泵送混凝土配合比设计说明书.docx

目录

一、课程设计的要求与条件…………………………………………………03
1、已知参数和设计要求…………………………………………………03
2、原材料情况……………………………………………………………03
3、组员及任务分配………………………………………………………04
二、理论配合比设计与计算…………………………………………………04
1、C30基准混凝土理论配合比计算……………………………………04
2、C30泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计 …………………………09
三、理论配合比设计结果……………………………………………………11
四、实验室试配配合比设计与试配后拌合物性能测试结果………………11
1、C30基准混凝土实验室试配配合比设计计算………………………12
2、C30粉煤灰泵送混凝土实验室试配配合比设计计算………………13
3、试配后拌合物性能测试结果…………………………………………14
五、强度测试原始记录与强度结果的确定…………………………………15
一、7d强度测试…………………………………………………………16
二、28d强度测试…………………………………………………… …17
六、课程设计小结……………………………………………………………18

一、课程设计的要求与条件
1、配合比设计依据
1、《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）
2、《建设用碎石卵石》（GBT14685-2011）
3、《建设用砂》（GBT14684-2011）
4、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）
2、已知参数和设计要求：
某工程需要C30商品混凝土，用于现浇钢筋混凝土梁柱。施工采用泵送方式（管径φ100），施工气温15～25℃。要求出机坍落度为190±30 mm，而且2 h坍落度损失不大于30 mm。为使混凝土有良好的可泵性并节约水泥，要求掺适量的优质粉煤灰。
3、原材料情况
A、水 泥： 重庆拉法基水泥厂P·O 42.5R，fce=50.2MPa，ρc=3.10（g/cm3），堆积密度1560kg/m3；
B、细骨料：①特细砂Mx=0.9，ρs1=2.69（g/cm3），堆积密度1380kg/m3，含泥量1.4%，含水率7%；
②机制砂Mx=2.9，ρs2=2.70（g/cm3），堆积密度1530kg/m3，含粉量14%；
C、粗骨料：①石灰岩碎石 5～10mm，ρg=2.67（g/cm3），堆积密度1380kg/m3，含泥量0.7%；
②石灰岩碎石 10～25mm，ρg=2.67（g/cm3），堆积密度1400kg/m3，含泥量0.5%；
D、外加剂：聚羧酸缓凝高效减水剂（PCA-R），含固量23%，减水率29.5%，掺量1.5%,，重庆三圣特种建材股份有限公司
E、掺合料：Ⅱ级粉煤灰，ρF=2.42（g/cm3），堆积密度1320kg/m3，细度22.0%，需水量比99%，烧失量4.72%，掺量8%~12%；
F、拌合水：自来水。
4. 组员及任务分配
任务（合作完成配合比设计）：1.根据原材料检测数据，遵照现行混凝土配合比设计规程要求，进行配合比设计计算；
2.以设计计算为基准，通过实际试配、调整，得到满足该混凝土工程要求的混凝土配合比；
3.编写设计说明书。其中包括配合比设计说明与计算；实验室试配内容、测试数据与处理结果。
二、理论配合比设计
1、C30基准混凝土理论配合比计算
（1）确定配制强度fcu,0
混凝土配制强度fcu,0的计算公式：
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(MPa)
σ——混凝土强度标准差(MPa)
由于无统计资料计算混凝土强度标准差，其值按现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204）的规定取用。而所要求设计的混凝土等级C30级在C30～C60级范围内，则取σ=6.0MPa，
由所设要求的混凝土等级为C30级可知fcu,k =50PMPa，由可知：

（2）确定水灰比W/C
由所给材料情况中水泥为重庆拉法基水泥的P•O 42.5R，fce=50.2MPa，ρc=3.10（g/cm3），堆积密度1560kg/m3；
而所要要求配制的基准混凝土强度等级为C30级小于C60级时，按混凝土强度公式计算水灰比：

式中：αa 、αb——回归系数；——水泥28d抗压强度实测值，MPa
根据重庆地区所使用的水泥、集料，回归系数αa=0.482、αb=0.269。
混凝土强度等级为C30＜C60,其混凝土水灰比为：

配筋混凝土的最低强度等级、最大水胶比、和单方混凝土胶凝材料的最低用量宜满足《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中表4.0.2规定。

