《道路建筑與養(yǎng)護(hù)材料》能力訓(xùn)練三 普通水泥混凝土組成設(shè)計(jì)

能力訓(xùn)練三普通水泥混凝土組成設(shè)計(jì)普通水泥混凝土的組成設(shè)計(jì)訓(xùn)練目的：掌握水泥混凝土設(shè)計(jì)的方法、步驟訓(xùn)練要求：根據(jù)所給的已知材料，確定出水泥混凝土的配合比訓(xùn)練指導(dǎo)：一、普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)的目的確定出滿足工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的混凝土各組成材料的用量。二、普通混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)：普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55-2000）三、普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)條件：混凝土配合比設(shè)計(jì)前必須具備下列條件，才能進(jìn)行設(shè)計(jì)。1．混凝土強(qiáng)度等級(jí)2．工程部位和施工方法3．原材料的選擇和試驗(yàn)資料四、普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法(抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)的計(jì)算方法)（一）初步配合比的計(jì)算1．確定混凝土的配制強(qiáng)度fcu,0為了使所配制的混凝土具有必要的強(qiáng)度保證率(即P=95％)，要求混凝土配制強(qiáng)度必須大于其標(biāo)準(zhǔn)值。按下式確定：(1-1)混凝土標(biāo)準(zhǔn)差()按下式計(jì)算混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差()可根據(jù)近期同類混凝土強(qiáng)度資料求得，其試件組數(shù)不應(yīng)少于25組。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20和C25級(jí)，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算值小于2．5MPa時(shí)，計(jì)算配制強(qiáng)度時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)取不小于2．5MPa；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)等于或大于C30級(jí)，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算值小于3.0MPa時(shí)，計(jì)算配制強(qiáng)度時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)取不小于3.0MPa。若無歷史統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差可根據(jù)要求的強(qiáng)度等級(jí)按下表規(guī)定取用標(biāo)準(zhǔn)差值2．計(jì)算水灰比(W/C)1)按混凝土要求強(qiáng)度等級(jí)計(jì)算水灰比和水泥實(shí)際強(qiáng)度,根據(jù)已確定的混凝土配制強(qiáng)度fcu,o,由式1-2計(jì)算水灰比:(1-2)式中:fcu,o—混凝土配制強(qiáng)度(MPa)；---混凝土強(qiáng)度回歸系數(shù).根據(jù)使用的水泥和粗、細(xì)集料經(jīng)過試驗(yàn)得出的灰水比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系式確定,若無上述試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料時(shí),可查表一數(shù)值；回歸系數(shù)選用表表一集料類別回歸系數(shù)碎石0.460.07卵石0.480.33C/W-混凝土所要求的灰水比；fce---水泥的實(shí)際強(qiáng)度值(MPa)，由下式1-3確定；(1-3)在無法取得水泥實(shí)際強(qiáng)度時(shí),采用的水泥強(qiáng)度按式1-4計(jì)算；(1-4)式中：fce,k---水泥強(qiáng)度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；rc----水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富裕系數(shù)，該值按各地區(qū)實(shí)際統(tǒng)計(jì)資料確定，通常取1.00－1.13。2)按耐久性校核水灰比按式(1-3)計(jì)算所得的水灰比，系按強(qiáng)度要求計(jì)算得到的結(jié)果。在確定采用的水灰比時(shí)，還應(yīng)根據(jù)混凝土所處環(huán)境條件，耐久性要求的允許最大水灰比按《普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55－2000）進(jìn)行校核。如按強(qiáng)度計(jì)算的水灰比大于耐久性允許的最大水灰比，應(yīng)采用允許的最大水灰比。3．確定單位用水量(mw)1)水灰比在0．40～0．80范圍時(shí)，根據(jù)粗集料的品種、粒徑及施工要求的混凝土拌合物稠度，其用水量可按《普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55－2000）要求選取。