混凝土拌合物的配合比設(shè)計(jì)1

1、3.7 3.7 混凝土拌合物的配合比設(shè)計(jì)混凝土拌合物的配合比設(shè)計(jì) Proportioning of Mixture3.7.1 配合比設(shè)計(jì)的目的配合比設(shè)計(jì)的目的確定各個(gè)組分材料之間的比例。確定各個(gè)組分材料之間的比例。目的之一：滿足基本性能要求，包括拌目的之一：滿足基本性能要求，包括拌合物的工作度、硬化后在規(guī)定齡期的強(qiáng)合物的工作度、硬化后在規(guī)定齡期的強(qiáng)度和耐久性符合要求的混凝土。度和耐久性符合要求的混凝土。目的之二：目的之二： 盡可能地經(jīng)濟(jì)。盡可能地經(jīng)濟(jì)?；炷涟韬衔锏呐浜媳仍O(shè)計(jì)混凝土拌合物的配合比設(shè)計(jì)0 0200200400400600600800800100010001200120014001

2、4001600160018001800粗骨料粗骨料細(xì)骨料細(xì)骨料水泥水泥水水低等級(jí)低等級(jí)普通普通高等級(jí)高等級(jí)1）拌合物的工作度拌合物的工作度 施工工藝施工工藝 坍落度坍落度(mm)碾壓混凝土碾壓混凝土 0滑模攤鋪混凝土滑模攤鋪混凝土 30 50 泵送混凝土泵送混凝土 100 200自密實(shí)混凝土自密實(shí)混凝土 240 2）配制強(qiáng)度）配制強(qiáng)度 fcu.0 fcu.k + 1.645式中式中：fcu.0 混凝土配制強(qiáng)度混凝土配制強(qiáng)度 fcu.k 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa） 立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，指用標(biāo)立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，指用

3、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的強(qiáng)度總體分布中具準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的強(qiáng)度總體分布中具有不低于有不低于95%95%保證率的立方體試件抗保證率的立方體試件抗壓強(qiáng)度。壓強(qiáng)度。立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值材料的變異性材料的變異性 樣本數(shù)或頻率密度樣本數(shù)或頻率密度3）耐久性）耐久性（以（以防波堤防波堤為例）為例） 大氣區(qū)大氣區(qū) 最大水灰比、最小水泥用量最大水灰比、最小水泥用量 (pp.76)水位變動(dòng)區(qū)水位變動(dòng)區(qū) 含氣量含氣量(pp. 93)、抗氯離子擴(kuò)散能力、抗氯離子擴(kuò)散能力 水下區(qū)水下區(qū) 環(huán)境條件環(huán)境條件 鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土 素混凝土素混凝土 整體論整體論3.7.2 配合比設(shè)計(jì)

4、的基本內(nèi)容配合比設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 得出生產(chǎn)每立方米混凝土所需要的得出生產(chǎn)每立方米混凝土所需要的各組分材料用量各組分材料用量 。 普通混凝土約普通混凝土約 2400Kg/m2400Kg/m3 3；各組分；各組分相互制約：改變一種組分材料的用量時(shí)，相互制約：改變一種組分材料的用量時(shí)，其他組份也相應(yīng)變化。其他組份也相應(yīng)變化。 拌合物的用水量與水泥用量之比拌合物的用水量與水泥用量之比水灰比水灰比水泥漿體與骨料用量之比水泥漿體與骨料用量之比漿骨比漿骨比砂用量砂用量/ /砂石骨料用量之比砂石骨料用量之比砂率砂率礦物摻合料、外加劑的使用礦物摻合料、外加劑的使用 控制參數(shù)：控制參數(shù)：期望坍落度期望坍落度期望強(qiáng)度

5、期望強(qiáng)度期望耐久性期望耐久性W/(C+M)SW/(C+M)D強(qiáng)度強(qiáng)度方程方程W/(C+M)min需水量方程需水量方程膠凝材料與水的用量膠凝材料與水的用量骨料總體積骨料總體積含氣量含氣量膠凝材料的密度膠凝材料的密度骨料用量骨料用量骨料密度骨料密度砂率砂率骨料含水量骨料含水量每立方米混凝土拌合物用料每立方米混凝土拌合物用料每盤體積每盤體積每盤料用量每盤料用量 3.7.3 3.7.3 配合比設(shè)計(jì)步驟配合比設(shè)計(jì)步驟 步驟一：選擇坍落度或步驟一：選擇坍落度或VBVB稠度稠度 根據(jù)工程所用施工工藝、配筋根據(jù)工程所用施工工藝、配筋密集程度和搗實(shí)條件密集程度和搗實(shí)條件選擇。選擇。步驟二：選擇石子最大粒徑步驟二

6、：選擇石子最大粒徑 Dmax構(gòu)件最小斷面尺寸（小于構(gòu)件最小斷面尺寸（小于1/4）；）；鋼筋最小間距（不大于鋼筋最小間距（不大于3/4）；）；泵管直徑；泵管直徑；路面平整度；抗沖擊、疲勞強(qiáng)度路面平整度；抗沖擊、疲勞強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)步驟三：選擇用水量和含氣量步驟三：選擇用水量和含氣量 工作度一定時(shí)，用水量取決石子最大粒工作度一定時(shí)，用水量取決石子最大粒徑、粒形和級(jí)配徑、粒形和級(jí)配 摻減水劑時(shí)，用水量摻減水劑時(shí)，用水量 = W0（1-） W0為未摻外加劑時(shí)的用水量；為未摻外加劑時(shí)的用水量； 為外加劑減水率為外加劑減水率 。摻礦物摻合料時(shí)，需要相應(yīng)增減用水量摻礦物摻合料時(shí)，需要相應(yīng)增減用水量 。含氣量根據(jù)

7、骨料最大粒徑?jīng)Q定。含氣量根據(jù)骨料最大粒徑?jīng)Q定。步驟四：選擇水灰比步驟四：選擇水灰比 fcu.k = A fce ( C/W B )fcu.k混凝土配制強(qiáng)度混凝土配制強(qiáng)度fce 水泥標(biāo)號(hào)水泥標(biāo)號(hào)C/W灰水比灰水比A,B 系數(shù)：碎石系數(shù)：碎石A=0.48; B=0.52 卵石卵石 A=0.50; B=0.61步驟五：計(jì)算水泥用量步驟五：計(jì)算水泥用量 水灰比與用水量一經(jīng)確定，水泥用量水灰比與用水量一經(jīng)確定，水泥用量就可計(jì)算得知。就可計(jì)算得知。 如計(jì)算所得水泥用量小于從耐久性要如計(jì)算所得水泥用量小于從耐久性要求規(guī)定的最低水泥用量時(shí)，應(yīng)選后者。求規(guī)定的最低水泥用量時(shí)，應(yīng)選后者。步驟六：選擇砂率步驟六：選

8、擇砂率 合理的砂率應(yīng)根據(jù)施工工藝對(duì)拌合物坍落合理的砂率應(yīng)根據(jù)施工工藝對(duì)拌合物坍落度的要求等參數(shù)確定（坍落度越大、砂率越要度的要求等參數(shù)確定（坍落度越大、砂率越要大，以避免發(fā)生離析，如自密實(shí)混凝土的砂率大，以避免發(fā)生離析，如自密實(shí)混凝土的砂率要到要到50%）。）。 現(xiàn)行規(guī)范中的表格則是通過現(xiàn)行規(guī)范中的表格則是通過粗骨料品種、粗骨料品種、最大粒徑、水灰比和砂子的細(xì)度模數(shù)來選取最大粒徑、水灰比和砂子的細(xì)度模數(shù)來選取砂率的。砂率的。摻有外加劑和礦物摻合料，坍落度摻有外加劑和礦物摻合料，坍落度60mm或或10mm的混凝土，砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確的混凝土，砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。定。 體積法：體積法： 石石/石石 +

9、砂砂/砂砂+ 水泥水泥/ 水泥水泥+ 水水/ 水水+10a=1000L （ 砂砂/ 砂砂 + 石）石）100% =砂率砂率% ：密度；：密度；a：含氣量：含氣量步驟七：計(jì)算粗細(xì)骨料用量步驟七：計(jì)算粗細(xì)骨料用量質(zhì)量法（假定表觀密度法）：質(zhì)量法（假定表觀密度法）： 石石 + 砂砂 + 水泥水泥 + 水水 = 2400 （ 砂砂/ 砂砂 + 石）石）100% =砂率砂率% 步驟八：骨料含水量調(diào)整步驟八：骨料含水量調(diào)整 在施工現(xiàn)場或者預(yù)拌混凝土生產(chǎn)在施工現(xiàn)場或者預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廠，骨料通常的含水狀態(tài)波動(dòng)較大，因廠，骨料通常的含水狀態(tài)波動(dòng)較大，因此需要根據(jù)測定的實(shí)際含水量對(duì)配合比此需要根據(jù)測定的實(shí)際含水量