二

2、表中混凝土在不同的环境类别下尚需符合4.0.4至4.0.9条要求。
3、表中胶凝材料最低用量指骨料最大粒径约为20mm的混凝土，当最大粒径较小或较大时需适当增
减胶凝材料的用量
4、对于冻融和化学腐蚀环境下的薄壁构件，其水胶比宜适当低于表中对应的数值。
5、对于100年设计使用寿命且环境作用为D或D级以上时，可在混凝土的胶凝材料中加入少量硅
灰。
根据贵州地区实际用砂情况以及混凝土耐久性和强度要求，取W/C=0.355
（3） 确定单位用水量 mw0
所给材料情况：普通自来水
设计要求：出机坍落度为190±30 mm，且2 h坍落度损失不大于30 mm。且碎石的最大粒径为25mm
重庆市地方标准:DB50/5030-2004<<机制砂,混合砂混凝土应用技术规程>>中表5.0.2 混合砂塑性混凝土的用水量(kg/m3)

碎石最大粒径(mm)
拌合特坍落度(mm) 16 20 31.5 40
10-30 195 185 175 165
35-50 205 195 185 175
55-70 215 205 195 185
75-90 225 215 205 195
注:1,本表用水量系采用细度模数为1.8-2.1的混合砂时的平均值.细度模数小于1.8时,每立方米混凝土用水量可增加0-5公斤:细度模数大于2.1时,则可减少0-5公斤.
2,掺用各种外加剂或掺合料时,用水量相应调整.
3水灰比小于0.35的混合砂混凝土以及采用特殊成型工艺的混合砂混凝土用水量应通过试验确定.
由于要求坍落度为19±3cm ，贵州市地方标准<<机制砂,混合砂混凝土应用技术规程>>中表5.0.2选取基准坍落度为90mm为基础，当石灰岩碎石5～25mm，即最大粒径为25mm时, 单位立方米用水量mw为:
mw1 =205kg
（4） 确定每立方米混凝土的水泥用量mc0

届合摘自JCJ/T 55—96的图2可知，水灰比W/C=0.355和水泥用量mc0=577kg满足要求。

图2 混凝土的最大水灰比和最小水泥用量
（5）确定粗集料单位立方米用量mg0和细集料单位立方米用量ms0
由于表5.0.2用水量系采用中砂时的平均值，且普通水泥混凝土与砌筑砂浆中往往优先选用中砂，则细骨料用特细砂和机制砂配合，其细度模数应该在（2.3 , 3.0）范围内。
混合砂的细度模数可按以式简易计算: Uf(混)=Uf(机)*A(机)+Uf(特)*A(特)
式中: Uf(混)—混合砂细度模数
Uf(机)—机制砂细度模数
Uf(特)—特细砂细度模数
A(机)—混合砂中机制砂的百分比(%)
A(特)—混合砂中特细砂的百分比(%)
常用特细砂与机制砂的比例为3:7或5:5.
当特细砂：机制砂=5:5时，，不符合要求，舍弃。
当特细砂：机制砂=3:7时，，符合要求。
所以选定渠河砂与歌乐山机制砂按质量比为3:7配制细骨料，此时即可得到中砂。
重庆市地方标准:DB50/5030-2004<<机制砂,混合砂混凝土应用技术规程>>中表5.0.3 混合砂混凝土砂率(%)
碎石最大粒径(mm)
水灰比(W/C) 16 20 40
0.35 26-31 25-30 23-28
0.45 29-34 28-33 26-31
0.55 32-37 31-36 29-34
0.65 34-39 33-38 31-37
注:1,只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时,砂率应适当增大,
2,对薄壁构件,砂率取偏大值.
混合砂作细骨料配制抗渗混凝土和泵送混凝土时,砂率宜控制在30～38%之间。由插入法有：
即得：
混合砂大流动性,泵送混凝土砂率,可取上表的上限,以坍落度为60mm为基准，经试验,根据混凝土拌合物的坍落度按每增加20mm,砂率增加1%予以调整。所以当塌落度要求为19±3cm时，则：

采用体积法，由，（因无引气剂），可知：
， ， 而且ms01: ms02=3:7
∴细骨料的单位立方米质量为ms01=175kg,ms02=408kg。细集料密度为：g/cm3。粗骨料的单位立方米质量为mg0 =1034kg，粗骨料中大小石子按65%：35%分，则小石子为mg0 1=362kg,mg0 3=672kg。
实际用砂量：ms01=175/（1-0.07）=188kg,实际用水量：
即mcp=2399kg/m3，满足每立方米质量在2350~2450kg的条件。
综上所述，C30基准混凝土理论配合比设计如下表：
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料/ mm
水
外加剂
粉煤灰
其他
特细砂
机制砂
小石子
大石子
每m3用量/kg
577
175
408
362
672
205
/
/
/
质量比
1．000
1.010
1.789
0.355
/
/
/