2)水灰比小于0．40的混凝土以及采用特殊成型工藝的混凝土用水量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。3)流動(dòng)性和大流動(dòng)性混凝土的用水量則以1）中坍落度90mm的用水量為基礎(chǔ)，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg，計(jì)算出未摻外加劑時(shí)的混凝土的用水量。當(dāng)摻外加劑時(shí)，混凝土用水量可按式(3-13)計(jì)算。（1－5）4．計(jì)算單位水泥用量(mco)1)按強(qiáng)度要求計(jì)算單位用灰量每立方米混凝土拌合物的用水量(mwo)選定后，即可根據(jù)強(qiáng)度或耐久性要求和已求得的水灰比(W/C)值計(jì)算水泥單位用量。mco=mwo/W/C（1－6）2)按耐久性要求校核單位用灰量根據(jù)耐久性要求，普通水泥混凝土的最小水泥用量，依結(jié)構(gòu)物所處環(huán)境條件規(guī)定見《普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55－2000）。按強(qiáng)度要求由式(1-6)計(jì)算得的單位水泥用量，應(yīng)不低于《普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55－2000）規(guī)定的最小水泥用量。5．選定砂率(βs)1)坍落度為10～60mm的混凝土砂率，可根據(jù)粗骨料品種、最大粒徑和混凝土拌合物的水灰比，按《普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55－2000）進(jìn)行選擇。2)坍落度大于60mm的混凝土砂率，可按經(jīng)驗(yàn)確定，也可在1）的基礎(chǔ)上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1％的幅度予以調(diào)整。3)坍落度小于10mm的混凝土，其砂率應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。6．計(jì)算粗、細(xì)集料單位用量(mgo：mso)粗、細(xì)集料的單位用量，可用質(zhì)量法或體積法求得。1)質(zhì)量法質(zhì)量法又稱假定表觀密度法。該法是假定混凝土拌合物的表觀密度為一固定值，混凝土拌合物各組成材料的單位用量之和即為其表觀密度。在砂率值為已知的條件下，粗、細(xì)骨料的單位用量可由式(1-7)得：（1－7）混凝土假定濕表觀密度參考表表六2）體積法又稱絕對(duì)體積法。該法是假定混凝土拌和物的體積等于各組成材料的絕對(duì)體積和混凝土拌和物中所含空氣體積之總和。在砂率已知的條件下，粗、細(xì)集料的單位用量可由式（1－8）關(guān)系求得：（1－8）式中：2005）測(cè)定。以上兩種確定粗、細(xì)集料單位用量的方法，一般認(rèn)為，質(zhì)量法比較簡便，不需要各種組成材料的密度資料，如施工單位已積累有當(dāng)?shù)爻Ｓ貌牧纤M成的混凝土假定表觀密度資料，亦可得到準(zhǔn)確的結(jié)果。體積法由于是根據(jù)各組成材料實(shí)測(cè)的密度來進(jìn)行計(jì)算的，所以獲得較為精確的結(jié)果。初步配合比為mco:mwo:mso:mgo（二）試配、調(diào)整提出基準(zhǔn)配合比1.試配1)試配材料要求試配混凝土所用各種原材料，要與實(shí)際工程使用的材料相同，粗、細(xì)集料的稱量均以干燥狀態(tài)為基準(zhǔn)。如不是用干燥集料配制，稱料時(shí)應(yīng)在用水量中扣除集料中超過的含水量值，集料稱量也應(yīng)相應(yīng)增加。但在以后試配調(diào)整時(shí)配合比仍應(yīng)取原計(jì)算值，不計(jì)該項(xiàng)增減數(shù)值。2)攪拌方法和拌合物數(shù)量混凝土攪拌方法，應(yīng)盡量與生產(chǎn)時(shí)使用方法相同。試配時(shí)，每盤混凝土的數(shù)量一般應(yīng)不少于表七的建議值。如需進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要計(jì)算用量。采用機(jī)械攪拌時(shí)，其攪拌量應(yīng)不小于攪拌機(jī)額定攪拌量的1／4。混凝土試配的最小攪拌量表七2.校核工作性，確定基準(zhǔn)配合比．按計(jì)算出的初步配合比進(jìn)行試配時(shí)，以校核混凝土拌合物的工作性（坍落度或維勃稠度試驗(yàn)檢驗(yàn)）。如試拌得出的拌合物的坍落度(或維勃稠度)不能滿足要求，或粘聚性和保水性能不好時(shí)，應(yīng)在保證水灰比不變的條件下相應(yīng)調(diào)整用水量或砂率，直到符合要求為止。然后提出供混凝土強(qiáng)度校核用的“基準(zhǔn)配合比”，即mca：mwa：msa：mga（三）檢驗(yàn)強(qiáng)度、確定試驗(yàn)室配合比1.制備試件、檢驗(yàn)強(qiáng)度為校核混凝土的強(qiáng)度，至少擬定三個(gè)不同的配合比。當(dāng)采用三個(gè)不同的配合比時(shí)，其中一個(gè)為按上述得出的基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比的水灰比值，應(yīng)較基準(zhǔn)配合比分別增加及減少0．05(或O．10)，其用水量應(yīng)該與基準(zhǔn)配合比相同，砂率可分別增加及減少1％。制作檢驗(yàn)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)的試件時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)混凝土拌合物的坍落度(或維勃稠度)、粘聚性、保水性及拌合物的表觀密度，并以此結(jié)果表征該配合比的混凝土拌合物的性能。