混凝土配比设计.ppt

第四章第四章 混凝土混凝土CONCRETECONCRETE建筑材料 第三节第三节 混凝土的质量控制与评定混凝土的质量控制与评定v 混凝土在生产与施工中，由于混凝土在生产与施工中，由于原材料性能原材料性能波动的影响波动的影响，施工操作的误差施工操作的误差，试验条件试验条件的影响的影响，混凝土的质量波动是客观存在的，因，混凝土的质量波动是客观存在的，因此一定要进行质量管理。此一定要进行质量管理。由于混凝土的抗压强度与混凝土其他性能由于混凝土的抗压强度与混凝土其他性能有着紧密的相关性，能较好地反映混凝土的全有着紧密的相关性，能较好地反映混凝土的全面质量，因此工程中常面质量，因此工程中常以混凝土抗压强度作以混凝土抗压强度作为重要的质量控制指标为重要的质量控制指标，并以此作为评定混，并以此作为评定混凝土生产质量水平的依据。凝土生产质量水平的依据。v3.1 3.1 混凝土强度的波动规律混凝土强度的波动规律正态正态分布分布 在一定施工条件下，对同一种混在一定施工条件下，对同一种混凝土进行随机取样，制作组试件凝土进行随机取样，制作组试件（2525），测得其），测得其2828龄期的抗压龄期的抗压强度，然后以强度，然后以混凝土强度混凝土强度为横坐标，为横坐标，以以混凝土强度出现的概率混凝土强度出现的概率为纵坐标，为纵坐标，绘制出混凝土强度概率分布曲线。实绘制出混凝土强度概率分布曲线。实践证明，混凝土的强度分布曲线一般践证明，混凝土的强度分布曲线一般为正态分布曲线。为正态分布曲线。v3.2 3.2 混凝土质量评定的数理统计方法混凝土质量评定的数理统计方法v（）混凝土强度平均值（）混凝土强度平均值（）混凝土强度平均值可按下式计算：混凝土强度平均值可按下式计算：式中式中:混凝土强度试件组数；混凝土强度试件组数；fcu，i 混凝土第组的抗压强度值。混凝土第组的抗压强度值。v（）混凝土强度标准差（）混凝土强度标准差（）混凝土强度混凝土强度标准差标准差又称均方差，其计算式为又称均方差，其计算式为v 标准差标准差是正态分布曲线上拐点至对称是正态分布曲线上拐点至对称轴的垂直距离轴的垂直距离，可用以作为评定混凝土质量，可用以作为评定混凝土质量均匀性的一种指标。均匀性的一种指标。v（）变异系数（）变异系数（v v）变异系数又称离差系数，其计算式如下变异系数又称离差系数，其计算式如下 由于混凝土强度的由于混凝土强度的标准差（标准差（）随强度）随强度等级的提高而增大等级的提高而增大，故可采用变异系数，故可采用变异系数（v v）作为评定混凝土质量均匀性的指标。）作为评定混凝土质量均匀性的指标。v v值愈小，表示混凝土质量愈稳定；值愈小，表示混凝土质量愈稳定；v v值值大，则表示混凝土质量稳定性差。大，则表示混凝土质量稳定性差。v（）混凝土的强度保证率（）（）混凝土的强度保证率（）混凝土的混凝土的强度保证率强度保证率P P（）是指混凝（）是指混凝土强度总体中，大于等于设计强度等级的概率，土强度总体中，大于等于设计强度等级的概率，在混凝土强度正态分布曲线图中以阴影面积表在混凝土强度正态分布曲线图中以阴影面积表示，见图示，见图 4-6 4-6所示。低于设计强度等级（所示。低于设计强度等级（f fcucu，）的强度所出现的概率为不合格率。）的强度所出现的概率为不合格率。图图 4-6 4-6 混凝土强度保证率混凝土强度保证率v混凝土混凝土强度保证率强度保证率（）（）的计算方法的计算方法为：为：首先根据混凝土设计等级（首先根据混凝土设计等级（f fcucu,）、混凝土）、混凝土强度平均值（强度平均值（）、标准差（）、标准差（）或变异系）或变异系数（数（v v），计算出），计算出概率度概率度（），即（），即v则强度保证率（）就可由正态分布曲线则强度保证率（）就可由正态分布曲线方程积分求得，即方程积分求得，即但实际上当已知值时，可从数理但实际上当已知值时，可从数理统计书中的表内查到值。统计书中的表内查到值。(P107(P107 表表4-174-17）工程中（）值可工程中（）值可根据统计周期根据统计周期内内混凝土试件强度不低于要求强度等混凝土试件强度不低于要求强度等级的组数级的组数N N0 0与试件总组数（与试件总组数（）之比求得，即）之比求得，即v3.3 3.3 混凝土配制强度混凝土配制强度 在施工中配制混凝土时，如果所配在施工中配制混凝土时，如果所配制混凝土的强度平均值（制混凝土的强度平均值（）等于设）等于设计强度（计强度（f fcu,cu,），则由图），则由图4646可知，可知，这时混凝土强度保证率只有这时混凝土强度保证率只有5050。