2、C30泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计
根据粉煤灰混凝土配合比设计规范， C30泵送粉煤灰混凝土理论配合比设计是在C30基准混凝土理论配合比基础上进行设计计算的。
(6)确定粉煤灰单位立方米用量mf
所给材料情况：掺合料：Ⅱ级粉煤灰，细度22.0%，需水量比102%。烧失量4.72%,掺量8%~12%。
暂取取代率f=12%，则C30泵送粉煤灰混凝土中水泥单位立方米用量mcf为：。
而其中取代水泥的粉煤灰是按超量取代法添加的，在GBJ 146—90中夜对粉煤灰的超量系数有如下规定：

图3 粉煤灰的超量系数
则超量系数K范围为1.3～1.7，在此暂取K =1.3进行计算。
所以，所要求设计的C30泵送粉煤灰混凝土中粉煤灰单位立方米用量mf为：。
则超量粉煤灰的质量为mfe为：

此时，减水剂的量为：（507+89）×1.5%=8.90kg
(7)确定添加粉煤灰后骨料的单位立方米用量mse
a、添加粉煤灰后细骨料的单位立方米用量mse为：

特细砂和机制砂按照质量比为mse1: mse2 =3:7来配制试验用细骨料，mse1=168kg,mse2=392kg。
b、添加粉煤灰后粗骨料的单位立方米用量仍与C30基准混凝土理论配合比计算中粗骨料的单位立方米用量相同，分配比例也相同，则小石子为mg0 1=362kg,mg0 3=672kg。
实际用砂量：ms01=168/（1-7%）=180kg,
减水剂减水的量
实际用水量：
即mcp=2346kg/m3，满足每立方米质量在2350~2450kg的误差为2%条件。
综上所述，C30掺粉煤灰混凝土理论配合比设计如下表：
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料/ mm
水
外加剂
粉煤灰
其他
特细砂
机制砂
小石子
大石子
每m3用量/kg
507
168
392
362
672
145
8.90
89
/
质量比
1．000
1.105
2.039
0．286
0.018
0.175
/
三、理论配合比设计结果
综合以上配合比设计结果，C30基准混凝土理论配合比和C30泵送粉煤灰混凝土理论配合比如下表：

材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
水
外加剂
粉煤灰
/
特细砂
机制砂
小石子
大石子
C30基准
混凝土
每m3用量（kg）
577
175
408
362
672
205
/
/
/
质量比
1.000
1.010
1.789
0.355
/
/
/
C30泵送粉
煤灰混凝土
每m3用量（kg）
507
168
392
362
672
145
8.90
89
/
质量比
1.000
1.105
2.039
0.286
0.018
0.175
/
四、实验室试配配合比设计与试配后拌合物性能测试结果
适配环境：重庆大学材料学院工艺实验室于2011年11月29日下午
实验所用仪器：小电子秤：最大量程100Kg最小量程400g，精度为20g；大电子称：最大量程150Kg最小量程1Kg，精度为50g；振动台 1m2；容量筒：5L；模具用的是100mm×100mm×100mm的三联模。
1、C30基准混凝土实验室试配配合比设计计算
综上所述，C30基准混凝土理论配合比设计如下表：
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料/ mm
水
外加剂
粉煤灰
其他
特细砂
机制砂
小石子
大石子
每m3用量/kg
577
175
408
362
672
205
/
/
/
质量比
1．000
1.010
1.789
0.355
/
/
/
实验室材料含水情况：特细砂含水率7%。
调整后单位用水量=原单位用水量-原单位特细砂用量×含水率
=205-175×7%=193㎏
实际用砂量：ms01=175/（1-0.07）=188kg
实验室用粗骨料由大碎石和小碎石按65:35的比例配合而成，因含水率的影响以及砂中含水，调整后C30基准混凝土实验室试配配合比如下：

