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有耐久性设计要求混凝土配合比设计与生产质量、施工质量控制

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2020年4月19日
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有耐久性设计要求的混凝土
配合比设计与生产质量、施工质量控制

一、混凝土配合比设计依据
1、混凝土强度等级
有耐久性设计要求的混凝土配合比设计时,需采用设计规定\的强度等级。(不是按强度等级,是按使用年限来确定的)。
2、混凝土耐久性设计参数
掌握设计文件中有关对混凝土耐久性设计要求,并参照<铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定>选用。
⑴. 基本规定
① C30及以下的混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3,C35～C40混凝土不宜高于450kg/m3,C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。
② 一般情况下,混凝土中的矿物掺合料掺量不宜小于20%。混凝土中粉煤灰掺量大于30%时,混凝土水胶比不宜大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%。
③ 选用多功能复合外加剂。
⑵. 最大水胶比和最小胶凝材料用量
有耐久性设计要求的混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应符合表1～表3规定。
表1 钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)
环境类别
环境作
用等级
设计使用年限级别
一(1 )
二(60年)
三(30年)
最大
水胶比
最小胶凝材料用量
最大
水胶比
最小胶凝材料用量
最大
水胶比
最小胶凝材料用量
碳化环境
T1
0.55
280
0.60
260
0.65
260
T2
0.50
300
0.55
280
0.60
260
T3
0.45
320
0.50
300
0.50
300
氯盐环境
L1
0.45
320
0.50
300
0.50
300
L2
0.40
340
0.45
320
0.45
320
L3
0.36
360
0.40
340
0.40
340
化学
侵蚀环境
H1
0.50
300
0.55
280
0.60
260
H2
0.45
320
0.50
300
0.50
300
H3
0.40
340
0.45
320
0.45
320
H4
0.36
360
0.40
340
0.40
340
冻融
破坏环境
D1
0.50
300
0.55
280
0.60
260
D2
0.45
320
0.50
300
0.50
300
D3
0.40
340
0.45
320
0.45
320
D4
0.36
360
0.40
340
0.40
340
磨蚀环境
M1
0.50
300
0.55
280
0.60
260
M2
0.45
320
0.50
300
0.50
300
M3
0.40
340
0.45
320
0.45
320

表2 素混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)
环境类别
环境作
用等级
设计使用年限级别
一(1 )
二(60年)
三(30年)
最大
水胶比
最小胶凝材料用量
最大
水胶比
最小胶凝材料用量
最大
水胶比
最小胶凝材料用量
碳化环境
T1、T2、T3
0.60
280
0.65
260
0.65
260
氯盐环境
L1、L2、L3
0.60
280
0.65
260
0.65
260
化学
侵蚀环境
H1
0.50
300
0.55
280
0.60
260
H2
※
※
0.50
300
0.50
300
H3
※
※
※
※
※
※
H4
※
※
※
※
※
※
冻融
破坏环境
D1
0.50
300
0.55
280
0.60
260
D2
※
※
0.50
300
0.50
300
D3
※
※
※
※
※
※
D4
※
※
※
※
※
※
磨蚀环境
M1
0.55
280
0.60
260
0.65
260
M2
0.50
300
0.55
280
0.60
260
M3
※
※
0.50
300
0.50
300
注:”※”表示不宜采用素混凝土结构。

表3 硫酸盐侵蚀环境下混凝土胶凝材料的要求
环境作用等级
水泥品种
水泥熟料中的C3A含量(%)
粉煤灰或磨细矿渣粉的掺量(%)
最小胶凝材料用量(kg/m3)
H1
普通硅酸盐水泥
≤8
≥20
300
中抗硫酸盐硅酸盐水泥
≤5
—
300
H2
普通硅酸盐水泥
≤8
≥25
330
中抗硫酸盐硅酸盐水泥
≤5
≥20
300
高抗硫酸盐硅酸盐水泥
≤3
—
300
H3、H4
普通硅酸盐水泥
≤6
≥30
360
中抗硫酸盐硅酸盐水泥
≤5
≥25
360
高抗硫酸盐硅酸盐水泥
≤3
≥20
360

⑶. 混凝土含气量
有耐久性设计要求的混凝土的含气量应符合表4的规定。
表4 混凝土含气量要求
环境条件
无抗冻要求混凝土
有抗冻要求混凝土
D1
D2、D3
D4
含气量(%)
≥2.0
≥4.0
≥5.0
≥5.5

