普通混凝土配合比设计基础.doc

普通混凝土配合比设计基础

第一部分 基本知识
一 基本参数
1．水灰比
2．单位用水量
3．砂率
二 基本信息
1．混凝土强度等级
2．稠度规定
3．水泥品种、标号、强度富余系数
4．粗集料品种、最大粒径、级配情况
5．细集料品种、级配情况、细度模数
6．外加剂、掺合料基本情况
7．除强度和稠度外的其他性能规定（如耐久性规定等）
三 基本原则
1．满足工作性、强度及耐久性等技术规定。混凝土应适于浇筑，具有良好的可施工性，同时离析和泌水应降至最小。强度和耐久性等应满足规定。
2．经济合理。措施有四：尽也许减少水泥用量；采用满足规定的最小坍落度；采用切实可行的集料最大粒径；采用最佳砂率。
四 基本原理
混凝土配合比设计的基本原理是建立在混凝土和混凝土混合料的性能变化规律的基础上的。普通混凝土配合比有四个基本变量：水泥、水、细集料、粗集料。配合比设计的计算基础就是体现这四个基本变量之间互相关系的方程式。
1．拟定用水量的方程----需水性定则(恒定用水量法则)。这个定则表达混凝土混合料的流动性与用水量之间的依赖关系。研究表白，相应于一定的砂石集料，拌制一定规定坍落度的混凝土其用水量不变。这个用水量多少与砂石集料有关。具体设计时可根据规范选用或根据经验拟定。
mwo=10/3 *(T+k)
T：坍落度（cm），k：集料常数
2．拟定水灰比和水泥用量的方程——水灰比定则。水灰比定则表白水灰比与混凝土抗压强度之间的依赖关系。混凝土强度与水灰比在0.40至0.84之间近似成线性关系。
W/C =A*fce/(fcu,o+A*B* fce) mco= mwo/（W/C）
fcu,o：混凝土配制强度，fce：水泥实测强度
A，B：碎石取0.46和0.07，卵石取0.48和0.33
3．拟定集料总用量的方程——绝对体积法和假定质量法
a．绝对体积法：mco/rc+ mwo/ rw+ mso/rs+ mgo/rg+10а=1000
b．假定质量法：mco + mwo + mso + mgo=mcp（2350—2450）
4．拟定粗细集料比例的方程：颗粒级配问题。
a．最佳含砂率：保证混凝土强度与和易性规定的情况下用水量或水泥用量最小时的含砂率。在固定用水量时和易性最佳，坍落度最大时的砂率就是最佳砂率。
b．影响最佳砂率的因素：石子最大粒径、石子品种、石子级配、砂细度模数、水泥用量。
c．粗集料最佳用量：取决于粗集料最大粒径和细集料的细度模数。
mgo=[Vy+1/10 *(2.80-Mk)]*1000*rg(美国经验公式)
五 砼和易性
1．和易性的概念：是指混凝土拌合物能保持其组分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运送、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。
2．影响和易性的重要因素
a．水泥浆数量和稠度。混凝土流动性大小与拌合物内的阻力大小有关。水泥用量越多，骨料间水泥浆层越厚，润滑作用越好，骨料间摩擦阻力就越小。但若水泥浆太稠，粘聚力变大，流动性会变小。假如混凝土偏稀而水泥浆量又过多时，会出现流浆及泌水，拌合物粘聚性及保水性变差，同时对强度和耐久性产生不利影响。水泥浆量过少，致使不能填满骨料间的空隙或不够包裹所有骨料表面时，会产生崩塌现象。
b．砂率。砂率变化实质是使骨料总表面积和空隙率发生变化从而影响混凝土和易性。砂率过大，骨料总表面积和空隙率均增大，当水泥浆量一定期，骨料颗粒表面的水泥浆层相对减薄，拌合物显得干稠，流动性变小。若砂率过小，则显得石子过多而砂子过少，形成砂浆量局限性以包裹石子表面，并不能填满石子间空隙，使石子间没有足够的砂浆润滑层，使流动性、粘聚性、保水性都变差，使混凝土粗骨料离析，水泥浆流失。