為檢驗(yàn)混凝土強(qiáng)度，每種配合比至少制作一組(三塊)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d條件下進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。2.確定試驗(yàn)室配合比根據(jù)“強(qiáng)度”檢驗(yàn)結(jié)果和“濕表觀密度”測(cè)定結(jié)果，進(jìn)一步修正配合比，即可得到“試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)值”。1)根據(jù)強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果修正配合比①確定用水量(mwb)取基準(zhǔn)配合比中的用水量(mwa)，并根據(jù)制作強(qiáng)度檢驗(yàn)試件時(shí)測(cè)得坍落度(或維勃稠度)值加以適當(dāng)調(diào)整確定。②確定水泥用量(mcb)取用水量乘以由“強(qiáng)度一灰水比”關(guān)系定出的，為達(dá)到配制強(qiáng)度(?cu,0)所必須的灰水比值。③確定粗、細(xì)集料用量(msb和mgb)，取基準(zhǔn)配合比中的砂、石用量，并按定出的水灰比作適當(dāng)調(diào)整。2)根據(jù)實(shí)測(cè)拌合物濕表觀密度校正配合比①根據(jù)強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果校正后定出的混凝土配合比，計(jì)算出混凝土的“計(jì)算濕表觀密度”，即（1－9）②校正系數(shù)是將混凝土的實(shí)測(cè)表觀密度值除以計(jì)算濕表觀密度值得出；（1－10）③當(dāng)混凝土表觀密度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值不超過計(jì)算值的2％時(shí)，則mcb:msb:mgb:mwb即為試驗(yàn)室配合比；當(dāng)二者之差超過2％時(shí)，應(yīng)將配合比中每項(xiàng)材料用量均乘以校正系數(shù)，即得最終確定的試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)值。（1－11）即：mcb:mwb:msb:mgb（四）施工配合比換算試驗(yàn)室最后確定的配合比，是按絕干狀態(tài)集料計(jì)算的。而施工現(xiàn)場(chǎng)砂、石材料為露天堆放，都有一定的含水率。因此，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)砂、石的實(shí)際含水率的變化，將試驗(yàn)室配合比換算為施工配合比。設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)砂、石含水率分別為a％、b％。則施工配合比的各種材料單位用量：（1－12）施工配合比為mc:ms:mg:mw五、普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)示例普通混凝土配合比設(shè)計(jì)（質(zhì)量法）一、配合比設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)強(qiáng)度使用地點(diǎn)及部位拌和方法振搗方法澆注方式要求稠度備注C25某橋墩臺(tái)機(jī)械拌和機(jī)械振搗推車運(yùn)送混凝土30mm-50mm二、材料情況名稱產(chǎn)地種類及規(guī)格堆積密度表觀密度水泥－P.O32.51.313.10g/cm3實(shí)際強(qiáng)度32.5×1.17=38砂－中砂1.422.65g/cm3含泥量0.9%石－5－40mm碎石1.512.71g/cm3含泥量0.5%水－飲用水外加劑－摻量-摻和料－摻量-備注三、配合比計(jì)算（依據(jù)JGJ55-2000）四、配合比試拌1.fcu.o=fcu.k+1.645=25=1.645×5=33.2MPamco=343×0.026=8.92kg2.W/C=0.46×38/33.2+0.46×0.07×38=0.51mso=638×0.026=16.59kg3.mwo=(查表)=175kgmgo=1294×0.026=33.64kg4.mco=mwo/W/C=175/0.51=343kgmwo=175×0.026=4.55kg5.mso+mgo=2450-343-175=1932kg混凝土密度=26.0-1.80/10=2420kg/m36.砂率查表的33%拌合物稠度=35mm7.mso=(mso+mgo)×33%=1932×33%=638kgmco:mwo:mso:mgo=8.92kg:4.55kg:16.59kg:33.6kg或mco:mso:mgo=1:1.86:3.77;W/C=0.518.mgo=(mso+mgo)-mso=1932-638=1294kg即：mco:mwo:mso:mgo=343kg:175kg:638kg:1294kg五、每方混凝土用量mco=2420/(1+1.86+3.77+0.51)=2420/7.14=339kgmso=mco×1.86=339×1.86=631kgmgo=mco×3.77=339×3.77=1278kgmwo=mco×0.51=339×0.51=173kg六、混凝土抗壓強(qiáng)度f726.3MPaf2835.5MPa作業(yè)：根據(jù)所給的已知材料，要求詳細(xì)寫出水泥混凝土設(shè)計(jì)各步驟的計(jì)算過程。試計(jì)算某嚴(yán)寒地區(qū)大橋下部結(jié)構(gòu)用混凝土的配合比。原始資料：(1)要求設(shè)計(jì)強(qiáng)度fcu,k=30MPa,坍落度要求4-5cm;