不同混凝土配合比设计方法.pptx

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1、目录CONTENTS01钢纤维混凝土02基于工作性能的纤维纳米混凝土03基于骨料最紧密堆积的混凝土04抗冻型机场水泥混凝土05连续配筋混凝土第1页/共29页01钢纤维混凝土配合比设计方法第2页/共29页01 选题背景钢纤维的掺入对混凝土抗压强度没有明显的增强效果，对早期抗折强度和劈拉强度有较大增长。研究表明，对于钢纤维混凝土，如保持其他材料不变，外掺钢纤维，则随着钢纤维的增加，单方混凝土的水泥浆减少，而保持水灰比不变，增加水泥浆，则会增加单方混凝土的水泥量，若随着钢纤维掺量的增加而增大砂率或者将钢纤维计入粗骨料，虽然能够保证流动性的一致，但是也难以证明混凝土的劈拉和收缩等性能是掺入钢纤维导致的

2、，而不是粗骨料减少的作用。为了克服这种试验结果因配合比设计方法而异的缺点，提出了一种简便的SFRC配合比设计方法。配合比设计方法的提出第3页/共29页01 钢纤维混凝土首先，根据普通混凝土配合比设计方法设计基准混凝土配比，参考矿物掺和料取代水泥的方法，将钢纤维作为骨料掺入混凝土中，同时保持原基准配比中砂率不变，相应减少粗细骨料量，基准配比中其他材料的量均不变。由于钢纤维长径比和比表面积与粗细骨料长径比和比表面积相比均较大，因此等量取代粗细骨料以后，混凝土的流动性降低。配合比设计步骤01为了确保钢纤维取代粗细骨料后，混凝土的流动性能够保持一致，引入了取代系数，当掺入钢纤维的质量为msf时，减少的

3、骨料质量为msf，取代系数通过试验确定。在普通混凝土配合比设计方法的基础上，建立简便的配合比设计方法计算公式：mg0=mg0-(1-)msfms0=ms0-msf其中：mg0、ms0分别为1m3基准混凝土中的粗骨料和细骨料的质量，ms0、ms0分别为1 m3钢纤维混凝土(SFRC)中的粗骨料和细骨料的质量，为砂率。相关公式02第4页/共29页02基于工作性能的纤维纳米混凝土配合比设计方法第5页/共29页02 基于工作性能的纤维纳米混凝土基于工作性的配合比设计方法的提出：纤维混凝土的配合比设计较之于普通混凝土更加复杂，离散性也更大，不同研究者的试验结果往往有较大差异。相比纤维混凝土，纤维纳米混凝

4、土中影响配合比设计的因素更多，应用传统配合比设计方法试验量较大，且所得结果的广泛适用性难以保证。由此提出基于工作性的配合比设计方法。02（3）确定混凝土中砂浆富余系数砂浆富余系数=Vm/Vog式中：Vm为砂浆体积，m3；Vog为粗骨料松堆时的空隙体积，m3。第6页/共29页02 基于工作性能的纤维纳米混凝土为了保证砂浆和混凝土的工作性，水泥浆体富余系数和砂浆富余系数都应大于1。纳米材料的加入会影响水泥浆富余系数，而钢纤维的加入则会影响砂浆富余系数。设计时应注意问题01该方法通过引入浆体富余系数和砂浆富余系数，将部分混凝土的工作性试验转化为水泥砂浆的试验，减少了试验量。水泥浆体富余系数和砂浆富余

5、系数的值稳定，应用于其他试验或工程时只需测出方便量测的材料基础数据即可，具有普遍适用性。此方法优点02第7页/共29页03基于骨料最紧密堆积的混凝土配合比设计方法第8页/共29页03 基于骨料最紧密堆积的混凝土凝土的性能和其密实度有很大的关系，要想配制出密实的混凝土，骨料之间就要有良好的级配，有最小的空隙，也就是骨料混合后有最大的堆积密度，即达到骨料的最紧密堆积什么是最紧密堆积可以根据骨料的相关技术指标计算出粗细骨料的合理质量比例，使其混合后的骨料有最大的堆积密度，此时骨料间的空隙最小，即为骨料的最紧密堆积怎么计算最紧密堆积基于骨料最紧密堆积的混凝土提出两种配合比设计方法设计方法第9页/共29

6、页03 基于骨料最紧密堆积的混凝土根据经验可得单位体积用水量mw，在水胶比已知的前提下，可计算胶凝材料的质量（以下所指体积、质量的计量均限定为单方混凝土）：混凝土由浆体和砂、石骨料构成，所以：混凝土中浆体由胶凝材料和水构成，所以其体积：根据上式可以计算出单方混凝土中水mw、胶凝材料mb、砂ms、石mg的用量。初步理论配合比确定。（1）体积法第10页/共29页03 基于骨料最紧密堆积的混凝土混凝土拌合物中的浆体，除了填充骨料间的空隙，还要包裹骨料的表面，以减少骨料间的摩阻力，使混凝土拌合物具有一定的流动性。也就是说浆体除了填充粗细骨料混合后的空隙之外还应有一定量的富余，来保证混凝土具有一定的流动

