混凝土配合比设计之EXCEL方法.pdf

2 0 1 3年 第 9期 ( 总 第 2 8 7期 ) 混 凝 土 Nu mb e r 9 i n 2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 7 ) Co nc r e t e 预拌砂浆 RE ADY M D D M 0RTAR 混凝土配合比设计之 E X C E L方法 吴学安 ( 天津市宏发混凝土有限公司，天津 3 0 0 3 0 1 ) 摘要 ： 依据 J G J 5 5 2 O 1 1 普通混凝土配合 比设计规程 ， 这篇文章介绍了采用通用的办公软件 E x c e l 工作表 ， 逐步设计计算 配合比的详细过程。 该方法适用于普通混凝土配合比的批量设计与调整 。 关键词： 混凝土配合 比设计 ；体积法 ；E x c e l 工作表 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 1 2 0 0 6 Co n c r e t e Mi x De s i g n wi t h E x c e l Sp r e a d s h e e t WU c a n ( T i a n j i n H o n g f a C o n c r e t e C o mp a n y ， T i a n j i n 3 0 0 3 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： S t e p b y s t e p d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n o f c o n c r e t e mi x r a t i o i n a c c o r d a n c e wi t h J GJ 5 5 _ 2 叭 1“ Or d i n a r y c o n c r e t e mi x d e s i g n p r o c e d u r e s ” i n c o mmo nl y us e d o ffi c e s o ft wa r e Ex c e l s p r e a d s h e e t wa s i n t r o d u c e d Th i s me t h od i s a p p l i c a b l e t o o r d i n a r y b u l k c o nc r e t e mi x d e s i g n and a d j u s t m e n t Ke y w or ds： c o n c r e t e mi x d e s i g n； v o l u me me t h o d； Ex c e l s pr e a d s h e e t 0 引言 配制混凝土的材料种类越来越多 ， 尤其是 预拌混凝土 生产企业更是需要设计 、 试配 、 调整 、 储备及应用大量各种 规格的混凝土配合 比 ， 人工运算 已经远远不 能满足需求 。 为了快速 、 精确 、 大量地设计和调整配合 比 ， 需要建立 自动 化办公模式 ， 利用 Mi c r o s o ft E x c e l 工作表中强大 的函数系 统和数据库， 依据标准规范， 对混凝土配合比进行设计、 调 整 、 保存 。 作者 自 1 9 9 8 年 即开始使用 E x c e l 工作表设计混凝 土配合 比， 经过长期实践 ， 总结出一套用 E x c e l 工作表设计 混凝土配合 比的方法 ， 其简单 、 快捷 、 精确 、 容易掌握 ， 实用 性极 强 ， 可 大大提高工作效率 ， 实为预拌混凝土生产企业 技术人员 的有力助手。 本研究的设计步骤、 参数选取、 函数计算等均符合 J G J 5 5 2 0 l 1 普通混凝土配合 比设计规程 的规定。 1 符号与参数 1 1 符 号 配合比编号 ； 注 混凝土强度标准差 ， MP a ； 胶凝材料 2 8 d 胶砂强度实测值， MP a ； ， 。 混凝土配制强度 ， MP a ； ， 混凝土立方体抗压强度标准值 ， MP a ； 观混凝土拌合物坍落度， m m； 注 水胶 比； 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 3 1 6 1 2 0 每立方米混凝土的胶凝材料用量 ， 标准 中符号 为 m b ， k g ； 注 。 每立方米混凝土的原始用水量 ， ， 标准 中符 号为 ， ； c 每立方米混凝 土的水泥用量 ， ， 标准 中符号 为 m ； K每立方米混凝土的矿渣粉用量 ， ， 标准中符号 为 ； F 每立方米混凝土的粉煤灰用量 ， ， 标准中符号 为 m f ； 每立方米混凝土的膨胀剂用量 ， k g ； G 每立方米混凝土的粗骨料用量 ， ， 标准中符号 为 m g ； S 每立方米混凝土的细骨料用量 ， ， 标准 中符号 为 m ； 每立方米混凝土的用水量， ， 标准中符号为 m ； A每立方米混凝土的外加剂用量 ， k g ， 标准中符号 为 m ； P 每立方米混凝土拌合物的假定质量 ， k g ， 标 准中 符号为 m ； 砂率 ， ； p 。 水泥表观密度 ， k g m ； p k 矿渣粉表观密度 ， k g m ； p f 粉煤灰表观密度 ， k g m 3 ； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m p 膨胀剂表观密度 ， k g m ； p 砂的表观密度 ， k g m 。 ； 石 的表观密度 ， k g m3 ； p 水 的比重 ， k g m 3 ； p 外加剂 的比重 ， k g m ； 混凝土的含气量百分数 ； p 混凝土拌合物表观密度计算值， k g m 3 ； I ， 混凝土拌合物浆体体积， L m 。 注 ： 配合 比编号应由使用者 自行编制 ， 笔者多年习惯 采用X X X X 的编制规则 ， 其排序为强度等级 坍落度 石子 粒径或水泥规格 抗渗等级或抗冻等级一 版本号 ； 混凝土 坍落度英文为 s l u mp ， 取其字首 ； 由于标准 中给出的每立 方米混凝土材料用量符号在工作表中容易相互混淆 ， 故改 用材料的英文或拼音大写字母。 1 2参 数 除J G J 5 5 规定的选用计算参数外， 需测试参与计算的 原材料性能参数 ， 即水泥 、 矿渣粉 、 粉煤灰 的表观密度 ， 砂 、 石 的饱 和面干表 观密度 ， 水 、 液体9 t, m剂 的比重 ， 单位 取 k g m 。 胶凝材料 2 8 d 抗压强度( MP a ) ， 胶材中矿物掺合料掺 量应预先设计 。 建议预拌混凝土生产企业采用实测值进行设计计算。 2 设计过程 以强度等级 C 3 0 为例。 2 1定 义 列名 称 表 1 中， 第一列为E x c e l 表的行位置； 第一行第一格为 名称框， 即单元格坐标， 第一行第二格为函数标示， 第一行 第三格为该单元格中的值或函数 ； 第二行为 E x c e l 表的列 位置 ， 第 三行 为各列 符号 ， 其意义参见 1 1 ； 第 四行在下面 的计算 中填写数值或函数 ； 选中的单元格用粗线框显示。 使 用者可按本表的解释查 阅使用以下诸表。 2 2 参数取值 ( 1 ) o r 取 5 0 。 ( 2 ) 本配合 比的混凝 土拌合物浇筑坍落度设计为 表 1 各列名称代码 N o 垒 呈 里 里 ! 。 ! ! 1 No 厶k盯 ，。乩I V B B Ivo C K F S G A m 2 1 8 0 n l n l 。 在搅拌站， 该值为 1 h 经时损失后的坍落度保留值， 出机坍落度应以该值加 1 h 经时损失量， 一般加 2 0 mm。 如 此可便于在生产任务下达后 ， 根据其浇筑坍落度要求选用 适宜的配合 比。 ( 3 ) 砂率选取 4 0 。 ( 4 ) 石子最大粒径 2 0 0 m m， 坍落度 9 0 m m塑性混凝 土用水量 2 1 5 k g m ， 坍落 度增 至 2 0 0 1 T I I T I 时用水 量增 至 2 4 2 5 k g m ， 掺用外加剂减水后， 设计用水量 _ 2 4 2 5 ( 1 2 5 ) = 1 8 2 k g m 。 ( 5 ) 混凝土拌合物空气含量 1 0 ， 如果考虑到水泥水 化时消耗 的那部分水的体积减缩 ， 建议不计算空气含量。 2 3 参数测试 ( 1 ) 水泥为 P O 4 2 5 ， 矿渣粉掺量选 2 0 ， 粉煤灰掺量 选 1 8 ， 其胶凝材料强度为 4 9 0 MP a ， 取 4 8 ， 0 MP a 。 ( 2 ) 表观密度 ， 见表 2 。 表 2 各材料表观密度 k g m ! ! ! ! 1 3 1 5 O 2 9 1 0 2 20 0 3 0 00 2 65 0 2 8 5 0 1 0 0 0 l 1 0 O ( 3 ) 外加剂掺量 2 0 ， 减水率 2 5 0 ， 含水量 9 0 。 2 4 计算 至此 ， 设计计算过程完成 了 ， 得 出了一个用 于试 配的 混凝土配合 比。 应按 J G J 5 5 2 0 1 1 第六 章 的规 定进行 试 拌、 试配、 调整、 修正。 2 5试 拌 试拌时可调整的参数有原始用水量 、 砂率 、 外加剂掺 量 ， 如下表 ， 复制粘贴行 ， 直接在单元格中调整。 本表行 2为设计 配合 比； 行 3为第一次调整 ， 用水量 由 1 8 2调整为 1 8 5 ， 外加剂掺量 由 2 0 调整为 2 2 ； 行 4 为第二次调整 ， 砂率由 4 0 调整为 4 2 。 试拌得 出符合要求 工作性能的配合 比后 ， 进行强度试验。 表 3 键入参数 1 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 6 计算胶凝材料总量 1 N o 。k ， 。 s 倡 卢 。 B Wo C K F S G A m 2 3 0 50 48 0 3 8 2 1 8 0 05 9 4 0 31 0 1 8 2 1 9 2 6 2 5 6 1 7 6 7 7 5 1 1 6 2 6 2 O 2 4 30 1 2 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6强度试验 依据 J G J 5 5 2 0 1 1 标准 6 1 5 条规定 ， 本表行 2 为试拌 配合比； 行 3 为水胶 比增加 0 0 5 ， 砂率增加 1 ； 行 4为水胶 比减少 0 0 5 ， 砂率减少 1 。 水胶 比可直接在单元格 中修改。 表 1 6 强度试验 2 7 试 配分析 三个配合比的 2 8 d 标准养护强度与水胶 比在 E x c e l 表 上绘制趋势线， 从其上可找出所需强度对应 的水胶比。 例如 ， 图 1 表现了水胶 比 0 5 4 、 0 5 9 、 0 6 4 对应的强度为 4 6 7 、 3 9 6 、 3 0 6 MP a的趋势线。 理想的强度为 3 7 5 MP a ， 其对应 的水胶 比为 O 5 9 9 ， 应重新试配 以确认此水胶 比。 确认后的水胶 比 如与试拌配合 比的水胶 比不一致 ， 可在试拌配合 比行中试 调标准差或胶砂强度使其达到一致。 3 批 量设计 配合 比 方法： 在设计好的配合比( 如本表行 4 ， 编号为 6 9 0 0 1 的行 ) 行前( 或行后 ) 插入行 ， 复制行 4 全行 ， 粘贴至插入 的 4 8 46 44 矗 4 2 40 、 3 8 憩 3 6 3 4 3 2 3 0 0 5 4 0 5 5 0 5 6 0 5 7 0 5 8 0 5 9 0 6 0 0 6 1 0 6 2 0 6 3 0 6 4 水胶 比 图 1 水胶比强度趋势线 数勿需改动 ， 工作表会 自 动计算。 经过试配确认后的配合比工作表， K列至 Q列便是可 空白行， 修改编号、 坍落度 、 砂率、 原始用水量等数值 ， 凡函 应用于生产的配合比。 表 1 7 各种坍落度要求的配合比 4 配 合 比 在 应 用 过 程 中 的 调 整 ； 9。 文0 0 - 本可 1 以修 6 9 改 ， 0 0- E x c e l 工作表中的配合比可在应用过程中根据结果进 可以根据需要调整数值单元格中的数值， 例如标准差、 胶砂 行单独调整， 也可进行批量调整。 本5 1 2 作表单元格分为三 强度、 原始用水量； 而对于函数 ， 可以调整函数中的常数， 1 23 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 例如矿物掺合料掺量 、 各原材料表观密度 、 液体外加剂含 水率 、 外加剂掺量 ， 要注意如非必要请 勿改变 函数 ( 公式 ) 本身 ， 以免发生计算错误 。 