c．组成材料的性质。如水泥、外加剂品种和骨料性质对和易性影响很大。以骨料为例，假如骨料级配好，空隙就小，在水泥浆量一定期，用于填充空隙的水泥浆就少，相对来说用于包裹骨料颗粒表面的水泥浆层就厚一些，和易性就好。
d．拌合物存放时间和环境温度。

第二部分 基本经验
1．水泥的水化速率和强度与水泥的化学矿物组成密切相关。在水泥的四种矿物中，水化速率从大到小依次为C3A>C3S>C4AF>C2S。强度大小依次为C3S>C2S>C4AF>C3A。
2．和混凝土打交道，必须弄清除几个最基本的概念，它们是：和易性、砂率、空隙率、颗粒级配、细度模数。
3．最佳砂率调整原则
a．石子最大粒径越大，最佳砂率越小；
b．最大粒径相同，碎石最佳砂率比卵石最佳砂率大；
c．砂越细，最佳砂率越小；
d．水泥用量越多，砂率越小。
e．连续级配石子空隙率小，最佳砂率比单粒级石子小。
4．容重与集料粒径有关。对于单粒级石子，粒径大，空隙率小，容重就大。同样是连续级配石子，粒径大的，容重也更大。5-16mm碎石容重也许只有1250kg/m3，而5-31.5mm碎石容重可达1450 kg/m3。细石混凝土的容重也也许只有2300kg/m3，而5-31.5mm碎石砼容重约2400kg/m3。同样，细砂容重也比中粗砂的容重小。
5．砂细度模数不同，最佳砂率也不同。细度模数相差0.4左右，最佳砂率相差约2%。对于5-31.5mm碎石，用细度模数2.5的中砂配制坍落度100---120mm，水灰比0.55的砼，最佳砂率约37%，拟定砂率时可以以此为基准，按坍落度每增长20mm，砂率增长1%进行推算。坍落度为160---180mm的砼砂率比同水灰比的普通砼砂率约大4--6%，用水量约多5--10kg。
6．强度一定，水泥拟定，水灰比一定，石子粒径越大，砂越粗，用水量越少，水泥用量越少，砼成本越低。但假如用单粒径的碎石，最大粒径太大，砼容易分层离析。
7．单粒级碎石单方用水量比连续粒级碎石少，最佳砂率约大2%。
8．碎石针片状颗粒多，水泥石薄弱的环节就多，强度压出来就低，砼和易性也不好，假如用来泵送，容易堵管。
9．在水泥、砂石、掺合料用量一定的情况下，砼单方用水量和外加剂最佳掺量有一个比较合适的组合值，能使拌制的砼和易性最佳。外加剂掺量应有一个允许富余值以保证砼安全。如外加剂最大掺量2.2%，试配时应有0.3--0.5%的允许上调空间，也就是最后拟定的外加剂掺量以1.7--1.9%左右为宜。用水量据此而拟定。假如事先拟定了单方用水量，则外加剂掺量可以根据减水率来估算，再通过实验拟定。
10．假如用水量太少，砼坍落度距离规定值很大，此时单纯增长外加剂掺量也许起不到增大坍落度的作用。应同时调整用水量和外加剂掺量。对拟定的一组材料（水泥、砂石、掺合料），要拌制一定坍落度的砼，每种外加剂都会有一个相应的最少单方用水量，低于这个用水量，外加剂不能充足发挥塑化作用。
11．外加剂不仅对水泥很敏感，对砂石集料也很敏感。对每一种拟定的材料组合，外加剂的最佳掺量和最佳单方用水量都不同，只能通过实验拟定。除强度必须符合规定外，试配时以浆料饱满、不泌水、不离析为判断准则。
12．在水泥、砂石集料相对固定的情况下，拟定一个合适的外加剂掺量，估算一下基准砼用水量，再根据外加剂的减水率，可以大体拟定单方用水量。如用5-31.5mm碎石、细度模数2.5的中砂和建福42.5水泥配制坍落度120mm的砼，基准砼用水量约210kg，Point-400掺量为1.5%，减水率约17%，则掺外加剂砼单方用水量约175kg，配制砼可以此建立基准拟定单方用水量。
13．试配时假如浆料太稀，严重泌水、离析，调整时应一方面将用水量降下来或同时把用水量和外加剂掺量调下来。假如坍落度偏小不是太多，例如距离规定值40mm以内，则可增长外加剂掺量0.1--0.2%。假如坍落度偏小太多，则应调高单方用水量。一般每增长用水量5--7kg，坍落度可增长20mm。外加剂掺量增长0.1%所增长的坍落度应通过实验拟定，每种外加剂都不同。