⑷. 混凝土电通量q
有耐久性设计要求的混凝土的电通量应符合表5～表7的规定。
表5 混凝土的电通量
设计使用年限级别
一(1 )
二(60年)、三(30年)
56d电通量
(C)
＜C30
＜
＜2500
C30～C45
＜1500
＜
≥C50
＜1000
＜1500
注:本表是对所有有耐久性要求的混凝土的基本要求。当混凝土处于氯盐环境、化学侵蚀环境或冻融破坏环境时,混凝土的耐久性指标还应满足表6、表7的规定。(14、28、56天我们能够找出规律)。(砼梁一般＜1000、墩台身一般＜1500)。

表6 氯盐环境下混凝土的电通量
设计使用年限级别
一(1 )
二(60年)、三(30年)
环境作用等级
L1
L2、L3
L1
L2、L3
56d电通量(C)
＜1000
＜800
＜1500
＜1000

表7 化学侵蚀环境下混凝土的电通量
设计使用年限级别
一(1 )
二(60年)、三(30年)
环境作用等级
H1、H2
H3、H4
H1、H2
H3、H4
56d电通量(C)
＜1200
＜1000
＜1500
＜1000

⑸. 混凝土的抗冻性
有耐久性设计要求的冻融破坏环境下的混凝土结构,混凝土的抗冻性应符合表8的规定。(混凝土的抗冻一百年≥F300次)快冻法。
表8 冻融破坏环境下混凝土的抗冻性
设计使用年限级别
一(1 )
二(60年)
三(30年)
环境作用等级
D1、D2、D3、D4
D1、D2、D3、D4
D1、D2、D3、D4
抗冻等级(56d)
≥F300
≥F250
≥F200

⑹. 混凝土中的碱含量
有耐久性设计要求的混凝土中的碱含量应符合设计要求。设计无具体要求的,当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%～0.20%时,混凝土中的碱含量应符合表9的规定;当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%～0.30%时,除了混凝土的碱含量应符合表9的规定外,应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺和料和外加剂,并经试验证明抑制有效。
表9 混凝土最大碱含量(kg/m3)
设计使用年限级别
一(1 )
二(60年)
三(30年)
环境条件
干燥环境
3.5
3.5
3.5
潮湿环境
3.0
3.0
3.5
含碱环境
※
3.0
3.0
注:① 带※号项目混凝土必须换用非碱活性骨料。
② 混凝土的总碱含量包括水泥、矿物掺合料、外加剂及水的碱含量之和。其中,矿物掺合料的碱含量以其所含可溶性碱计算。粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/6,矿渣粉的可溶性碱量取矿渣粉总碱量的1/2,硅灰的可溶性碱量取硅灰总碱量的1/2。
③ 干燥环境是指不直接和水接触、空气平均相对湿度长期不大于76%的环境;潮湿环境是指与水直接接触、干湿交替变化的环境、水下或与潮湿土壤接触以及空气平均相对湿度长期大于75%的环境;含碱环境是指直接与海水、含碱工业废水、钾(钠)盐等接触的环境;干燥环境或潮湿环境与含碱环境交替变化时,均按含碱环境对待。
④ 处于含碱环境中的设计年限为60年、30年的混凝土工程,在限制混凝土碱含量的同时,应对混凝土表面作防水、防碱涂层处理,否则应换用非碱活性骨料。
3、原材料品质指标和检验批次控制要求
⑴. 水泥
宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥,水泥的混合材宜为矿渣或粉煤灰,有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥,不宜使用早强水泥。水泥的质量品质指标及检验批次控制应符合表10的要求和规定。

表10 水泥品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指 标
要求说明
施工单位提供指 标
要求说明
施工单位提供指 标
要求说明
1
比表面积
≤350m2/kg(对硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥)
√
每厂家、每品种、每批号检查供应商提供的质量证明文件。
施工单位、监理单位均全部检查。
√
下列情况之一时,检验一次:
①任何新选料源;
②使用同厂家、同批号、同品种的水泥达3个月及出厂日期达3个月的水泥。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。