材料名称
水泥
细骨料
粗骨料/ mm
水
外加剂
粉煤灰
其他
特细砂
机制砂
小石子35%
大石子65%
每m3用量/kg
577
193
408
362
672
188
/
/
/
质量比
1．000
1.042
1.789
0.326
/
/
/
10L用量（㎏）
5.77
1.93
4.08
3.62
6.72
1.88
/
/
/
实验时,在搅拌过程中发现拌合物太干拌合性能不良同时还不能满足坍落度4～6cm的要求,因此在实验过程中额外加了0.20kg水(实际情况应该是按照水灰比W/C=0.355按比例加入水泥和水搅拌后的水泥浆，为赶时间，由老师指导直接单纯添加了水)。因此实际用的配合比为：
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料
水
外加剂
粉煤灰
其他
特细砂
机制砂
小石子
大石子
每m3用量/kg
577
193
408
362
672
215
/
/
/
质量比
1．000
1.042
1.789
0.373
/
/
/
10L用量（㎏）
5.77
1.90
4.08
3.62
6.72
2.15
/
/
/
2、C30粉煤灰泵送混凝土实验室试配配合比设计计算
综上所述，C30掺粉煤灰混凝土理论配合比设计如下表：
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料/ mm
水
外加剂
粉煤灰
其他
特细砂
机制砂
小石子
大石子
每m3用量/kg
507
168
392
362
672
145
8.9
89
/
质量比
1．000
1.105
2.039
0.286
0.018
0.167
/

实验室材料含水情况：特细砂含水率7%。
调整后单位用水量=原单位用水量-原单位特细砂用量×含水率-减水剂中的水=205-168×7%-8.9×（1-23%）=186㎏
减水剂减水量：
实际用水量=调整后单位用水量-减水剂减水量=185-60=126㎏
实际用砂量：ms01=168/（1-0.07）=180kg
实验室用粗骨料由大碎石和小碎石按65:35的比例配合而成，因含水率的影响调整后C30泵送粉煤灰混凝土实验室试配配合比如下：
材料名称
水泥
细骨料
粗骨料/ mm
水
外加剂
粉煤灰
其他
特细砂
机制砂
小石子35%
大石子65%
每m3用量/kg
507
180
392
362
672
126
8.90
89
/
质量比
1．000
1.128
2.039
0.249
0.018
0.167
/
10L用量（㎏）
5.07
1.80
3.92
3.62
6.72
1.26
0.089
8.90
/
3、试配后拌合物性能测试结果
（1）坍落度和扩展度
宏观均无离析泌水现象。坍落度和扩展度的数据记录：
项目
坍落度
扩展度
基准混凝土/mm
40
——
粉煤灰混凝土/mm
250
685

（2）混凝土拌合物的表观密度
混凝土的表观密度测试的数据记录：
项目
ｍ１
玻璃板+容量
m3
玻璃板+容量+混凝土
基准混凝土/kg
1.80
13.82
粉煤灰混凝土/kg
1.92
14.18
拌合料的表观密度实测值：（容量筒体积V=5L）
A、C30基准混凝土拌合料的表观密度实测值为
kg/m3
实际混凝土的体积：
577／3100＋583／2697＋1034／2700＋215／1000＋0.01=1.010
表观密度计算值：
ρc,c =﹙577＋583＋1034＋215﹚／1.010＝2385㎏/m3
︱ρc,t-ρc,c︱/ρc,c×100%=︱2404-2385︱/2385×100%=0.042%
基准混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值没有超过计算值的2%。
B、C30粉煤灰泵送混凝土拌合料的表观密度实测值为
kg/m3
实际C30粉煤灰泵送混凝土的体积为：
89/2420+507/3100+560/2697+1034/2700+145/1000+0.01=0.946
表观密度计算值：
ρc,c=﹙89＋507＋1034＋560+145﹚／0.946＝2468㎏/ m3
︱ρc,t-ρc,c︱/ρc,c×100%=︱2450-2468︱/2468 ×100%=0.729%
C30粉煤灰泵送混凝土的表观密度实测值与计算值之差的绝对值没有超过计算值的2%。
综上所述，计算得：
基准混凝土的表观密度为2385kg/m3：
粉煤灰混凝土的表观密度为2468kg/m3
五、强度测试原始记录与强度结果的确定
试件成型日期：2011年11月29日
试件拆模日期：2011年11月30日
7d 测强日期：2011年12月06日
28d测强日期：2011年12月27日
本次试验采用的是100mm×100mm×100mm的立方体试件
强度计算：混凝土立方体抗压强度计算公式: P=
式中P— 混凝土立方体试件抗压强度(MPa) ;
F— 试件破坏荷载(N);A— 试件承压面积(mm2).
对于非标准的试件要乘以折算系数K：
100mm立方体试件抗压强度折算系数K
fcu（MPa）
强度折算系数 K
fcu（MPa）
强度折算系数 K
≤55
0.95
76～85
0.92
56～65
0.94
86～95
0.91
66～75
0.93
≥96
0.90
一、7d强度测试
强度测试环境：重庆大学建筑材料性能实验室于2011年12月6日混凝土的表面情况：基准混凝土的表面更灰暗，掺了粉煤灰的则显得更灰白
强度测试仪器：压力机 最大量程200t，精度0.5t
在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级< C30时，加荷速度取每秒钟0.3一0.5MPa;混凝土强度等级>C30且<C60时，取每秒钟0.5 - 0.8MPa;混凝土强度等级>C60时，取每秒钟0.8-1.OMPa。
实验过程：在实验过程中，加压速度大于0.8MPa，所测的实验数据应该偏大。
7d抗压强度的数据记录
项 目
1
2
3
C30基准混凝土/kN
470
465
455
C30基准混凝土强度/MPa
折算前
47
46．5
45．5
折算后
44.6
44.2
43.2
平均值
44.0
相对误差%
1.4
0.4
1.8
C30粉煤灰泵送混凝土/kN
590
600
585
C30粉煤灰泵送
折算前
59
60
58.5
折算后
56.0
57.0
55.6
平均值
56.2
相对误差
0.4
1.4
1.1