7、性。实际混凝土拌合物中浆体的体积大于骨料间空隙的体积。为了方便，这里引入一个浆空比（K）概念，即单位体积混凝土拌合物中浆体的体积与粗细骨料混合后的空隙体积的比值，一般大于1。根据此有下式：由 对于单方混凝土显然有：根据上式可计算出骨料的体积Va和浆体的体积Vp。对于骨料，已确定砂石最紧密堆积时理论质量比例，即msmg已知。并且可以计算出单方混凝土中砂ms、石mg的用量。对于浆体有：（2）浆体法第11页/共29页根据（JGJ55-2011）普通混凝土配合比设计规程混凝土的水胶比，可以计算出单方混凝土中水mw、胶凝材料mb。初步理论配合比确定。这两种配合比设计方法缺少足够的试验验证，且骨料最紧密堆

8、积的理论计算有一定的局限。03 基于骨料最紧密堆积的混凝土第12页/共29页04抗冻型机场水泥混凝土道面配合比设计方法第13页/共29页04 抗冻型机场水泥混凝土道面国际上采用抗冻标号来衡量混凝土的抗冻性能。其定义为混凝土相对动弹模量降低至小于或等于60%，或质量损失达5%时的最大冻融循环次数。即以相对动弹模量或质量的损失量为判定混凝土受冻失效的指标。（1）混凝土抗冻标号第14页/共29页04 抗冻型机场水泥混凝土道面道面混凝土受外界环境的影响会不断反复冻融循环。冻融循环次数越多，混凝土的寿命也会越短。而混凝土冻融循环次数与外界环境息息相关。相关研究成果认为，道面混凝土自然冻融循环次数与当地最

9、冷月平均气温有直接关系，两者的回归方程如式(1)所示：式中:道面混凝土年自然冻融循环次数;最冷月平均气温，（2）道面混凝土自然冻融循环次数的确定方法第15页/共29页04 抗冻型机场水泥混凝土道面道面混凝土在设计年限t内的最小抗冻标号要求值Fn，等于道面混凝土年自然冻融循环次数Nft 乘以设计年限t，再除以抗冻标号与自然冻融循环的比值S，建议机场道面混凝土S取值13。如式(2)所示:(2)式中:Tmm 最冷月平均气温，Fn 即为在设计过程中衡量混凝土抗冻性能的设计指标要将Fn，应用到机场道面混凝土设计和施工中，还应建立Fn，与混凝土配合比参数的关系。借鉴国外其他混凝土抗冻的相关技术规定，要求对

10、应设计抗冻标号Fn，的道面混凝土配合比参数取值最低值如表1所列，并建立起相应预估方程，如式(3)所示。第16页/共29页04 抗冻型机场水泥混凝土道面第17页/共29页04 抗冻型机场水泥混凝土道面（3）设计步骤1.根据道面的设计等级和设计年限，进行混凝土常规配合比设计。2.计算道面混凝土抗冻设计标准。计算设计抗冻标号Fn，提出Fn对应的混凝土最小含气量、最大水灰比、最低水泥用量要求。3.确定含气量。4.调整砂率、用水量5.得出铺面混凝土抗冻配合比6.试配，调整配合比:用设计出的铺面混凝土抗冻配合比试配，检测混凝土的强度、抗冻标号，以及和易性，然后根据实际试验检测情况对配合比进行调整。第18页

11、/共29页05连续配筋混凝土多指标配合比设计方法第19页/共29页（1）配合比设计目标01配合比设计目标要求弯拉强度、干缩应变、温缩系数均衡较高的混凝土强度和较低的模量、干缩应变、温缩系数对性能有利，但是两者又相互矛盾，在进行连续配筋混凝土配合比设计时，应保证设计的混凝土在满足一定的强度要求的条件下，具有较低的干缩应变和温缩系数。工作性存在钢筋，为保证钢筋网下部混凝土振捣密实，连续配筋混凝土的坍落度宜比普通路而混凝土大10%-20%。耐久性 连续配筋混凝土的耐久性要求与普通的接缝式水泥混凝土相同。性能变异性连续配筋混凝土的强度、弹性模量等参数的变异水平应为低级，变异系数应小于0.10。第20页

12、/共29页（2）连续配筋混凝土多指标配合比设计方法根据公路水泥混凝土路而施工技术规范的规定，混凝土28d弯拉强度均值计算公式为：（a）计算试配弯拉强度方法步骤计算试配弯拉强度水灰比的确定其他设计参数的确定确定实验室配合比混凝土配合比的施工现场修正式 中：fc配 制 28d弯 拉 强 度 的 均 值(MPa)；s为弯拉强度试验样本的标准差(MPa);t为保证率系数;cv为变异系数;fr为设计弯拉强度，取标准值(MPa)。第21页/共29页（2）连续配筋混凝土多指标配合比设计方法参照公路水泥混凝土路而施工技术规范的规定，计算初选水灰比为：（b）水灰比的确定方法步骤计算试配弯拉强度水灰比的确定其他设