10、對(duì)配合比用水量進(jìn)行調(diào)整，并增減骨料的用量用水量進(jìn)行調(diào)整，并增減骨料的用量（主要是砂子含水量波動(dòng)大）。（主要是砂子含水量波動(dòng)大）。步驟九：試拌調(diào)整步驟九：試拌調(diào)整 以上配合比設(shè)計(jì)過程有許多經(jīng)驗(yàn)值，以上配合比設(shè)計(jì)過程有許多經(jīng)驗(yàn)值，與實(shí)際所用材料存在一定的差異，還必與實(shí)際所用材料存在一定的差異，還必須通過用上述步驟所得配合比，稱取各須通過用上述步驟所得配合比，稱取各組成材料進(jìn)行試拌檢測工作度，并制備組成材料進(jìn)行試拌檢測工作度，并制備試件檢測強(qiáng)度，以獲得符合實(shí)際所用材試件檢測強(qiáng)度，以獲得符合實(shí)際所用材料和施工環(huán)境條件的混凝土配合比。料和施工環(huán)境條件的混凝土配合比。 1）由于化學(xué)外加劑和礦物摻合料已成為

11、必要組份，）由于化學(xué)外加劑和礦物摻合料已成為必要組份，而且前者對(duì)關(guān)鍵參數(shù)水膠比的影響非常顯著；后而且前者對(duì)關(guān)鍵參數(shù)水膠比的影響非常顯著；后者則在許多場合下?lián)搅亢艽螅踔脸^水泥，因者則在許多場合下?lián)搅亢艽螅踔脸^水泥，因此其品質(zhì)在膠凝材料中起主導(dǎo)作用；此其品質(zhì)在膠凝材料中起主導(dǎo)作用；2）復(fù)雜多變的環(huán)境和工程需要多組分復(fù)合：多級(jí)）復(fù)雜多變的環(huán)境和工程需要多組分復(fù)合：多級(jí)配的骨料，不同類型的外加劑、礦物摻合料、纖配的骨料，不同類型的外加劑、礦物摻合料、纖維等。如丹麥的跨海橋梁與隧道工程用混凝土中，維等。如丹麥的跨海橋梁與隧道工程用混凝土中，膠凝材料包括水泥、粉煤灰、硅粉，外加劑膠凝材料包括水泥、

12、粉煤灰、硅粉，外加劑34種，種，加上骨料組分共十余種。加上骨料組分共十余種。 現(xiàn)行配合比設(shè)計(jì)方法的局限性現(xiàn)行配合比設(shè)計(jì)方法的局限性混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)的新進(jìn)展混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)的新進(jìn)展 近些年來，計(jì)算機(jī)和神經(jīng)近些年來，計(jì)算機(jī)和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)已經(jīng)開始用于混元網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)已經(jīng)開始用于混凝土配合比設(shè)計(jì)，引起廣泛的凝土配合比設(shè)計(jì)，引起廣泛的關(guān)注，對(duì)于多組份材料混凝土關(guān)注，對(duì)于多組份材料混凝土的配合比設(shè)計(jì)，必定有很好的的配合比設(shè)計(jì)，必定有很好的推動(dòng)作用與廣闊的應(yīng)用前景。推動(dòng)作用與廣闊的應(yīng)用前景。加拿大礦產(chǎn)與能源技術(shù)中心加拿大礦產(chǎn)與能源技術(shù)中心（CANMET）大摻量粉煤灰混凝土大摻量粉煤灰混凝土水泥水泥