14．配制低坍落度砼时，假如水用量偏少，混合料过干，则水泥无法充足水化，砼强度就也许上不去。同样地，假如砼太稀，出现流浆、泌水现象，则也许由于水分挥发较快而留下更多的连通孔隙从而导致砼强度减少。
15．改变材料比例，砼性能变化很大。外加剂对配合比自身也比较敏感。假如粉煤灰掺量加大，水泥用量减少，要保证相同坍落度，则外加剂掺量应减小。此外，在砂石集料不变的情况下，随着水泥用量增长，用水量假如不变，则砼坍落度会增大，所以要配制相同坍落度的砼，在砂石集料不变时，随着水灰比减小，用水量也应减小。
16．假如水泥用量较大而掺合料较少，砼太粘影响泵送，则应减少水泥用量，提高掺合料用量。假如要减缓水泥水化放热速度，应采用大掺量粉煤灰砼配合比，同时掺加缓凝高效减水剂。假如低标号砼比较涩，则可外掺粉煤灰以改善砼和易性。
17．对预拌砼，试配时应测砼经时坍落度和后掺外加剂时的坍落度增长值。不同时点制作的试块强度有所差异，所以规范规定砼运送至现场后必须在40分钟内将试块制作完毕。
18．普通路面砼的折压比一般为0.09--0.11，平均为0.10左右，掺加路面专用抗折剂折压比可提高至0.11--0.13，平均可达0.12。
19．假如用水量刚好是临界用水量，则拌制砼时也许不同盘坍落度差异会比较大，由于此时外加剂对砂石集料的变化非常敏感，会让人误认为外加剂有问题，其实是配合比的问题。
20．由于外加剂对砂石集料也很敏感，并且不同外加剂减水率不同，所以在试配时不能以某个固定的配合比来检查外加剂的好坏。例如，用Point-400配制砼时出现泌水，而用宏发的不会泌水，则应减少外加剂掺量，或减少用水量。这是由于基准砼用水量同样，而两种外加剂减水率不同，并且对同样的水泥、砂石原材料敏感度不同。试配时应“以我为主”，不能把别人的配合比套在我们的外加剂上来检查我们产品的好坏。
21．水泥有均匀性的问题。水泥中SO3含量应在一定范围，假如超过规范范围，水泥安定性会有问题，假如偏低，水泥与外加剂的适应性会变差，净浆做不大，混凝土坍落度也许起不来，或者坍损会变大。这是由于水泥中SO3含量重要是石膏在调节，石膏是调节凝结时间用的，因此SO3含量偏低时，凝结硬化时间会缩短，坍损变大。
22．水泥存放时间长短对净浆、胶砂和混凝土实验影响很大。刚出厂的水泥，静停时间过短，水泥也许温度较高，水泥颗粒表面也许带有很多静电，水泥净浆、胶砂和混凝土实验也许流动度都做不大，而存放一段时间后再做实验，流动度就可以做起来。假如净浆实验时流动度出奇的大（超过300mm），基本可以鉴定水泥存放时间过长，有变质，此时做实验是不准的，需更换水泥。
23．砂石含泥量和石粉含量会影响减水率、强度和坍损。聚羧酸对砂石含泥量和石粉含量更敏感，所以在碰到具体的问题时，须对客户的砂石材料要有基本的了解。
24．机制砂（人工砂）表面棱角较多，比表面积较大，所以需水量较大，做实验时用水量比河砂多。机制砂重要需控制其级配及石粉含量的稳定性，石粉含量一般宜控制在6-8%，假如太大，坍落度做不起来。
25．如何调整配合比？
1)一方面看现场的砂石材料情况。假如现场石子针片状颗粒明显偏多，或者级配不好，或者石粉含量、含泥量明显太大，则一方面要找砂石原材料的因素。砂太粗，砼容易泌水，砂太细，砼比较粘稠，这两种情况都不好。
2)另一方面要看砼浆料情况，看是泌水，还是发涩，还是粘稠，根据浆料不同情况进行调整。
a)假如拌合物底部泌水，量较多时应减少用水量或外加剂掺量；
b)拌合物骨料堆积、泌浆、趴底，应减少用水量、外加剂掺量或调整砂率；
c)砂富时应减少砂率，砂贫时应调高砂率；
d)粘聚性不好，应调整单方用水量、外加剂掺量、胶凝材料用量、砂率；
e)坍落度偏小，应调整单方用水量、外加剂掺量、砂率。