普通混凝土初步配合比的設(shè)計

普通混凝土是建筑工程中常用的混凝土，其表觀密度在1900～2500kg/m3，以水泥為膠凝材料，砂、石為骨料與水混合制備而成。普通混凝土配合比設(shè)計指混凝土中各種組成材料用量之間的比例關(guān)系。常用的表示方法有兩種：一種是以1m3混凝土中各項材料的質(zhì)量表示，反映的是1m3混凝土中各組成材料用量，這是一種直觀的表示方法；另一種則是比例法，是以混凝土中各組成材料用量之間的質(zhì)量比來表示，通常將水泥質(zhì)量作為1，其余材料的質(zhì)量和水泥的質(zhì)量作比，如上面4種材料用比例法來表示就是水泥:砂:石=1:x:y，水灰比（W/C）=z。混凝土配合比設(shè)計是工程中關(guān)鍵的工作，也是一個復(fù)雜的過程，涉及到反復(fù)計算和關(guān)鍵參數(shù)反復(fù)調(diào)整。一個完整的混凝土配合比設(shè)計大致可分為：基本資料準(zhǔn)備、初步配合比設(shè)計、基準(zhǔn)配合比設(shè)計、實驗室配合比設(shè)計、施工配合比設(shè)計其中，配合比設(shè)計的基本資料準(zhǔn)備階段是比較常規(guī)簡單的，涉及到混凝土設(shè)計強度、材料的基本信息，水泥品種、密度等?；鶞?zhǔn)配合比設(shè)計、實驗室配合比以及施工配合比設(shè)計中用到的公式少，步驟少，基本是對前階段的配合比進行修正，相對而言比較簡單。而混凝土初步配合比設(shè)計的計算量比較大，信息比較多，大多采用經(jīng)驗公式或經(jīng)驗圖表得出，導(dǎo)致對設(shè)計人員的專業(yè)知識儲備要求高。此外，混凝土初步配合比設(shè)計是最為關(guān)鍵和基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，主要是依據(jù)設(shè)計的基本條件，參照理論和大量試驗提供的參數(shù)進行計算，得到基本滿足強度和耐久性要求的配合比。

因此，本文結(jié)合C30混凝土配合比設(shè)計實例來重點探討混凝土的初步配合比設(shè)計方法，且在計算粗、細(xì)骨料用量時，采用質(zhì)量法和體積法做了簡單的配合比計算分析對比，希望對教學(xué)和實際工程有所裨益。通過科學(xué)合理的初步配合比設(shè)計，可以確保混凝土工程的質(zhì)量和安全。1、混凝土配合比設(shè)計實例某室內(nèi)的鋼筋混凝土梁，一類環(huán)境，混凝土設(shè)計強度等級為C30，施工要求坍落度為35～50mm，無強度歷史統(tǒng)計資料，所用原材料如下：水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，密度為ρc=3.1g/cm3，水泥強度等級的富余系數(shù)為1.13；砂為中砂，級配合格，砂子表觀密度ρos=2.65g/cm3；石子為碎石，最大粒徑40mm，級配合格，石子表觀密度ρog=2.7g/cm3；水的密度ρw=1.0g/cm3。根據(jù)以上條件，試設(shè)計該混凝土的初步配合比。2混凝土初步配合比設(shè)計步驟2.1確定配制強度在混凝土配制過程中，由于材料、機械、環(huán)境等各種因素，會使混凝土成型不均勻，導(dǎo)致強度有所變化。因此混凝土的配制強度一定要大于設(shè)計強度，強度保證率不小于95%。采用下列公式計算混凝土配制強度。

fcu,0=fcu,k+1.645σ（1）式中：fcu,0——混凝土的配制強度；fcu,k——混凝土強度等級；σ——施工單位的混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)差的歷史統(tǒng)計水平，查表1取值。根據(jù)表1取σ=5.0，計算得到配制強度：fcu,0=30+1.645×5=38.225MPa。2.2確定水灰比按照混凝土強度要求計算水灰比（W/C），得：先計算水泥的實際強度fce=γcfce,g=1.13×42.5=48.0MPa，按《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55-2011）規(guī)定，因采用碎石，?a=0.53，?b=0.20，代入式（2）得到水灰比：為了使混凝土耐久性符合要求，計算的水灰比值除了滿足混凝土強度要求以外，還必須滿足耐久性的要求。因為該梁處于一類環(huán)境，規(guī)定其水灰比值應(yīng)不大于0.60，以此證明水灰比取0.587是可行的。

2.3確定用水量混凝土初步配合比設(shè)計時，確定用水量的主要依據(jù)包括水灰比、坍落度以及骨料粒徑等因素。這些因素直接影響混凝土的流動性、強度以及耐久性。用水量是根據(jù)規(guī)范中的選用表來得到，見表2所示。按設(shè)計實例中混凝土坍落度35～50mm，碎石的最大粒徑40mm，由表2可得單位用水量為mwo=175kg。2.4確定水泥用量水泥的用量是影響混凝土品質(zhì)的重要因素之一。水泥用量過少，會造成混凝土強度不足、耐久性差；水泥用量過多，會導(dǎo)致混凝土工作性能差，產(chǎn)生溫度裂縫等問題。因此，在混凝土初步配合比中，水泥用量的計算顯得尤為重要，可按式（3）計算得到。由式（3）計算得到本案例中的水泥用量為298kg。此外，規(guī)范中要求在一類環(huán)境中最小水泥用量為280kg，因此計算得到的水泥用量mco=298kg是可行的。2.5確定砂率混凝土配合比中砂率的重要性體現(xiàn)在其對混凝土拌合物性能的直接影響上，即拌合物的流動性、黏聚性和保水性。砂率的取值通常與混凝土水灰比（W/C）、碎石粒徑等有關(guān)，可根據(jù)規(guī)范中的選用表來得到，見表3所示。

按設(shè)計配合比的實例中碎石最大粒徑40mm，以及上述計算得到的水灰比（W/C）值0.587，由表3可得，砂率βs=36%。2.6粗、細(xì)骨料用量的確定在混凝土初步配合比設(shè)計中，確定粗、細(xì)骨料的用量是關(guān)鍵步驟之一。可通過兩種計算方法得到粗、細(xì)骨料的具體用量：質(zhì)量法和體積法。2.6.1質(zhì)量法質(zhì)量法也稱為假定表觀密度法，就是需要先假定混凝土拌和物的表觀密度，1m3混凝土拌合物各組成材料的用量之和即為其表觀密度，假定混凝土表觀密度ρcp=2400kg/m3，可采用式（4）計算得到粗骨料mgo、細(xì)骨料mso的具體用量。通過式（4）可得到本案例混凝土配合比中，粗骨料碎石用量為1233kg，細(xì)骨料砂用量為694kg。結(jié)合上述各材料的計算結(jié)果，得到質(zhì)量法計算出的案例C30混凝土初步配合比為：水泥298kg，水175kg，砂694kg，石子1233kg；即水泥:砂:石=1:2.33:4.14，W/C=0.587。

2.6.2體積法假定混凝土體積等于各種組成材料的體積及拌合物所含空氣的體積之和，用式（5）可計算1m3混凝土拌合物的各組成材料用量。通過式（5）可得到本案例混凝土配合比中，粗骨料碎石用量為1231kg，細(xì)骨料砂用量為692kg。結(jié)合上述各材料的計算結(jié)果，最終得到體積法計算出的案例C30混凝土初步配合比為：水泥298kg，水175kg，砂692kg，石子1231kg；即水泥:砂:石=1:2.32:4.13，W/C=0.587。3、結(jié)束語普通混凝土的初步配合比設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，涉及到多個步驟以及大量計算。通過結(jié)合C30混凝土配合比設(shè)計實例來探討混凝土的初步配合比設(shè)計步驟及方法，對設(shè)計步驟進行詳細(xì)梳理以及計算分析，最終得到混凝土的初步配合比。此外，在對粗、細(xì)骨料用量計算時采用質(zhì)量法和體積法兩種計算方法，計算結(jié)果表明兩種方法均能