同厂家、同批号、同品种、同强度等级、同出厂日期且连续进厂的散装水泥每500t(袋装水泥每200t)为一批,不足上述数量时也按一批计。
施工单位每批抽样一次;监理单位平行检验或见证取样检测的次数为施工单位抽样试验次数的10%或20%,但至少一次。
2
烧失量
≯5.0%
√
√

3
游离CaO含量
≤1.0%
√
√

4
MgO含量
≯5.0%
√
√

5
SO3含量
≯3.5%
√
√

6
Cl-含量
钢筋混凝土不宜大于0.1%,预应力混凝土≤0.06%
√
√

7
细度(80μm方孔筛筛余)
≤10%(对普通硅酸盐水泥)
√
√
√
8
凝结时间
初凝不得早于45min,终凝不得迟于10h
√
√
√
9
安定性
用沸煮法检验必须合格
√
√
√
10
强度
各龄期强度不得低于商品强度等级的规定值
√
√
√
11
碱含量
≤0.8%
√
√

12
熟料中的C3A含量
非氯盐环境不应超过8%,氯盐环境下不应超过≯10%
√

13
助磨剂名称及掺量
不得超过水泥质量的1%
√

14
石膏名称及掺量
GB/T5483中规定的G类或A类二级(含)以上的石膏或硬石膏
√

15
混合材名称及掺量
6%～15%
√

⑵. 粉煤灰
粉煤灰的质量品质指标及检验批次控制应符合表11的要求和规定。
表11 粉煤灰品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
1
细度(%)
C50以下混凝土(C50及以上混凝土)≤20(12)
√
每品种、每料源检查供应商提供的质量证明文件。
施工单位、监理单位均全部检查。
√
下列情况之一时,检验一次:
①任何新选料源;
②使用同厂家、同批号、同品种的产品达3个月及出厂日期达3个月的产品。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。
√
同厂家、同批号、同品种、同出厂日期的产品每120t为一批,不足120t时也按一批计。
施工单位每批抽样试验一次;监理单位平行检验或见证取样检测的次数为施工单位抽样试验次数的10%或20%,但至少一次。
2
Cl-含量(%)
不宜大于0.02
√
√

3
需水量比(%)
C50以下混凝土(C50及以上混凝土)≤105(100)
√
√
√
4
烧失量(%)
C50以下混凝土(C50及以上混凝土)≤5.0(3.0)
√
√
√
5
含水率(%)
≤1.0(对干排灰)
√
√

6
SO3含量(%)
≤3
√
√

7
CaO含量(%)
≤10(对于硫酸盐侵蚀环境)
√
√

8
碱含量(%)
(一定要做)
√
√

⑶. 硅灰
硅灰的质量品质指标及检验批次控制应符合表12的要求和规定。
表12 硅灰品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
1
烧失量(%)
≤6
√
每品种、每料源检查供应商提供的质量证明文件。
施工单位、监理单位均全部检查。
√
下列情况之一时,检验一次:
① 任何新选料源;
②使用同厂家、同批号、同品种的产品达3个月及出厂日期达3个月的产品。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。
√
同厂家、同批号、同品种、同出厂日期的产品每120t为一批,不足120t时也按一批计。
施工单位每批抽样试验一次;监理单位平行检验或见证取样检测的次数为施工单位抽样试验次数的10%或20%,但至少一次。
2
Cl-含量(%)
不宜大于0.02
√
√

3
SiO2含量(%)
≥85
√
√

4
比表面积(m2/ kg)
≥18000
√
√
√
5
需水量比(%)
≤125
√
√
√
6
含水率(%)
≤3.0
√
√

7
活性指数(%)(28d)
≥85
√
√
√
(碱含量一定要做)

⑷. 磨细矿渣粉
磨细矿渣粉的质量品质指标及检验批次控制应符合表13的要求和规定。
表13 磨细矿渣粉品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
1
MgO含量(%)
≤14
√
每品种、每料源检查供应商提供的质量证明文件。
施工单位、监理单位均全部检查。
√
下列情况之一时,检验一次:
① 任何新选料源;
②使用同厂家、同批号、同品种的产品达3个月及出厂日期达3个月的产品。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。

同厂家、同批号、同品种、同出厂日期的产品每120t为一批,不足120t时也按一批计。
施工单位每批抽样试验一次;监理单位平行检验或见证取样检测的次数为施工单位抽样试验次数的10%或20%,但至少一次。
2
SO3含量(%)
≤3
√
√

