C50等级混凝土配合比设计.doc

全国混凝土设计大赛攀枝花学院
3+2组合配合比计算
设计要求C50等级混凝土。
根据《普通混凝土配合比设计规程》（以下简称《规程》）JGJ 55的规定，其配合比计算步骤如下：
1、原材料选择
结合设计和施工要求，选择原材料并检测其主要性能指标如下：
（1）水泥
选用P.O 42.5级水泥，28d胶砂抗压强度49.3MPa，安定性合格。
（2）矿物掺合料
选用F类II级粉煤灰，细度18.2%，需水量比101%，烧失量7.2%。
选用S95级矿粉，比表面积428m2/kg，流动度比98%，28d活性指数99%。
（3）粗骨料
选用最大公称粒径为25mm的粗骨料，连续级配，含泥量1.2%，泥块含量0.5%，针片状颗粒含量8.9%。
（4）细骨料
采用当地产天然河砂，细度模数2.70，级配II区，含泥量2.0%，泥块含量0.6%。
（5）外加剂
A型聚羧酸减水剂，减水率为25%，含固量为20%。
（6）水
选用自来水。
2、计算配制强度
由于缺乏强度标准差统计资料，因此根据《规程》表4.0.2选择强度标准差σ为6.0MPa。
表4.0.2 标准差σ值（MPa）
混凝土强度标准值
≤C20
C25~C45
C50~ C55
Σ
4.0
5.0
6.0

采用《规程》中公式4.0.1-1计算配制强度如下：
（4.0.1-1）
式中：fcu,0——混凝土配制强度（MPa）；
fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，这里取混凝土的设计强度等级值（MPa）；
σ——混凝土强度标准差（MPa）。

计算结果：C50混凝土配制强度不小于59.87MPa。
3、确定水胶比
（1）矿物掺合料掺量选择（可确定3种情况，比较技术经济）
应根据《规程》中表3.0.5-1的规定，并考虑混凝土原材料、应用部位和施工工艺等因素来确定粉煤灰掺量。
表3.0.5-1 钢筋混凝土中矿物掺合料最大掺量
矿物掺合料种类
水胶比
最大掺量（%）
采用硅酸盐水泥时
采用普通硅酸盐水泥时
粉煤灰
≤0.40
45
35
＞0.40
40
30
粒化高炉矿渣粉
≤0.40
65
55
＞0.40
55
45
钢渣粉
－
30
20
磷渣粉
－
30
20
硅灰
－
10
10
复合掺合料
≤0.40
65
55
＞0.40
55
45
注：1 采用其它通用硅酸盐水泥时，宜将水泥混合材掺量20%以上的混合材量计入矿物掺合料；
2 复合掺合料各组分的掺量不宜超过单掺时的最大掺量；
3 在混合使用两种或两种以上矿物掺合料时，矿物掺合料总掺量应符合表中复合掺合料的规定。
综合考虑： C50混凝土的粉煤灰掺量25%，矿粉掺量20%。
（2）胶凝材料胶砂强度
胶凝材料胶砂强度试验应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T 17671规定执行，对3个胶凝材料进行胶砂强度试验。也可从《规程》中表5.1.3选取所选3个方案的粉煤灰或矿粉的影响系数，计算fb。
表5.1.3 粉煤灰影响系数（gf）和粒化高炉矿渣粉影响系数（gs）
掺量（%） 种类
粉煤灰影响系数gf
粒化高炉矿渣粉影响系数gs
0
1.00
1.00
10
0.85～0.95
1.00
20
0.75～0.85
0.95～1.00
30
0.65～0.75
0.90～1.00
40
0.55～0.65
0.80～0.90
50
-
0.70～0.85
注：1 采用Ⅰ级粉煤灰宜取上限值。
2 采用S75级粒化高炉矿渣粉宜取下限值，采用S95级粒化高炉矿渣粉宜取上限值，采用S105级粒化高炉矿渣粉可取上限值加0.05。
3 当超出表中的掺量时，粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数应经试验确定。
检测或计算结果：
根据表5.1.3选取粉煤灰和矿粉影响系数，计算胶凝材料28d胶砂强度fb＝0.75×0.98×49.3＝36.24MPa

（3）水胶比计算
利用《规程》中公式5.1.1计算实际水胶比如下：
（5.1.1）
式中： W/B——混凝土水胶比；
aa、ab——回归系数，按本规程第5.1.2条的规定取值；
fb——胶凝材料28d胶砂抗压强度（MPa），可实测，且试验方法应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T 17671执行；也可按本规程第5.1.3条确定。
由于没有回归系统统计资料，所以按《规程》中表5.1.2选取aa、ab。