4 1 批量调整配合 比 的公式里进行修改 ， 回车 ， 重新选中 0 ： ， 移动鼠标 至 0 右 下 角的小方块上 ， 鼠标变成实心的加 号 ， 按住左键 向下拖 拉直至配合比最末行， 修改完成。 实际用水量( 液体外加剂 含水率变化) 、 浆体体积 、 材料成本中的参数变化均可如此 如表 2 0 ， 当材料表观密度发生变化时， 可在 0 单元格 调整， 其他列不可。 表 2 O 参数变化的调整 表 2 1 将材料表观密度集中在表头 ， 公式中的参数引用 固定位置的单元格 ， 亦可实现表 2 0的刷列方法 ， 数据直观 、 调整更加简便。 浆体体积、 材料单价同理操作。 4 2 当需要掺加其他材料时， 可按如下方式设计配 合 比。 ( 1 ) 直接掺加对制成量有较大影响的 ， 如膨胀剂 ， 应参 与函数计算 。 表 2 2中膨胀剂为外掺， 故砂率调整为 3 9 ， 其余参数 未作调整。 修改和增加 的函数为 ： 单元格 2 为插入列 ： f x I 2 X O 1 2 ( 1 ) 单元格 ： 9 9 0 K2 3 1 5 一 2 2 9 1 一 2 2 一 3 一 D 2 一 R 2 1 1 1 2 6 5 + ( 1 O 0 一 日， ) ， 日， ， 2 8 5 单元格 ： ( 2 ) f = K 2 + L M N 0 p Q 2 + R 1 3 ( 2 ) 直接掺加对制成量无影响的 ， 如早强剂 、 缓凝剂 、 引气剂等， 可插入列 ， 在新建材料名称下面的单元格中键 入函数 ,i x胶凝材料总量X 掺量 。 表 2 1 参数集中 ( 3 ) 在进行配合 比设计 与调整 时 ， 可关 注拌 合物浆 体 体积， 以保证配合比稳定性， 获得最佳施工性能。 注意调整 胶凝材料表观密度时应同时调整该公式里 的表观密度参 数 ， 并用 4 1 介绍的方法刷新列。 ( 4 ) 材料 成 本 。 设 定 材料 单 价 ： 水 泥 3 0 0元 t ， 矿 渣 粉 2 0 0元 t ， 粉煤灰 1 0 0 元 t ， 水 1 0元 t ， 砂 6 0元 t ， 石 5 0元 t ， 外加剂 2 4 0 0元 t 。 1 24 表 2 4 材料成本计算 建议 ， 当配合 比换 版时 ， 将 当前版本文档另存为新版 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 名称 ， 然后再在其 中修改 ， 这样可以完整保 留旧版本 ， 以备 检索。 当需要增加其他性能系列配合比( 如抗渗性能 、 防冻 性能 ) 时 ， 可在 当前版本 中插入新工作表 ， 将常温普通配合 比复制粘贴进来 ， 再行修 改。 可将 同版本 中各工作表按其 性能重命名 ， 见图 2 。 箍 薤 霪蕊甄 露 墓 墓 西 釜 鹾厂 蠢 爱 塑 一 。 一 - _ 。 0 。 - _ 图 2 工作表标签 5结论 ( 1 ) 采用体积法设i 斗 计算混凝土配合比是当前技术趋势。 ( 2 ) 应用办公软件 E x c e l 工作 表批量设计调整混凝土 配合 比， 体现 了现代化 、 电子化 办公 的需 要 ， 有着简单 、 快 捷 、 准确 的优势 。 使用者 可在此基 础上通过 函数计算增加 上接 第 1 1 9页 够充分 ， 使得拉伸黏结强度降低 ； 总体来说 ， 除 1 2 和 2 - 2 组 试验外， 各组抹面胶浆均满足 J C T 9 9 3 -2 0 0 6 ( 墙外保温 用膨胀 聚苯 乙烯板抹面胶浆 要求 的抗 冲击能力大于 3 J 、 拉伸黏结强度大 于 O 1 MP a ， 压折比均优于市售抹 面胶浆 ， 但规范要求压折 比小于 3 0 。 由表 2 可知， 掺人 P V A改眭的橡胶颗粒， 抹面胶浆的各 自己需要的其他数据。 ( 3 ) 关 于胶凝材 料强度 ， 应根据胶材 中各材料 比例做 水泥试体 ， 得出实际强度代人 ， 出于质量安全考虑 ， 宜取最 小值。 作为预拌混凝土生产企业， 使用的胶凝材料品种多、 厂家多 、 离散大 ， 砂石产地频繁更换 ， 外加剂减水率存在波 动 ， 需要密切关注每批材料质量以确保配合比安全与合理。 参考文献 ： 【 1 】廉慧珍 ， 李玉琳 当前混凝土配合比“ 设计” 存在的问题【 J J 混凝 土 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 - 5 2 J G J 5 5 2 0 1 1 ， 普通混凝土配合比设计规程 s 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 吴学安( 1 9 6 2 一 ) ， 女， 总工程师。 天津市东丽区军粮城镇东口村 天津市宏发混凝土有 限公司( 3 o o 3 o 1 ) 0 2 2 2 43 6 6 5 55 项性能优于使用 K H 5 7 0 改性的橡胶颗粒时 ； 对 比试验数据 可知 ， 可再分散乳胶粉必须具有足够 的掺量 ， 才能保证抹面 胶浆各项性能的实现。 综合分析， 2 3 组试验结果是最优的。 3 2 橡胶抹 面胶浆 的干缩I 生能研 究 干燥 收缩是砂浆产生裂缝的重要原 因之一 。 对 以上配 合比的橡胶抹面胶浆进行干缩试验， 结果见表 3 。 表 3 橡胶抹面胶浆的干燥收缩性能 m m m 由表 3可知 ， 掺入橡胶颗粒后 ， 各抹 面胶浆各龄期 的 干缩 率大大 降低 ， 这 是 由于橡 胶颗粒填 充在砂 浆 的孑 L 隙 中 ， 同时充 当 了弹性体 的作用 ， 抑制 了砂浆 因毛细孔 隙水 的蒸 发而产 生的收缩 ； 对 比相邻组数据可知 ， 胶 粉掺量 为 1 2 k g m 时 ， 方能在填充孔隙的同时构成三维空间网络 ， 限 制砂 浆干缩率 的增 大 ， 1 3和 2 - 1 组试验 的抗 干燥收缩 性 能是较优 的。 4 小 结 在市售抹面胶浆的基础上 ， 对橡胶抹 面胶浆的配合比 进行优化设计可知 ， 掺人橡胶颗粒后 ， 同水灰 比时 ， 抹面胶 浆的工作性增强 ， 易于施工操作； 要保证其各项性能指标 的实现 ， 必须掺有 足够数量的可再分散乳胶粉 ， 而在 固定 的可再分散乳胶粉用量下， 随橡胶颗粒掺量的增大 ， 砂浆 的柔韧性增大 ， 但拉伸 黏结强度降低 ； 掺人橡胶颗粒后 ， 各 抹面胶浆各龄期的干缩率大大降低。 本次试验中获得的各 项性能均较 优异的橡胶抹 面胶浆 的配合 比设 计为 2 - 3 组 试验 ， 即每立方米材料用量为水泥 4 2 8 k g 、 砂子 8 0 3 k g 、 经 P V A改性 的橡胶颗粒 7 0 ( 等体积代砂 2 5 ) 、 可再分散 乳胶粉 1 2 、 纤维素醚 1 8 ， 水灰 比为 0 7 。 参考文献： 1 韩舜 高性能聚苯颗粒外保温砂浆的配制、 性能与工程应用研 究【 D 1 重庆， 重庆大学 ， 2 0 0 7 【 2 张杰可再分散乳胶粉在外墙外保温中的应用l J 1涂料工业 ， 2 0 0 2 ( 8 ) ： 2 1 2 2 【 3 】S E G RE N， J O EK E S I Us e o f t i r e r u b b e r p a r t i c l e s a s a d d i t i o n t o c e me n t p a s t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 0( 3 0 ) ： 1 4 2 1 1 42 5 【 4 】K HAT I D Z K， B AYO MY F M R u b b e ri z e d P o rt l a n d c e me n t c o n c r e t e J J o u r n a l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， AS C E， 1 9 9 9 ， 1 1 ( 3 )： 2 06 -2 1 3 5 】 郝先成 ， 马保国， 李廷芥 不同乳胶粉对抗裂砂浆抗裂性能的影 响 节能 ， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 1 9 2 1 作者简介： 联系地址： 联系电话 ： 董素芬 ( 1 9 8 5 一 ) ， 女， 硕士 ， 讲师。 内 蒙古包头 市阿 尔丁 大街 7号内蒙古 科技 大学 建筑与土木工程学院( 0 1 4 0 1 0 ) 1 3 8 4 8 2 68 2 6 0 1 25 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m