3
烧失量(%)
≤3
√
√
√
4
Cl-含量(%)
不宜大于0.02
√
√

5
比表面积(m2/ kg)
350～500
√
√
√
6
需水量比(%)
≤100
√
√
√
7
含水率(%)
≤1.0
√
√

8
碱含量(%)
(碱含量一定要做)
√
√

9
活性指数(%)(28d)
≥95
√
√

⑸. 细骨料
应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂,也可选用专门机组生产的人工砂,不宜使用山砂,不得使用海砂。细骨料的质量品质指标及检验批次控制应符合表14的要求和规定。(颗粒5 0.63一定控制,其它能够方宽到5%为合格)
表14 细骨料品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指 标
要求说明
施工单位提供指 标
要求说明
施工单位提供指 标
要求说明
1
细度模数
优先选用3.0～2.3

(石粉含量检验采用:亚甲蓝法)
√
下列情况之一时,检验一次:
① 任何新选料源;
②连续使用同料源、同品种、同规格的细骨料达一年。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。
√
连续进场的同料源、同品种、同规格的细骨料每400m3(或600t)为一批,不足上述数量时也按一批计。
施工单位每批抽样试验一次;其中有机物含量每3月检验一次;监理单位平行检验或见证取样检测的次数为施工单位抽样试验次数的10%或20%,但至少一次。
2
吸水率
≯2%

√

3
含泥量
C30以下≤3.0%,C30～C45≤2.5%,C50及以上≤2.0%

√
√
4
泥块含量
≤0.5%

√
√
5
坚固性
硫酸钠溶液浸泡5次循环后其质量损失≯8%

√

6
云母含量
≤0.5%

√
√
7
轻物质含量
≤0.5%

√
√
8
有机物含量
用比色法试验颜色不深于标准色

√
√
9
硫化物及硫酸盐含量
≤0.5%

√

10
Cl-含量
≤0.02%

√

11
碱活性
砂浆棒膨胀率应小于0.10%

√

12
石粉含量
C30以下≤10.0%(MB＜1.40)或≤5.0%(MB≥1.40),C30～C45≤7.0%(MB＜1.40)或≤3.0%(MB≥1.40),C50及以上≤5.0%(MB＜1.40)或≤2.0%(MB≥1.40)

√
√
13
压碎指标值
＜25%

√
√
14
颗粒级配
满足级配要求

√
√

⑹. 粗骨料
应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石,也可采用碎卵石,应采用两级级配粗骨料。粗骨料的质量品质指标及检验批次控制应符合表15的要求和规定。
表15 粗骨料品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
1
颗粒级配
应采用两级或多级级配

√
下列情况之一时,检验一次:
① 任何新选料源;
②连续使用同料源、同品种、同规格的粗骨料达一年。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。
√
连续进场的同料源、同品种、同规格的粗骨料每400m3(或600t)为一批,不足上述数量时也按一批计。
施工单位每批抽样试验一次;监理单位平行检验或见证取样检测的次数为施工单位抽样试验次数的10%或20%,但至少一次。
2
吸水率
＜2%(干湿交替或冻融环境条件下＜1%)

√

3
含泥量
C50以下≤1.0%,C50及以上≤0.5%

√
√
4
泥块含量
≤0.25%

√
√
5
坚固性
硫酸钠溶液浸泡5次循环质量损失率:混凝土结构≤8%,
预应力混凝土结构≤5%

√

6
紧密空隙率
＜40%

√

7
针片状颗粒含量
C50以下≤10%,C50及以上≤8%

√
√
8
有机物含量(碎卵石)
用比色法试验,颜色不应深于标准色

√

9
硫化物及硫酸盐含量
≤0.5%

√

10
Cl-含量
≤0.02%

√

11
碱活性
砂浆棒膨胀率应小于0.10%

√

12
岩石抗压强度
与混凝土强度等级之比不应小于1.5

√

13
压碎指标值
C30以下碎石≤16(沉积岩)、20(变质岩)、30(火成岩),碎卵石≤16;
C30及以上碎石≤10(沉积岩)、12(变质岩)、13(火成岩),碎卵石≤12。