表5.1.2 回归系数（aa、ab）取值表
粗骨料品种
系数
碎石
卵石
aa
0.53
0.49
ab
0.20
0.13

计算结果： 掺加25%粉煤灰和20%矿粉时混凝土的水胶比为0.35。
4、计算用水量
确定坍落度设计值为180mm。根据《规程》第5.2节规定计算用水量步骤如下：
（1）塑性混凝土单位用水量
根据《规程》中表5.2.1-2选择单位用水量。满足坍落度90mm的塑性混凝土单位用水量为210kg/m3（插值）。
表5.2.1-2 塑性混凝土的用水量（kg/m3）
拌合物稠度
卵石最大公称粒径（mm）
碎石最大公称粒径（mm）
项目
指标
10.0
20.0
31.5
40.0
16.0
20.0
31.5
40.0
坍落度
（mm）
10～30
190
170
160
150
200
185
175
165
35～50
200
180
170
160
210
195
185
175
55～70
210
190
180
170
220
205
195
185
75～90
215
195
185
175
230
215
205
195
注：1 本表用水量系采用中砂时的取值。采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5kg～10kg；采用粗砂时，可减少5kg～10kg。
2 掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。
（2）推定未掺外加剂时混凝土用水量
以满足坍落度90mm的塑性混凝土单位用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5 kg/m3用水量来计算坍落度180mm时单位用水量m′w0＝（180-90）/20*5+210＝232.5kg/m3。
（3）掺外加剂时的混凝土用水量
利用《规程》中公式5.2.2计算掺外加剂时的混凝土用水量如下：
（5.2.2）

计算结果：混凝土单位用水量为174kg/m3。
5、计算胶凝材料用量
根据上述水胶比和单位用水量数据，根据《规程》中公式5.3.1计算胶凝材料用量如下：
（5.3.1）
式中：mw0——计算配合比每立方米混凝土的用水量（kg/m3）；
m′w0——未掺外加剂时推定的满足实际坍落度要求的每立方米混凝土用水量（kg/m3），以本规程表5.2.1-2中90mm坍落度的用水量为基础，按每增大20mm坍落度相应增加5 kg/m3用水量来计算；
β——外加剂的减水率（％），应经混凝土试验确定。
计算结果： 混凝土的胶凝材料用量为387kg/m3。
6、计算外加剂用量
选定C50混凝土的A型减水剂掺量为1.0%，根据《规程》中公式5.2.3计算外加剂用量如下：
（5.2.3）
式中： ma0 ——计算配合比每立方米混凝土中外加剂用量（kg/m3）；
mb0 ——计算配合比每立方米混凝土中胶凝材料用量（kg/m3）,计算应符合本规程5.3.1条的规定；
βa——外加剂掺量（%）,应经混凝土试验确定。
计算结果：混凝土的外加剂单位用量为3.87kg/m3。
7、计算矿物掺合料用量
根据上述确定的粉煤灰和矿粉掺量，根据《规程》中公式5.3.2分别计算粉煤灰和矿粉用量如下：
（5.3.2）
式中：mf0 ——计算配合比每立方米混凝土中矿物掺合料用量（kg/m3）；
βf——矿物掺合料掺量（%），可结合本规程3.0.5条和5.1.1条的规定确定。
计算结果： 混凝土的粉煤灰和矿粉用量分别为97kg/m3和77kg/m3。
8、计算水泥用量
根据胶凝材料用量、粉煤灰用量，根据《规程》中公式5.3.3计算水泥用量如下：
（5.3.3）
式中：mc0 ——计算配合比每立方米混凝土中水泥用量（kg/m3）。
计算结果：混凝土的水泥用量为213kg/m3。
9、计算砂率
根据《规程》中表5.4.2的规定，初步选取坍落度60mm时砂率值为31%（插值）。随后按坍落度每增大20mm、砂率增大1％的幅度予以调整，得到坍落度180mm混凝土的砂率βs＝（180-60）/20+31%＝37%。即，
计算结果：坍落度180mm的C50混凝土砂率为37%。
表5.4.2 混凝土的砂率（％）
水胶比
卵石最大公称粒径（mm）
碎石最大粒径（mm）
10.0
20.0
40.0
16.0
20.0
40.0
0.40
26～32
25～31
24～30
30～35
29～34
27～32
0.50
30～35
29～34
28～33
33～38
32～37
30～35
0.60
33～38
32～37
31～36
36～41
35～40
33～38
0.70
36～41
35～40
34～39
39～44
38～43
36～41
注：1 本表数值系中砂的选用砂率，对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率；
2 采用人工砂配制混凝土时，砂率可适当增大；
3 只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时，砂率应适当增大。
10、计算粗细骨料用量
根据《规程》规定的质量法计算混凝土配合比，假定C50混凝土容重为2400kg/m3。则粗、细骨料用量应按式（5.5.1-1）计算；砂率应按式（5.5.1-2）计算：
（5.5.1-1）
（5.5.1-2）
式中：mg0——计算配合比每立方米混凝土的粗骨料用量（kg/m3）；
ms0——计算配合比每立方米混凝土的细骨料用量（kg/m3）；
βs——砂率（％）；
mcp——每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg），可取2350 kg/m3～2450 kg/m3。
计算结果：混凝土的砂和石子用量分别为680kg/m3和1158kg/m3。
11、调整用水量
扣除液体外加剂的水份， C50混凝土实际单位用水量计算结果为：
混凝土的调整用水量为171kg/m3。
12、试拌配合比
综上所述，计算得到C50混凝土的试拌配合比如下表所示：
表 计算试拌配合比,kg/m3
序号
强度等级
胶凝材料
水泥
粉煤灰
矿粉
粗骨料
细骨料
减水剂
水
1
C50
399
213
97
77
1158
680
3.87
171
13、技术经济比较 14、试配