13、计参数的确定确定实验室配合比混凝土配合比的施工现场修正单位用水量不变，通过改变单位水泥用量来改变水灰比。设水、水泥的质量分别为W/C，根据试验结果建立水灰比W/C与温缩系数t 和干缩应变s之间的回归方程分别为式(1)、(2)判定系数分别为0.994,0.992第22页/共29页（2）连续配筋混凝土多指标配合比设计方法再对弯拉强度与抗压强度进行回归分析。对混凝土弯拉强度和抗压强度采用幂函数进行回归，判定系数为0.941，说明混凝土弯拉强度和抗压强度之间服从幂函数关系，即：方法步骤计算试配弯拉强度水灰比的确定其他设计参数的确定确定实验室配合比混凝土配合比的施工现场修正（1）对初选水灰比分别增减0.

14、02、0.04，针对每个水灰比，根据式(1)、(2)计算混凝土的干缩应变、温缩系数，（2）根据式(5)反算混凝土28 d弯拉强度，进而通过式(3)中幂函数关系式反算出混凝土抗压强度。（3）将混凝土干缩应变、温缩系数、抗压强度代入美国力学-经验法公路设计指南中MEPDG软件进行冲断预估，将最少的冲断数对应的水灰比作为设计水灰比。（4）如果缺少MEPDG软件，应综合考虑混凝土干缩应变、温缩系数、弯拉强度3个参数确定设计水灰比。第23页/共29页（2）连续配筋混凝土多指标配合比设计方法其他设计参数包括连续配筋混凝土砂率、单位水泥用量、单位用水量和粗细集料含量，可以参照普通的道路混凝土配合比设计方法确

15、定，具体如下:（c）其他设计参数的确定方法步骤计算试配弯拉强度水灰比的确定其他设计参数的确定确定实验室配合比混凝土配合比的施工现场修正(1)根据砂的细度模数和粗集料的种类确定砂率;(2)根据混凝土耐久性要求确定单位水泥用量;(3)根据路而施工方式和集料类型(碎石或卵石)确定单位用水量;(4)根据密度法或体积法计算确定粗、细集料用量。(5)但应注意上述各参数应满足上文推荐的设计范围要求。第24页/共29页（2）连续配筋混凝土多指标配合比设计方法检验混凝土拌和物是否满足不同摊铺方式的最佳工作性要求。当混凝土拌和物不能满足相应的摊铺方式要求时，应对配合比设计进行一定的调整，(1)调整时应保持原水灰比

16、不变，改变外加剂掺量、砂率或单位用水量，但不能减小单位水泥用量。(2)以上文确定的水灰比为中心，按0.02增减幅度选定3个水灰比，制作试件，(3)测试试件弯拉强度、抗压强度、耐久性、干缩应变、温缩系数等指标。(4)将干缩应变、温缩系数、抗压强度代入MEPDG软件进行冲断和平整度预估，根据结果选定最佳实验室水灰比。(d)确定实验室配合比方法步骤计算试配弯拉强度水灰比的确定其他设计参数的确定确定实验室配合比混凝土配合比的施工现场修正第25页/共29页（2）连续配筋混凝土多指标配合比设计方法实验室基准配合比应通过搅拌楼实际拌和检验和不小于200 m试验路段的验证。考虑施工中原材料含泥量、泥块含量、含

17、水量变化和施工变异性等因素，单位水泥用量应适当增加5-10 kg。满足试拌试铺的工作性、配制弯拉强度、抗压强度和耐久性等要求的配合比可确定为施工配合比。(e)混凝土配合比的施工现场修正方法步骤计算试配弯拉强度水灰比的确定其他设计参数的确定确定实验室配合比混凝土配合比的施工现场修正第26页/共29页参考文献【1】王术华,李军,李好.钢纤维混凝土配合比设计方法研究J.试验研究，2014.01:78-81.【2】赵亮平,高丹盈,王 丽等.基于工作性能的纤维纳米混凝土配合比设计方法J.河北工业大学学报,2014,12,6(43):89-92.【3】李玉龙,孟凡杰.基于骨料最紧密堆积的混凝土配合比设计J.研究与设计,2015,6,5:17-21.【4】陈士昌,罗 勇,李 晔等.抗冻型机场水泥混凝土道面配合比设计方法研究J.城市道桥与防洪,2013,9,9:172-177.【5】张洪亮,陈江,苏曼曼等.连续配筋混凝土多指标配合比设计方法J.交通运输工程学报,2014,2,1(14):11-17.第27页/共29页第28页/共29页