13、 150 kg/m3; 粉煤灰粉煤灰200 kg/m3摻引氣劑和高效減水劑，含氣量摻引氣劑和高效減水劑，含氣量=56%混凝土的抗壓強(qiáng)度：混凝土的抗壓強(qiáng)度：28天天 3040MPa （水膠比（水膠比= 0.32) 90天天 4050 1年年 5060大摻量粉煤灰混凝土大摻量粉煤灰混凝土 水泥水泥 150 kg/m3; 粉煤灰粉煤灰200 kg/m3 摻高效減水劑、水膠比摻高效減水劑、水膠比= 0.29、坍落度、坍落度210mm混凝土抗壓強(qiáng)度：混凝土抗壓強(qiáng)度： 3天天 22MPa （試件）（試件） 7天天 34 28天天 52 90天天 70 365天天 98思考題思考題 1. 針對(duì)水灰比較大時(shí)混

14、凝土的抗?jié)B透性比較差的針對(duì)水灰比較大時(shí)混凝土的抗?jié)B透性比較差的特點(diǎn)，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如何考慮保證耐久特點(diǎn)，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如何考慮保證耐久性？當(dāng)水灰比較小時(shí)呢？性？當(dāng)水灰比較小時(shí)呢？ 2. 你進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和混凝土試驗(yàn)有什么體會(huì)和你進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和混凝土試驗(yàn)有什么體會(huì)和建議？建議？ 普通混凝土普通混凝土 高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)混凝土普通混凝土普通混凝土 高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)混凝土防波堤防波堤一個(gè)不透水，但存在非一個(gè)不透水，但存在非連續(xù)微裂縫，且多孔的連續(xù)微裂縫，且多孔的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境作用（第一階段）環(huán)境作用（第一階段）（無可見損傷）（無可見損傷）1. 1. 侵蝕作用侵蝕作用（冷熱循

15、環(huán)、干濕循環(huán)）（冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)）2. 2. 荷載作用荷載作用（循環(huán)荷載、沖擊荷載（循環(huán)荷載、沖擊荷載） 由于微裂縫和孔隙由于微裂縫和孔隙連通起來，不透水性逐連通起來，不透水性逐漸喪失漸喪失環(huán)境作用（第二階段）環(huán)境作用（第二階段）（損傷的開始與擴(kuò)展）（損傷的開始與擴(kuò)展）水的滲入水的滲入O2、CO2滲入滲入酸性離子酸性離子（Cl- 、 SO4-)滲入滲入因?yàn)橐韵略蚴箍紫秲?nèi)靜水因?yàn)橐韵略蚴箍紫秲?nèi)靜水壓力增大，導(dǎo)致混凝土膨壓力增大，導(dǎo)致混凝土膨脹：鋼筋銹蝕、堿脹：鋼筋銹蝕、堿- -骨料反骨料反應(yīng)、水結(jié)冰、硫酸鹽侵蝕應(yīng)、水結(jié)冰、硫酸鹽侵蝕B B：混凝土強(qiáng)度與剛度降低：混凝土強(qiáng)度與剛度降低開裂、剝

16、落與整體性喪失開裂、剝落與整體性喪失混凝土受環(huán)境作用產(chǎn)生劣化的混凝土受環(huán)境作用產(chǎn)生劣化的“整體性整體性”模型模型延遲生成鈣礬石延遲生成鈣礬石從整體方法論看待DEF的發(fā)生溫度與干燥收縮溫度與干燥收縮高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)預(yù)制預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)預(yù)制預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中應(yīng)力過大中應(yīng)力過大微裂縫微裂縫后期硫酸后期硫酸鹽釋放鹽釋放高硫熟料高硫熟料石膏石膏- -玷污玷污骨料骨料暴露于水中暴露于水中雨水雨水相對(duì)濕度大相對(duì)濕度大3.6 3.6 混凝土組成材料混凝土組成材料 Constituent Materials of Concrete水水 泥泥 1. 水泥的生產(chǎn)水泥的生產(chǎn) 2. 水泥的礦物組成水泥的礦物組成 3. 水泥

17、的水化水泥的水化 4. 水泥的品種水泥的品種硅酸鹽水泥的礦物組成硅酸鹽水泥的礦物組成硅酸鈣硅酸鈣： C3S + + C2S 75% %鋁酸鹽與鐵鋁酸鹽鋁酸鹽與鐵鋁酸鹽C3A+ C4AF25% % 石膏（石膏（35% %）調(diào)凝用）調(diào)凝用 水泥的水化水泥的水化1. 水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)水化反應(yīng)是放熱反應(yīng) 主要水化產(chǎn)物：主要水化產(chǎn)物： C-S-H （水化硅酸鈣水化硅酸鈣） CH （氫氧化鈣）氫氧化鈣） C3A3C H32（鈣礬石）（鈣礬石） 水化伴隨著體積收縮水化伴隨著體積收縮2. 4. 水化加快時(shí)，后期強(qiáng)度和抗?jié)B透性相對(duì)較水化加快時(shí)，后期強(qiáng)度和抗?jié)B透性相對(duì)較低。低。為什么水化加速，后期強(qiáng)度就比較低？

18、為什么水化加速，后期強(qiáng)度就比較低？影響水泥水化的因素影響水泥水化的因素礦物組成及其含量、粉磨細(xì)度、溫度和水灰比礦物組成及其含量、粉磨細(xì)度、溫度和水灰比 R(t) = f(C3S)f(fineness)f(T)f(W/C) 水化快、放熱量大，升溫與膨脹加劇，硬水化快、放熱量大，升溫與膨脹加劇，硬化時(shí)形成的微結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，達(dá)到溫峰后下降化時(shí)形成的微結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，達(dá)到溫峰后下降的幅度越大，收縮受約束產(chǎn)生的開裂越嚴(yán)重。的幅度越大，收縮受約束產(chǎn)生的開裂越嚴(yán)重。粉煤灰混凝土粉煤灰混凝土純水泥混凝土純水泥混凝土礦物摻合料的影響礦物摻合料的影響溫溫 升升強(qiáng)度比強(qiáng)度比28d骨骨 料料1） 對(duì)水泥水化速率沒有直接

19、影響；對(duì)水泥水化速率沒有直接影響；2）但級(jí)配和粒形好的骨料空隙率小，同樣）但級(jí)配和粒形好的骨料空隙率小，同樣膠凝材料用量時(shí)的水膠比可以比較低，膠凝材料用量時(shí)的水膠比可以比較低，結(jié)構(gòu)與性能就比較好，也更經(jīng)濟(jì)；結(jié)構(gòu)與性能就比較好，也更經(jīng)濟(jì)；3）針對(duì)不同要求，需選擇不同品種的骨料）針對(duì)不同要求，需選擇不同品種的骨料化學(xué)外加劑化學(xué)外加劑 減水劑減水劑 2. 早強(qiáng)劑早強(qiáng)劑 3. 緩凝劑緩凝劑 4. 引氣劑引氣劑 5. 其它外加劑其它外加劑 摻量為水泥或膠凝材料的重量摻量為水泥或膠凝材料的重量% %，如引氣劑，如引氣劑僅僅0.01%0.01%量級(jí)；膨脹劑則要摻量級(jí)；膨脹劑則要摻10%10%上下。上下。直接

20、影響水化直接影響水化高效減水劑高效減水劑1）要根據(jù)從攪拌到澆注的時(shí)間間隔選擇品種要根據(jù)從攪拌到澆注的時(shí)間間隔選擇品種和摻量；和摻量；2）可通過后摻或多次添加，減小工作度損失可通過后摻或多次添加，減小工作度損失；3）摻量接近或達(dá)到飽和時(shí)，容易引起離析、摻量接近或達(dá)到飽和時(shí)，容易引起離析、泌水等副作用。泌水等副作用。礦物摻合料礦物摻合料 硅粉和粉煤灰硅粉和粉煤灰，兩者，兩者都是工業(yè)廢料，顆都是工業(yè)廢料，顆粒成球形，而且不必經(jīng)過加工就可以使用。粒成球形，而且不必經(jīng)過加工就可以使用。硅粉顆粒極微細(xì)，借助高效減水劑可以大幅硅粉顆粒極微細(xì)，借助高效減水劑可以大幅度降低拌合物水膠比，混凝土早期強(qiáng)度能大度降低拌合物水膠比，混凝土早期強(qiáng)度能大幅度提高（后期增長幅度則較?。?，耐久性幅度提高（后期增長幅度則較?。?，耐久性也可以大幅度改善。但其價(jià)格高，摻量受限也可以大幅度改善。但其價(jià)格高，摻量受限制，混凝土澆注后必須及早開始濕