混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa。
计算时以三个试件的折算后的强度平均值作为该组试件的强度实验结果。三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值;如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。
按上所诉内容可计算并验证7d混凝土抗压强度的值（折算后的值）：
基准混凝土的强度为：44.0MPa
粉煤灰泵送混凝土的强度值为：56.2MPa
二、28d强度测试
强度测试环境：重庆大学建筑材料性能实验室于2011年12月6日混凝土的表面情况：基准混凝土的表面更灰暗，掺了粉煤灰的则显得更灰白
强度测试仪器：压力机 最大量程200t，精度0.5t
在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级< C30时，加荷速度取每秒钟0.3一0.5MPa;混凝土强度等级>C30且<C60时，取每秒钟0.5 - 0.8MPa;混凝土强度等级>C60时，取每秒钟0.8-1.OMPa。
实验过程：在实验过程中，加压速度大于0.8MPa，所测的实验数据应该偏大。
28d抗压强度的数据记录
项 目
1
2
3
C30基准混凝土/kN
457
562
555
C30基准混凝土强度/MPa
折算前
45.7
56.2
55.5
折算后
43.4
53.4
52.7
平均值
52.7
相对误差%
17.6
1.3
0
C30粉煤灰泵送混凝土/kN
750
755
775
C30粉煤灰泵送
折算前
75
75.5
77.5
折算后
71.2
71.7
73.6
平均值
72.2
相对误差
1.4
0.7
1.9

混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa。
计算时以三个试件的折算后的强度平均值作为该组试件的强度实验结果。三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值;如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。
按上所诉内容可计算并验证28d混凝土抗压强度的值（折算后的值）：
基准混凝土的强度为：52.7MPa
粉煤灰泵送混凝土的强度值为：72.2MPa
六、课程设计小结
1、数据分析：经过初始的配合比设计，在实验室进行试配。在搅拌过程中，由于为了满足强度要求和重庆地区用混合砂的情况，适度降低了水灰比（C/W=0.355），导致水泥的用量有点偏大，拌合物很黏，拌合有点困难。拌合掺粉煤灰的混凝土时，测量的塌落度为250mm，与设计要求190±30 mm差距有点大，会影响拌合物的凝结时间和经时损失。
通过7d和28d强度测试，粉煤灰泵送混凝土的强度值满足设计要求，并且与基准混凝土相比有一定程度的增长，特别是28d强度比设计要求高很多。此次实验室的混凝土试配基本上满足设计要求，也有一定的泵送性。虽然塌落度偏高，但一样可以泵送，满足施工要求。不过，从当今的商品混凝土的经济效益上来说，本次实验配合比不够经济，有一定程度的浪费。在实际的施工中，这样的配合比是不合要求的，不过在教学实验中这还是可以做一个参考配合比的，毕竟实际的施工配合比是经过多次的试配试验后获得的。
因此，此次我们的配合比设计是基本合格的，但是要应用于实际施工中就要适当增加水灰比，降低水泥的用量，节约原材料，从根本上解决浪费问题。
2.误差分析：通过前期的配合比设计和试配以及数据分析，试验过程中和数据处理都存在各种误差。综合分析有以下几点：
1）特细砂的含水量有点偏高；
2）虽然在称量机制砂时，我们粗筛了一下，但是含粉量也偏高；
3）粗集料和细集料的颗粒细度；
4）称量系统和各种测试仪器的误差；
5）人工拌合的不均匀，人为因数造成的读数误差和数据处理误差；
虽然存在总总误差，但都控制在允许范围之内，所以得到的实验结果是真实可信的。
3.心得体会: