凝土配合比的试配。
争议来自：
JGJ55-2011规定使用骨料：细骨料含水率小于0.5%，粗骨料含 水率小于0.2%，接近于气干的状态；而从配合比理论上说，应该用 饱和面干状态的骨料。 到底应该使用什么样干燥状态的骨料？我认为如果从实用的角 度可使用接近气干的骨料，从准确的角度宜使用饱和面干状态的骨 料。
补充措施
掺加粉煤灰、矿粉 适当提高强度，引 气 掺加粉煤灰、矿粉
选用低 C3A 水泥，掺 加粉煤灰、矿粉 提高强度，引气 掺加引气剂，保证 含气量
弱酸性腐蚀
提高强度
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设计和配制耐久性防裂混凝土的一般通用途径
耐久混凝土应该是抗裂性好的混凝土，耐久混凝土应考虑防止裂 纹措施，而耐久和防裂措施许多是一致的。 1．选用水泥 低早强（防裂要求R24h<10-12MPa） 低水化热、低C3A含量、低含碱量 2．坚固耐久的集料，用锤式破碎机破碎的碎石（级配和粒 形 较 好），冲洗干净。 3 ．尽可能减少胶凝材料总量，为此尽可能降低单方拌合水量。 为此选择合适的坍落度（纠正现在不管场合追求 200－220mm 高坍落度） 4．掺加粉煤灰、矿粉或两者复掺 5．掺加优质引气剂
1 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55中的 质量法和体积法
20世纪70年代末，配合水泥国家标准的修订，颁布《普通 混凝土配合比设计技术规定》（JGJ55-81）。 经历的几次修订：《普通混凝土配合比设计规程》 （JGJ/T55-96、JGJ55-2000、JGJ 55-2011）。
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最佳浆骨比配合比设计方法
础上，对主要的配合比设计参数作出一些假设，从而得到试拌用的第一 盘配料的配合比。 其主要假设有： 一、水泥浆与骨料的体积比为35∶65。 二、用水量根据混凝土强度等级取不同的设定值。 三、假定含气量，再根据用水量和水泥浆体积，算出水泥用量。 四、近似假设水泥与矿物掺合料(粉煤灰、硅灰及矿渣等)的体积 比 为75∶25，复合双掺时，硅灰与粉煤灰或矿渣的体积各为 10%，15%； 五、粗细骨料体积比设为60∶40； 六、高效减水剂的掺量设为1%。 由于这种方法中有许多假设，所以第一盘配料经计算出的配合比仅能 起引导作用，为了获得正确的配合比，尚需进行大量的试验。
Mehta P K和Aitcin P C基于 该方法是在现有HPC实践经验的基
1 英国的Domone P L J等基于最大密实度理论的配 合比设计方法
一、使集料所占据的相对体积尽可能地多，集料颗粒之间的 空隙由具有一定水胶比的浆体填充。 二、浆体的水胶比根据混凝土的设计强度确定。但是如果浆 体仅仅填充集料间的空隙，则混凝土拌和物将不能流动，必须使 浆体有一定的富裕，以对集料起润滑作用。 三、此外还要考虑细集料颗粒的表面积效应，使实际使用的 最优砂率小于集料颗粒堆积最密实时的砂率。 “最大密实度理论”可使混凝土在具有良好工作性的前提下胶 结浆体的含量达到最小，以降低混凝土工作度的经时损失、水化 热、收缩、徐变以及碱一集料应的可能性。
胶凝材料、集料、砂石用量
系列水胶比试配
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争议一：质量法与体积法
质量法（前称重量法、假定容重法）是JGJ55提出的新的设 计方法，当时是从使用者的角度出发，尽量简化设计程序而确定
的。它用不太精确的假定来代替以前体积法繁琐的试验和计算， 最后用修正系数来校正，确保了配合比的计算精度。 标准在条文说明中指出“在实际工程中，混凝土配合比设计 通常采用质量法。……体积法对技术要求略高。”标准中没有明 确说明体积法和质量法的区别和优劣，对于标准使用者来说，无 法判断哪个方法的好坏，多数就偏向于使用简单的质量法。其实， 随着现代办公软件的普及，例如微软Excel软件的运用，可以很 方便的对配合比设计的各个参数和公式进行计算，从而得到精确
结合搅拌站生产工艺进行
骨料的存储与计量情况、搅拌机的生产能力、罐车的
性能也同样影响混凝土配合比设计思路。
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试配与配合比确定注意事项
试配前的准备
应作有配计划 准备充足的原材料 所有原材料要进行检测 完善试验条件 搅拌机叶片间隙过大要及时修理或更换 试模涂刷隔离剂应尽可能少 微膨胀混凝土应采用铁试模 搅拌机、振动台均应有计时器等