√
√

⑺. 外加剂
应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性能的产品。当将不同功能的多种外加剂复合使用时,外加剂之间以及外加剂与水泥之间应有良好的适应性。宜选用多功能复合外加剂。外加剂的质量品质指标及检验批次控制应符合表16的要求和规定。
表16 外加剂品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
1
水泥净浆流动度(㎜)
≥240
√
每品种、每厂家检查供应商提供的质量证明文件。
施工单位、监理单位均全部检查。
√
下列情况之一时,检验一次:
① 任何新选料源;
②使用同厂家、同批号、同品种的产品达6个月及出厂日期达6个月的产品。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。

同厂家、同批号、同品种、同出厂日期的产品每50t为一批,不足50t时也按一批计。
施工单位每批抽样试验一次;监理单位平行检验或见证取样检测的次数为施工单位抽样试验次数的10%或20%,但至少一次。
2
Na2SO4含量(%)
≤10.0
√
√

3
含气量
用于配制非抗冻混凝土(抗冻混凝土)时≥3.0(4.5)
√
√
√
4
坍落度保留值(用于泵送混凝土时)(㎜)
30min≥180;60min≥150
√
√

5
常压泌水率比(%)
≤20
√
√
√
6
压力泌水率比(用于泵送混凝土时)(%)
≤90
√
√

7
抗压强度比(%)
3d≥130
√
√
√
8
7d≥125
√
√
√
9
28d≥120
√
√
√
10
Cl-含量
≤0.2
√
√

11
相对耐久性指标(%,200次)
≥80
√
√

12
对钢筋锈蚀作用
无锈蚀
√
√

13
收缩率比(%)
≤135
√
√
√
14
碱含量(Na2O＋0.658K2O)(%)
≤10.0
√

√

15
减水率(%)
≥20
√

√

16
匀质性

√

√

17
凝结时间差
≥20
√

√

√

(主控:碱含量 Cl-含量) 选定外加剂的掺量 做水泥净浆流动度 300ｇ水泥 105ｇ水

⑻. 拌和水
拌和用水可采用饮用水;不得采用海水。当采用其它来源的水时,水的质量品质指标及检验批次控制应符合表17的要求和规定。
表17 拌和水品质指标技术要求及检验批次控制规定
序号
技 术 要 求
检 验 规 定
质量证明文件检查
新选料源检验
过 程 检 验
项 目
技 术 指 标
供应商应提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
施工单位提供指标
要求说明
1
pH值
＞4.5

√
下列情况之一时,检验一次:
① 新水源;
②同一水源的水使用达一年。
施工单位试验检验;
监理单位见证取样检测或平行检验。
√
同一水源的涨水季节检验一次。
施工单位试验检验;监理单位见证取样检测或平行检验。
2
不溶物含量(mg/L)
预应力混凝土＜ ,钢筋混凝土＜ ,素混凝土＜5000

√
√
3
可溶物含量(mg/L)
预应力混凝土＜ ,钢筋混凝土＜5000,素混凝土＜10000

√
√
4
氯化物含量(以Cl-计)(mg/L)
预应力混凝土＜500,钢筋混凝土＜1000,素混凝土＜3500

√
√
5
硫酸盐含量(以SO42-计)(mg/L)
预应力混凝土＜600,钢筋混凝土＜ ,素混凝土＜2700

√
√
6
碱含量(以当量Na2O)(mg/L)
预应力混凝土＜1500,钢筋混凝土＜1500,素混凝土＜1500

√
√
7
凝结时间
用拌和水和蒸溜水进行水泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于30min,初、终凝时间尚应符合有关水泥国家标准规定

√

8
抗压强度比
用拌和水拌制的水泥砂浆或混凝土的28d强度不得低于用蒸溜水拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的90%

√

(抽检:使用一年 或季节性水)

4、混凝土施工工艺及施工技术要求
包括结构尺寸、钢筋疏密程度、混凝土拌和物输送方法等,据以确定粗骨料最大粒径和选择适宜的混凝土拌和物坍落度。
⑴. 粗骨料最大粒径
粗骨料的最大粒径不宜超过钢筋混凝土保护层厚度的2/3,且不得超过钢筋最小间距的3/4。配制强度等级C50及以上预应力混凝土时,粗骨料最大粒径不应大于25㎜。
⑵. 混凝土拌和物坍落度
混凝土拌和物坍落度可参考表18选用。
表18 混凝土坍落度选用参考表
结构混凝土类型或输送方法
坍落度(㎜)
无配筋或配筋稀疏的结构混凝土(基础、墩台、隧道衬砌、挡土墙等)
30～50
普通配筋率结构的钢筋混凝土(板、梁、柱等)
50～70
配筋较密结构的钢筋混凝土(墙、梁、柱等)
70～90
配筋特密结构不便捣实的钢筋混凝土
100～140
湿喷混凝土
80～130
水下浇筑混凝土
200±20
泵送混凝土
180±20
(坍落度的保留值)
二、混凝土配合比设计步骤
1、确定初步理论配合比设计参数
⑴. 配制强度
配制强度fcu,o应根据混凝土设计强度等级fcu,k和施工单位混凝土强度标准差σ按国家现行<普通混凝土配合比设计规程>(JGJ55)中有关混凝土的施工配制强度计算公式确定:
fcu,o≥fcu,k＋1.645σ
当施工单位无近期同一品种混凝土的资料时,混凝土强度标
准差σ值可按表19取用。
表19 混凝土强度标准差σ值
混凝土强度
σ值(MPa) 等级
生产单位
＜C20
C20～C40
＞C40
预制混凝土构件厂
3.0
4.0
5.0
现场混凝土集中搅拌站
3.5
4.5
5.5

但应注意,在进行水下混凝土配合比设计时,其配制强度应较普通混凝土的配制强度提高10%～20%:即
fcu,o≥(fcu,k＋1.645σ)×(1.10～1.20);
水泥用量不宜小于350kg/m3;当掺用外加剂、掺合料时,水泥用量可减少,但不得小于350kg/m3。
⑵. 水胶比W0/J
① 按国家现行<普通混凝土配合比设计规程>(JGJ55)
中有关混凝土的水灰比计算公式计算:
W0/J=W/C=αa·γc·fce,g/(fcu,o＋αa·αb·γc·fce,g)
式中 W/C——水灰比;
αa、αb——回归系数。采用碎石时分别取0.46、0.07;采用卵石时分别取0.48、0.33;
γc——统计系数,按经验可取1.07;
fce,g——水泥强度等级值(MPa)。
② 按耐久性设计要求确定。
当按计算所得水胶比值大于按耐久性设计要求确定的水胶比值时,取按耐久性设计要求确定的水胶比值。
⑶. 用水量W0
① 可参考行业标准<普通混凝土配合比设计规程>
(JGJ55)— 按表20选取。
② 经过试验据混凝土拌和物的流动性、黏聚性和泌水
性确定。
表20 塑性混凝土用水量参考表(kg/m3)
拌和物稠度
卵石最大粒径(㎜)
碎石最大粒径(㎜)
项目
指标
10
20
25
31.5
40
16
20
25
31.5
40
坍落度(㎜)
10～30
190
170
170
160
150
200
185
185
175
165
35～50
200
180
180
170
160
210
195
195
185
175
55～70
210
190
190
180
170
220
205
205
195
185
75～90
215
195
195
185
175
230
215
215
205
195
注:① 表中用水量系采用中砂时的平均取值。采用细砂时,每立方米混凝土用水量可增加5～10kg;采用粗砂时,则可减少5～10kg。
② 掺用各种外加剂或掺合料时,用水量应相应调整。
③ 流动性和大流动性混凝土用水量,可按表中坍落度90㎜的用水量为基础,按坍落度每增大20㎜用水量增加5㎏,计
算出未掺外加剂时的用水量。掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算:
mwa=mw0(1－β)
式中 mwa—掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量(㎏);
mw0—未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量(㎏);
β—外加剂的减水率(%)。外加剂的减水率应经试验确定。
⑷. 砂率SP
① 可参考行业标准<普通混凝土配合比设计规程>
(JGJ55)按表21选用。
表21 混凝土砂率选用参考表(%)
粗骨料品种规格
水灰比
卵石最大粒径(㎜)
碎石最大粒径(㎜)
10
20
25
40
16
20
25
40
0.40
27～32
26～31
25～30
24～29
31～36
30～35
29～34
28～33
0.50
31～36
30～35
29～34
28～33
33～38
32～37
31～36
30～35
0.60
34～39
33～38
32～37
31～36
36～41
35～40
34～39
33～38
0.70
37～42
36～41
35～40
34～39
39～44
38～43
37～42
36～41
抗渗、泵送混凝土
35～45
湿喷混凝土
45～60

