钢纤维混凝土配合比设计方法.pdf

以抗压强度为主控的钢纤维混凝土配合比设计方法 一、基本要求：1、钢纤维直径为，长径比 5080，适宜体积掺量为%，掺量低于%时增韧效果不明显，掺量过高时纤维难分散、混凝土流动度变差、成本高。钢纤维参数选择参照表 5-19、表 5-20；2、每立方米混凝土中胶凝材料用量 400500kg，水泥用量宜在 300400kg 之间，水泥强度等级不宜低于级，砂率一般为 4560，配合比参数参照表 1；3、粗骨料粒径不宜大于 20mm；表 519 钢纤维类型错误!未定义书签。类型号 类型名称 截面形状 长度方向形状 圆直型 圆形 直 熔抽型 月牙形 直 剪切型 矩形 直、扭曲或两端带钩 表 520 钢纤维几何参数采用范围错误!未定义书签。钢纤维混凝土结构类别 长度(mm)直径(等效直径)(mm)长径比 一般浇筑成型的结构 2550 40100 抗震框架节点 4050 50100 铁路轨枕 2030 5070 喷射钢纤维混凝土 2025 4060 表 1 普通混凝土配合比设计参数参考表(自定，待验证)砼强度等级 C20 C30 C40 C50 C60 C70 C80 C90 C100 胶凝材料质量(kg)35020 36020 40020 45020 48020 50020 53020 55020 58020 水胶比 W/B 砂率(%)4560 二、钢纤维增强混凝土配合比设计方法1,2 4 混凝土配制强度的确定 4.0.1 混凝土配制强度应按下列规定确定：1当混凝土的设计强度等级小于 C60 时，配制强度应按下式计算：cu,0cu,k1.645ff(4.0.1-1)式中，fcu,o钢纤维混凝土配制强度，MPa；fcu,k钢纤维混凝土立方体抗压强度标准值，这里取设计混凝土强度等级值，MPa；混凝土强度标准差，MPa。2当设计强度等级大于或等于 C60 时，配制强度应按下式计算：cu,0cu,k1.15ff(4.0.1-2)4.0.2 混凝土强度标准差应按照下列规定确定：1当具有近 1 个月3 个月的同一品种、同一强度等级混凝土的强度资料时，其混凝土强度标准差应按下式计算：cu,fcu2211inifnmn(4.0.2)式中，fcu,i第i组的试件强度，MPa；mfcun组试件的强度平均值，MPa；n试件组数，n值应大于或者等于 30。对于强度等级不大于 C30 的混凝土：当计算值不小于时，应按照计算结果取值；当计算值小于时，应取。对于强度等级大于 C30 且不大于 C60 的混凝土：当计算值不小于时，应按照计算结果取值；当计算值小于时，应取。2当没有近期的同一品种、同一强度等级混凝土强度资料时，其强度标准差可按表 4.0.2 取值。表 4.0.2 标准差值(MPa)混凝土强度标准值 C20 C25C45 C50 C55 5 混凝土配合比计算 水胶比 5.1.1 混凝土强度等级小于 C60 等级时，混凝土水胶比宜按下式计算：abcu,0abb/fWBff (5.1.1)式中：W/B混凝土水胶比；a、b回归系数，按规程 5.1.2 条的规定取值；fb胶凝材料（水泥与矿物掺合料按使用比例混合）28d 胶砂强度（MPa），可实测，试验方法应按现行国家标准水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）GB/T 17671 执行；也可按本规程条确定。5.1.2 回归系数（a、b）宜按下列规定确定：1根据工程所使用的原材料，通过试验建立的水胶比与混凝土强度关系式来确定；2当不具备上述试验统计资料时，可按表 5.1.2 采用。表 回归系数(a、b)取值表 粗骨料品种 系数 碎石 卵石 a b 当胶凝材料 28d 胶砂抗压强度值(fb)无实测值时，可按下式计算：bfsceff.2)式中：f、s 粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按表选用；fce水泥 28d 胶砂抗压强度，MPa，可实测，也可按本规程第条规定。表 粉煤灰影响系数f和粒化高炉矿渣粉影响系数s 掺量(%)种类 粉煤灰影响系数f 粒化高炉矿渣粉影响系数s 0 10 20 30 40 50-注：1 采用级、级粉煤灰宜取上限值；2 采用 S75 级粒化高炉矿渣粉宜取下限值，采用 S95 级粒化高炉矿渣粉宜取上限值，采用 S105 级粒化高炉矿渣粉可取上限值加。3 当超出表中的掺量时，粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数应经试验确定。当水泥 28d 胶砂抗压强度（fce）无实测值时，可按下式计算：cecce,gff 式中：c 水泥强度等级值的富余系数，可按这际统计资料确定；当缺乏实际统计资料时，也可按表选用。fce,g水泥强度等级，MPa。表 水泥强度等级值的富余系数(c)水泥强度等级值 富余系数 用水量和外加剂用量 5.2.1 每立方米干硬性或塑性混凝土的用水量（mwo）应符合下列规定：1混凝土水胶比在范围时，可按表 5.2.1-1 和表选取；2混凝土水胶比小于时，可通过试验确定。表 5.2.1-1 干硬性混凝土的用水量（kg/m3）拌合物稠度 卵石最大公称粒径（mm）碎石最大粒径（mm）项目 指标 维勃稠度（s）1620 175 160 145 180 170 155 1115 180 165 150 185 175 160 510 185 170 155 190 180 165 表 5.2.1-2 塑性混凝土的用水量（kg/m3）拌合物稠度 卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）项目 指标 坍落度（mm）1030 190 170 160 150 200 185 175 165 3550 200 180 170 160 210 195 185 175 5570 210 190 180 170 220 105 195 185 7590 215 195 185 175 230 215 205 195 注：本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加 510kg；采用粗砂时，可减少 510kg。以本规程表中 90mm 坍落度的用水量为基础，按每增大 20mm 坍落度相应增加 5kg/m3用水量来计算，当坍落度增大到 180mm 以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。基于保证剩余强度和混凝土耐久性考虑，单方用水量需小于 200kg，采用低水胶比、大掺和料的方式设计混凝土配合比。5.2.2 掺外加剂时，每立方米流动性或大流动性混凝土的用水量（mwo）可按下式计算：w00(1)wmm(5.2.2)式中：mw0计算配合比每立方米混凝土的用水量，kg；0wm未掺加外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m3），以本规程表中90mm坍落度的用水量为基础，按每增大 20mm坍落度相应增加5kg/m3用水量来计算，当坍落度增大到 180mm 以上时，随坍落度相应增加的用水量可减少。外加剂的减水率，应经混凝土试验确定。胶凝材料、矿物掺合料和水泥用量 5.3.1 每立方米混凝土的胶凝材料用量（mbo）应按下式计算：0b0/wmmWB(5.3.1)式中：mb0计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量，kg；mw0计算配合比每立方米混凝土用水量，kg；W/B混凝土水胶比。5.3.2 每立方米混凝土的矿物掺合料用量（mf0）计算应按下式计算：f0b0fmm(5.3.2)式中：mf0计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量，kg；f矿物掺合料掺量，%，可结合本规程条和第条的规定确定。计算水胶比过程中确定的矿物掺合料掺量，%。5.3.3 每立方米混凝土的水泥用量（mco）应按下式计算：c0b0f0mmm(5.3.3)式中：mc0计算配合比每立方米混凝土中水泥用量，kg。砂率及钢纤维体积率 5.4.1 砂率（s）应根据骨料的技术指标，混凝土拌合物性能和施工要求，参考历史资料确定。钢纤维混凝土的砂率宜在 45%60%之间；可按下式计算：10pfpfSSV 式中，Spf钢纤维混凝土砂率，%；Sp钢纤维掺量体积率，%；Vf钢纤维掺量体积率，%。也可按下表初选：表 钢纤维混凝土砂率选用表(自定，待验证)拌合料条件 最大粒径 20mm 碎石 最大粒径 20mm 卵石 纤维长径比lf/df=50 纤维体积率Vf=%砂细度模数f=40 35 lf/df增减 10 5 5 Vf增减%3 3 砂细度模数增减 1 1 钢纤维体积率 以下的钢纤维体积率为经验所得，可供选用者参考 表 钢纤维体积率选用表 钢纤维混凝土结构类别 钢纤维体积(%)一般浇筑成型结构 局部受压构件、桥面、预制桩桩尖 铁路轨枕、刚性防水屋面 喷射钢纤维混凝土 钢纤维宜用长径比 5080，体积率为 1%2%，长度 2030mm；钢纤维体积率不应小于%；计算配合比时，为保证设计的力学性能，应同时计算钢纤维掺为%、%、%、%、%的配比并进行试验，以在短时间内确定设计性能的钢纤维适宜体积率；尽量选择异形钢纤维（波浪型、端钩型、压痕型等），少用直线型。粗、细骨料用量 采用体积法计算粗、细骨料用量，应按公式和下列公式计算：g0c0fos0w0cfgsw10.011fmmmmmV sssgmmm 式中：c水泥表观密度，kg/m3，应按水泥密度测定方法GB/T 208 测定，也可取2900 kg/m33100kg/m3；f矿物掺合料密度，kg/m3，可按水泥密度测定方法GB/T 208 测定；g粗骨料的表观密度，kg/m3，应按现行行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ52 测定；s细骨料的表观密度，kg/m3，应按现行行业标准普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ52 测定；w水的密度（kg/m3），可取 1000 kg/m3；Vf钢纤维的体积率，%；混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取为 1；s砂率，按式或由表得到。常用材料密度如下表：表 常用原材料密度 原材料 密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)水泥 29003100 矿渣 2900 粉煤灰 2200 硅灰 2200 砂 2650 碎石 2670 钢纤维 7854 水 1000 6 混凝土配合比的试配、调整与确定 应按下式计算混凝土配合比校正系数：,c tc c(6.2.2-2)式中：混凝土配合比校正系数；c,t混凝土拌合物表观密度实测值，kg/m3；c,c混凝土拌合物表观密度计算值，kg/m3。当混凝土拌合物表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的 2时，按本规程第 6.2.1 条调整的配合比可维持不变；当二者之差超过 2时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数（）。混凝土施工配合比换算3 混凝土实验室配合比计算用料是以干燥骨料为基准的，但实际工地使用的骨料常含有一定的水分，即存在含水率（式(6.2.2-3)），因此必须将实验配合比进行换算，换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工用的配合比。其换算方法如下：%100%湿材料质量干材料质量含水率 干材料质量(6.2.2-3)设施工配合比 1m3 混凝土中胶凝材料、水、砂、石的用量分别为bm、wm、sm、gm；并设工地秒子含水率 a%、石子含水率为 b%。则施工配合比 1m3 混凝土中各材料用量应为 bbmm 6.2.2-4(1%)ssmma 6.2.2-5(1%)ggmmb 6.2.2-6%wwsgmmm amb 6.2.2-7 例题 1：设计 C40 钢纤维混凝土，设计坍落度 180200mm，钢纤维体积率%，所用原材料如下：级普通硅酸盐水泥，表观密度为 3000kg/m3；级粉煤灰，掺量 20%，表观密度为2250kg/m3；中砂(f=，级配合格，表观密度 2650kg/m3；石灰岩碎石：520mm，级配合格，表观密度 2700kg/m3；钢纤维lf/df=70，表观密度 7854kg/m3。外加剂为聚羧酸类高性能减水剂（液体），含固量为 20%，适宜掺量为 1%，减水率 30%，混凝土含气量%。试求：1.混凝土计算配合比。混凝土掺加聚羧酸类高性能减水剂的目的是为了既要使混凝土拌合物和易性有所改善，又要能节约水泥用量，求此掺减水剂混凝土的配合比；2.经试配制混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为 3%，石子含水率为 1%，试求计算混凝土施工配合比。解：1.求混凝土计算配合比。（1）确定混凝土配制强度（fcu,0）cu,0cu,k1.645ff=40+5=MPa（2）胶凝材料 28d 胶砂强度(fb)计算 由 JGJ 55-2011 表查得级粉煤灰掺量 20%时影响系数f取，由表可知级普通硅酸盐水泥fce,g为，其富余系数c为，则 bcfce,gff=（3）确定水胶比（W/B）abcu,0abb0.53 39.4/0.4048.20.53 0.20 39.4fWBff （4）确定用水量（mw）查表，对于最大粒径为 20mm 的碎石混凝土，当坍落度为 90mm 时，1m3混凝土的用水量可选用 215kg，现要求坍落度为 180200mm（190mm），按标准坍落度每增大 20mm 需增加 5kg 用水量，故需要增加 25kg/m3，即实际需要 240kg 用水量，由于掺入聚羧酸类高性能减水剂%，减水率为 30%，混凝土含气量 为%。故实际用水量为：mw=240=168 kg （5）计算胶凝材料用量（mb0）0168421kg/0.40wbmmWB （6）粉煤灰掺量：mf=42120%=84kg；（7）水泥用量：mc=421(1-20%)=337kg；（8）减水剂用量：ma=4211%=；（9）钢纤维质量mfiber=78541%=。（10）确定砂率（s）由表，碎石粒径 520mm 时，砂率 40%，长径比ld/df=70 时，砂率增加 10%，砂细度模数 M时，砂率减 4%，故计算砂率为 40%+10%4%46%。（10）计算砂石用量（ms0、mg0）由式（）及式（）00000337841681 1%0.01 2.5 130002250 100026502700100%46%gsssgmmmmm 解此联立方程，则得ms0=797kg，mg0=936kg（11）写出混凝土计算配合比（以体积法为例）：1.1m3混凝土中各材料用量为水泥 337kg，粉煤灰 84kg，水 168kg，砂 797kg，碎石 936kg，钢纤维。2.换算成施工配合比 设施工配合比 1m3混凝土中水泥、粉煤灰、砂、石、水、减水剂等各材料用量分别为cm、fm、sm、gm、wm、am，fiberm则 cmmc0=337kg fm=mf0=84kg am=ma0=fibermmfiber=smms0(1+a%)=797(1+3%)=821kg gm=mg0(1+b%)=897(1+1%)=945kg wm=mw0-ms0b%-ma080%=168-7653%-8971%80%=131kg 参考文献 1 林小松,杨果林.钢纤维高强与超高强混凝土M.北京:科学出版社,2002,34-39.2 JGJ55-2011 普通混凝土配合比设计规程S.北京:中国建筑工业出版社,2011,1-18,156-161.3 张亚梅.土木工程材料(第五版)M.南京:东南大学出版社,156-159.