因。因此，为了保证工程混凝土具有设计所此，为了保证工程混凝土具有设计所要求的要求的9595强度保证率，在进行混凝强度保证率，在进行混凝土配合比设计时，必须土配合比设计时，必须使混凝土的配使混凝土的配制强度大于设计强度制强度大于设计强度（f fcu,cu,）。）。v混凝土配制强度混凝土配制强度可按下式计算（可按下式计算（JGJ55-JGJ55-20002000）：）：v式中：式中：f fcu,0cu,0混凝土配制强度（混凝土配制强度（MPaMPa）；）；f fcu,kcu,k设计的混凝土强度标准值设计的混凝土强度标准值（MPa)MPa)；混凝土强度标准差混凝土强度标准差（MPaMPa）。）。v当施工单位不具有近期的同一品种混凝土当施工单位不具有近期的同一品种混凝土的强度资料时，的强度资料时，值可按表。值可按表。第四节第四节 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计 混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例，确定这种数量比例关系的组成材料的质量比例，确定这种数量比例关系的工作，称为工作，称为混凝土配合比设计混凝土配合比设计。混凝土配合比设计必须达到以下混凝土配合比设计必须达到以下四项基本四项基本要求要求，即：，即：（）满足结构设计的强度等级要求；（）满足结构设计的强度等级要求；（）满足混凝土施工所要求的和易性；（）满足混凝土施工所要求的和易性；（）满足工程所处环境对混凝土耐久性的（）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；要求；（）符合经济原则，即节约水泥以降低混（）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。凝土成本。v4.1 4.1 混凝土配合比设计基本参数确定的混凝土配合比设计基本参数确定的原则原则v 水灰比水灰比、单位用水量单位用水量和和砂率砂率是混凝土配合是混凝土配合比设计的三个比设计的三个基本参数基本参数。v 混凝土配合比设计中混凝土配合比设计中确定确定三个参数的三个参数的原则原则是：在是：在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的水水灰比灰比；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据；在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的种类和规格确定粗骨料的种类和规格确定单位用水量单位用水量；砂率砂率应以应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。确定。v 混凝土配合比设计以计算混凝土配合比设计以计算1m1m3 3混凝土中各材料用量混凝土中各材料用量为基准，计算时骨料以为基准，计算时骨料以干燥状态干燥状态为准。为准。v4.2 4.2 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计基本原理基本原理（1 1）绝对体积法）绝对体积法 绝对体积法的基本原理绝对体积法的基本原理是：假定刚浇捣完毕的混是：假定刚浇捣完毕的混凝土拌合物的体积，等于其各组成材料的绝对体积及混凝土拌合物的体积，等于其各组成材料的绝对体积及混凝土拌合物中所含少量空气体积之和。凝土拌合物中所含少量空气体积之和。v（）质量法（假定表观密度法）（）质量法（假定表观密度法）如果原材料比较稳定，可先如果原材料比较稳定，可先假设混凝土的假设混凝土的表观密度为一定值表观密度为一定值，混凝土拌合物各组成材，混凝土拌合物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。料的单位用量之和即为其表观密度。v4.3 4.3 混凝土配合比设计的步骤混凝土配合比设计的步骤4.3.1 4.3.1 设计的基本资料设计的基本资料混凝土的强度等级、施工管理水平；混凝土的强度等级、施工管理水平；对混凝土耐久性要求；对混凝土耐久性要求；原材料品种及其物理力学性质；原材料品种及其物理力学性质；混凝土的部位、结构构造情况、施工条件等。混凝土的部位、结构构造情况、施工条件等。4.3.2 4.3.2 初步配合比计算初步配合比计算（）确定试配强度（）确定试配强度（f fcu,cu,0 0）v（）计算水灰比（）计算水灰比（W/CW/C）根据根据强度公式强度公式计算水灰比：计算水灰比：v式中：式中：f fcu,0cu,0混凝土试配强度混凝土试配强度,a a；f fcece水泥水泥28d28d的实测强度的实测强度,a a；a a,b b回归系数，与骨料品种、水泥品回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可通过试验求得。种有关，其数值可通过试验求得。v普通混凝土配合比设计规程（普通混凝土配合比设计规程（JGJ552003JGJ552003）提供的提供的a a、b b 经验值为：经验值为：采用碎石：采用碎石：a a=0.46=0.46b b0.520.52 采用卵石：采用卵石：a a=0.48=0.48b b=0.61=0.61v（）选定单位用水量（）选定单位用水量（w0w0）；用水量根据）；用水量根据施工要求的施工要求的坍落度坍落度和和骨料品种规格骨料品种规格选用。选用。|注注：本本表表用用水水量量系系采采用用中中砂砂时时的的平平均均取取值值，采采用用细细砂砂时时，每每立立方方米米混混凝土用水量可增加凝土用水量可增加510，采用粗砂则可减少，采用粗砂则可减少510。|掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。v（）计算水泥用量（）计算水泥用量（c0c0）根据已确定的根据已确定的 W/C W/C和和w0w0，可求出，可求出m m3 3混凝混凝土中水泥用量土中水泥用量c0c0：v为保证混凝土的耐久性，由上式得出的水泥为保证混凝土的耐久性，由上式得出的水泥用量还应大于表用量还应大于表4 48 8 规定的规定的最小水泥量最小水泥量。如算得的水泥用量小于表如算得的水泥用量小于表4 48 8规定值，应规定值，应取取规定规定的最小水泥用量的最小水泥用量值值。v（）选择合理的砂率值（）选择合理的砂率值（s s）合理砂率可通过试验、计算或查表求得。合理砂率可通过试验、计算或查表求得。试验是通过变化砂率检测混合物坍落度，能获得最试验是通过变化砂率检测混合物坍落度，能获得最大流动度的砂率为大流动度的砂率为最佳砂率最佳砂率。也可根据骨料种类、规也可根据骨料种类、规格及混凝土的水灰比，参考表格及混凝土的水灰比，参考表49 49 选用。选用。v（6 6）计算粗、细骨料用量）计算粗、细骨料用量 重量法（假定表现密度法）应按下式计算：重量法（假定表现密度法）应按下式计算：c0c0g0g0s0s0w0w0 cpcpv体积法（绝对体积法）时，应按下式计算：体积法（绝对体积法）时，应按下式计算：v通过以上计算，得出通过以上计算，得出每立方米混凝土各种材每立方米混凝土各种材料用量料用量，即，即初步配合比初步配合比计算完成。计算完成。v4.4 4.4 配合比的调整与确定配合比的调整与确定 通过计算求得的各项材料用量（初步配合比通过计算求得的各项材料用量（初步配合比），必须进行试验加以检验并进行必要的调整。），必须进行试验加以检验并进行必要的调整。v（）（）调整和易性，确定基准配合比调整和易性，确定基准配合比 按初步计算配合比称取材料进行按初步计算配合比称取材料进行试拌试拌。混凝。混凝土拌合物搅拌均匀后土拌合物搅拌均匀后测坍落度测坍落度，并检查其粘聚，并检查其粘聚性和保水性能的好坏。性和保水性能的好坏。如实测坍落度小于或大于设计要求，可如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持保持水灰比不变水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂适当提高砂率率。每次调整后再试拌，直到符合要求为止。每次调整后再试拌，直到符合要求为止。当试拌工作完成后，记录好各种材料调整后当试拌工作完成后，记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密度实际表观密度（c c，t t）。）。此满足和易性的配比为基准配合比。此满足和易性的配比为基准配合比。v（）（）检验强度和耐久性，确定试验室配检验强度和耐久性，确定试验室配合比合比 基准配合比能否满足强度要求，需进行强基准配合比能否满足强度要求，需进行强度检验。一般采用度检验。一般采用三个不同的配合比三个不同的配合比，其中，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比水灰比值值，应较基准配合比分别，应较基准配合比分别增加及减少增加及减少0.050.05，其其用水量用水量应该与基准配合比相同，但应该与基准配合比相同，但砂率值砂率值可可做适当调整并测定表观密度。各种配比制作两做适当调整并测定表观密度。各种配比制作两组强度试块，如有耐久性要求，应同时制作有组强度试块，如有耐久性要求，应同时制作有关耐久性测试指标的试件，标准养护关耐久性测试指标的试件，标准养护28d28d进行强进行强度测定。度测定。v（3 3）配合比的确定）配合比的确定 确定混凝土确定混凝土初步配合比初步配合比 根据试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土根据试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土强度关系，用作图或计算法求出与混凝土配制强度强度关系，用作图或计算法求出与混凝土配制强度（f fcu,0cu,0）相对应的灰水比值，并按下列原则确定每）相对应的灰水比值，并按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量：立方米混凝土的材料用量：用水量（）用水量（）取取基准配合比基准配合比中的中的用水量用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度，进行调整；进行调整；水泥用量（）水泥用量（）取取用水量乘以用水量乘以选定出的选定出的灰水比灰水比计算而得；计算而得；粗、细骨料用量（、）粗、细骨料用量（、）取取基准配合比基准配合比中中的粗、细骨料的粗、细骨料用量用量，并按定出的灰水比进行调，并按定出的灰水比进行调整。整。至此，得出混凝土初步配合比。至此，得出混凝土初步配合比。v 确定混凝土确定混凝土正式配合比正式配合比 在确定出初步配合比后，还应进行混凝土表观密度在确定出初步配合比后，还应进行混凝土表观密度较正，其方法为：较正，其方法为：首先首先算出混凝土初步配合比的表观算出混凝土初步配合比的表观密度计算值（密度计算值（c c，c c），即），即 c c，c c=十十十十十十v再用再用初步配合比进行试拌混凝土，测得其表观密度实初步配合比进行试拌混凝土，测得其表观密度实测值（测值（c c，t t），然后按下式得出校正系数），然后按下式得出校正系数，即，即v当混凝土表观密度当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值实测值与计算值之差的绝对值不不超过超过计算值的计算值的时，则上述得出的初步配合比即可时，则上述得出的初步配合比即可确定为混凝土的正式配合比设计值。确定为混凝土的正式配合比设计值。v若二者之差若二者之差超过时超过时，则须将初步配合比中每项材，则须将初步配合比中每项材料用量均乘以校正系数得值，即为最终定出的混凝土正料用量均乘以校正系数得值，即为最终定出的混凝土正式配合比设计值，通常也称实验室配合比。式配合比设计值，通常也称实验室配合比。v4.5 4.5 混凝土混凝土施工配合比施工配合比换算换算 混凝土混凝土实验室配合比实验室配合比计算用料是以计算用料是以干燥骨干燥骨料料为基准的，但实际为基准的，但实际工地使用的骨料常含有工地使用的骨料常含有一定的水分一定的水分，因此必须将实验室配合比进行换，因此必须将实验室配合比进行换算，换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工算，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：用的配合比。其换算方法如下：设施工配合比设施工配合比1 m1 m3 3混凝土中水泥、水、砂、混凝土中水泥、水、砂、石的用量分别为石的用量分别为CC、；并设；并设工地砂子含水率为工地砂子含水率为a a，石子含水率为，石子含水率为b b。则。则施工配合比施工配合比1 m1 m3 3混凝土中各材料用量为混凝土中各材料用量为 C=C C=C S=S(1+a%)S=S(1+a%)G=G(1+b%)G=G(1+b%)W=W-Sa%-Gb%W=W-Sa%-Gb%v例例4-24-2某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为计强度等级为3030，施工要求混凝土坍落度为，施工要求混凝土坍落度为30305050，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差5MPa5MPa。所用原材料情况如下：。所用原材料情况如下：水泥：水泥：42.542.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.10=3.10/cm/cm，水泥强度等级标准值的富余系数为，水泥强度等级标准值的富余系数为1.081.08；砂：中砂，级配合格，砂子表观密度砂：中砂，级配合格，砂子表观密度osos=2.60=2.60/cm/cm；石：石：5 530mm30mm碎石，级配合格，石子表观密度碎石，级配合格，石子表观密度ogog=2.65=2.65/cm/cm3 3；v试求：试求：1 1混凝土计算配合比；混凝土计算配合比；2 2若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要若经试配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求，无需作调整。又知现场砂子含水率为，石子石子含水率为含水率为1 1，试计算混凝土施工配合比。试计算混凝土施工配合比。v 解：解：v求混凝土计算配合比求混凝土计算配合比 (1)(1)确定确定混凝土混凝土配制强度配制强度（f fcu,0cu,0）f fcu,0cu,0=f=fcu,k cu,k+1.645=30+1.645+1.645=30+1.6455 5=38.2 MPa=38.2 MPa 值值查表查表4 46 6 (2)(2)确定水灰比确定水灰比（W/CW/C）f fcece=c cffce,kce,k=1.0842.5=45.9MPa(=1.0842.5=45.9MPa(c c富余系数富余系数)由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由表表表表4-84-84-84-8,干燥环境容许干燥环境容许干燥环境容许干燥环境容许最大水灰比最大水灰比为为为为0.650.650.650.65，故可确定水，故可确定水，故可确定水，故可确定水灰比为灰比为灰比为灰比为0.530.530.530.53。v（3 3）确定用水量确定用水量（m mw0w0）查查表表47 47，对对于于最最大大粒粒径径为为3030的的碎碎石石混混凝凝土土，当当所所需需坍坍落落度度为为30305050时时,1m,1m3 3混混凝凝土土的用水量可选用的用水量可选用185kg185kg。v（4 4）计算水泥用量计算水泥用量（m mc0c0）按按表表48 48，对对于于干干燥燥环环境境的的钢钢筋筋混混凝凝土土，最最小小水水泥泥用用量量为为260260，故故可可取取m mc0c03493493 3。v（5 5）确定砂率确定砂率（s s）查查表表49 49，对对于于采采用用最最大大粒粒径径为为4040的的碎碎石石配配制制的的混混凝凝土土，当当水水灰灰比比为为0.530.53时时，其其砂砂率率值值可可选选取取32%32%37%(37%(采用插入法选定采用插入法选定),),现取现取s s=35=35。v（）（）计算砂、石用量计算砂、石用量（s0s0、g0g0）用体积法计算，将用体积法计算，将m mc0c0=349=349；m mw0w0=185=185代入方程组代入方程组解此联立方程，则得：解此联立方程，则得：s0=641，g0=1192v（7 7）该混凝土）该混凝土计算配合比计算配合比为：为：m m3 3混混凝凝土土中中各各材材料料用用量量为为：水水泥泥：349349，水水 ：185185，砂砂：641641，碎碎石石：11921192。以以质质量量比比表表示示即为：即为：水泥：砂：石水泥：砂：石=：1.84 1.84：3.423.42，0.530.53v 2 2确定施工配合比确定施工配合比 由由现现场场砂砂子子含含水水率率为为，石石子子含含水水率率为为1 1，则则施工配合比为：施工配合比为：水泥水泥:c c施施 =m=mc0c0=349=349 砂子砂子:s s施施 =s0s0（1+3%1+3%）=641=641（1+3%1+3%）=660=660 石子石子:g g施施 =g0g0（1+1%1+1%）=1192=1192（1+1%1+1%）=1204=1204 水水:w w施施=m=mw0w0s0s03%3%g0g01%1%=185 =1856413%6413%11921%=15411921%=154