② 经过试验据混凝土拌和物的流动性、黏聚性和泌水
性确定。
⑸. 每立方米混凝土假定重量mcp
每立方米混凝土假定重量,其值可在2350～2450kg/m3内选定。一般均采用2450kg/m3。
2、混凝土配合比设计计算
进行混凝土配合比设计计算时,所用骨料均以干燥状态骨料
为基准(所谓干燥状态骨料系指含水率小于0.5%的细骨料或含水率小于0.2%的粗骨料),所用细骨料均以过10㎜圆孔筛的细骨料为基准。混凝土配合比设计计算步骤和方法可参照行业标准<普通混凝土配合比设计规程>(JGJ55)执行。
三、混凝土配合比设计举例
1、设计已知条件
某特大桥钻孔桩混凝土,设计年限为1 ,环境作用等级为H4,设计强度等级为C30。混凝土施工采用集中搅拌、搅拌运输车运输和水下浇筑。混凝土用原材料为:P.O42.5级水泥;碎石采用5～16㎜与16～31.5㎜两级级配按1:4掺配,其级配、空隙率、含泥量和泥块含量等均符合<铁路混凝土工程施工质量验收补充标准>规定;中砂(河砂),其级配、含泥量和泥块含量等均符合<铁路混凝土工程施工质量验收补充标准>规定;Ⅰ级粉煤灰;聚羧酸多功能外加剂,掺量按胶凝材料质量的0.80%计,其含固量WJJHGUL为20%。试为该特大桥钻孔桩混凝土进行配合比设计。
2、设计计算步骤
⑴. 确定试配强度fcu,0
参考表19取标准差σ值为4.5MPa,并据<铁路混凝土
与砌体工程施工质量验收标准>中”水下混凝土配合比设计,其配制强度应较普通混凝土的配制强度提高10%～20%”的规定,确定试配强度为:
fcu,0=(fcu,k＋1.645σ)×1.15
=(30＋1.645×4.5)×1.15
=43.0(MPa)
⑵. 确定水胶比W0/J
① 据已知条件计算,水胶比为:
W0/J=αa·γc·fce,g/(fcu,o＋αa·αb·γc·fce,g)
=0.46×1.07×42.5÷(43.0＋0.46×0.07×1.07×42.5)
=0.47
② 据耐久性设计要求,并参考表1化学环境H4允许最大水胶比为0.36。
故确定水胶比值取0.36。
⑶. 选定用水量W0
结合所用粗骨料最大粒径(31.5㎜)和水下浇筑混凝土
坍落度要求(200±20㎜)及外加剂的基本减水性能规定(减水率≥20%),参考表20选定用水量W0为160kg/m3。
⑷. 计算胶凝材料用量J
J= W0÷W0/J
=160÷0.36
=444(kg/m3)
所得胶凝材料用量J=444(kg/m3),看似超出C30混凝
土规定的最大胶凝材料用量400kg/m3限值,但由于受水下混凝土配制强度和耐久性要求限制,实际强度已达C35以上,故胶凝材料用量可按450(kg/m3)控制。
⑸. 确定粉煤灰用量F
根据耐久性条件规定,按表3确定粉煤灰掺量为30%,故 F=0.30J
=0.30×444
=133(kg/m3)
⑹. 计算水泥用量C
C= J－F
=444－133
=311(kg/m3)
⑺. 砂率SP
因水下混凝土系自密性混凝土,需具有较好的和易性和
自密性,故参考表21选定砂率SP为44%。
⑻. 计算砂用量S
混凝土假定重量mCP取2450kg/m3。故
S=(mCP－W0－J－0.008J·WJJHGUL)·SP
=(2450－160－444－0.008×444×0.20)×0.44
=812(kg/m3)
⑼. 计算石子总用量G、小石子用量G小和大石子用量G大
G= G小＋G大
G =mCP－W0－J－0.008J·WJJHGUL－S
=2450－160－444－0.008×444×0.20－812
=1033(kg/m3)
G小=0.20 G
=0.20×1033
=207(kg/m3)
G大= G－G小
=1033－207
=826(kg/m3)
⑽. 计算外加剂用量WJJ、外加剂中的含水量WJJHSL和混凝土实际加水量W
① 外加剂用量WJJ:
WJJ =0.008J