混凝土配合比设计及调整

1、混 凝 土配合比设计及调整混凝土概述一、定义： 混凝土是由胶凝材料、粗细骨料、活性矿物掺合料、外加剂及空气混合、通过一定的工艺成型后、硬化而形成的一种复合材料 二、混凝土的组成石子砂子水胶凝材料新拌混凝土混凝土外加剂搅拌掺合料三、混凝土与日常工作关系水泥GB175-2007石子GB/T14685-2011 砂子GB/T14684-2011 水 JGJ 63-2006 矿粉GB/T18046-2000粉煤灰GB/T 1596-2005其他活性矿物掺合料混凝土用外加剂砼设计规程 JGJ 55-2011 砼拌合物 GB/T 50080-2002 硬化混凝土GB50081-2002GB50107-20

2、10GB50082-2009实体工程GB50204-2002 (2011年版）预拌混凝土 GB/T14902-2012 混凝土质量控制标准GB50164-2011四、混凝土与我们的日常工作-水泥 1、水泥 GB175-2007通用硅酸盐水泥 GB1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法 2、水泥为配比提供哪些参数： a、抗压强度 （抗折强度） b、凝结时间 c、安定性安定性不合格对工程的危害 水泥安定性不良会产生水泥与混凝土不同步膨胀，从而破坏混凝土结构，导致强度破坏，同时混凝土会出现不同程度的龟裂，有的甚至膨胀溃散，个别水泥安定性不良会导致水泥根本无法产生胶凝功能从而无

3、法提供强度 常规水泥种类1、硅酸盐水泥特点：优点 (1)凝结硬化快：早期强度及后期强度高 (2)抗冻性好 (3)抗碳化性好 (4)干缩小：可用于干燥环下的混凝土工程。 (5)耐磨性好缺点 (1)水化热大：不易用于大体积砼 (2)耐腐蚀性差：不易用于经常流动的淡水、海水 矿物水等腐蚀介质接触的工程。 (3)耐热性差：不易用于有耐热的工程中 2、普通硅酸盐水泥 特点：适合绝大部分的工业与民用建筑 3、矿渣硅酸盐水泥（PSA、PSB）优点 (1) 水化热较低，砼后期强度增长性好 (2) 抗腐蚀，耐热性较好缺点 (1) 耐磨性差 (2) 低温环境下强度增长较慢 (3) 抗渗性能差4、火山灰质硅酸盐水泥

4、优点（1）保水性、抗渗性能好 （2）水化热较小 （3）耐腐蚀性好缺点（1）耐磨性差 （2）抗冻性较差 （3）抗碳化性较差 火山灰水泥适用于有抗渗要求的混凝土工程，不宜用于干燥环境中的地上混凝土工程，也不宜用于有耐磨性要求的混凝土工程中。 5、粉煤灰硅酸盐水泥 优点(1) 水化热较小 (2) 耐腐蚀性好 (3) 硬化混凝土后期强度增长性好 缺点(1) 耐磨性差 (2) 抗冻性较差 (3) 抗碳化性较差 (4) 保水性、抗渗性能差 粉煤灰水泥适用于承载较晚的混凝土工程，不宜用于有抗渗性要求的混凝工程，及有耐磨性要求的混凝土工程中6、复合硅酸盐水泥 特点：由于掺入两种以上的混合料，起到了相互取长补短

5、的作用，效果大大优于只掺一种混合材料的水泥，其早期强度高于矿渣、粉煤灰、火山灰水泥，并且水化热较低、耐腐蚀、抗渗透性、抗冻性较好，因而是一种很有发展前途的胶凝材料。五、活性矿物掺合料-粉煤灰在混凝土中应用的历史 1914年，首先发现粉煤灰中氧化物具有火山灰特性 1920年后的电厂大型锅炉改造，从此开始有人研究粉煤灰的综合利用 1933年后美国伯克利加州理工学院的R.E.维斯对粉煤灰在混凝土中应用做了比较系统的研究工作 二战结束之后，尤其是冷战时期爆发的石油危机之后，许多国家发电厂的燃料结构都发生变化，都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。随之而来的是大量灰渣的排放，这进一步促进人们重视粉煤灰资源的

6、综合利用。于是在一些工业发达国家里，粉煤灰的综合利用逐渐形成了一个新兴产业。粉煤灰的化学成分 粉煤灰的三大效应 1、形态效应： 显微镜下观察，粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体，其中含有70%以上的玻璃微珠结构，粒形完整，表面光滑，质地致密。 2、粉煤灰的活性效应 因粉煤灰系人工火山灰质材料，所以又称之为“火山灰效应”因粉煤灰中的化学成份含有大量活性SiO2及Al2O3，与砼中的游离Ca（OH）2等碱性物质发生化学反应，生成二次水化硅酸钙、二次水化铝酸钙等胶凝物质，因此在混凝土能起到增强作用和堵塞混凝土中的毛细孔隙，提高混凝土的抗渗能力 3、微集料效应 粉煤灰中粒径很小

7、的微珠和晶体，在水泥石中可以相当于未水化的水泥颗粒，极细小的微珠相当于活泼的纳米材料，能明显的改善和增强混凝土及制品的结构强度，提高匀质性和致密性 小结： 在上述粉煤灰的三大效应中，形态效应是物理效应，活性效应是化学效应，而微集料效应既有物理效应又有化学效应。这三种效应相互关联，互为补充。粉煤灰的品质越高，效应越大。所以我们在配置粉煤灰混凝土、粉煤灰制品时针对不同要求选用适宜和定量的粉煤灰4、粉煤灰对混凝土的影响 （1）减少水泥用料，节约成本 （2）提高砼密实性，以及砼抗渗性能 （3）减少泌水与离析，改善砼泵送性 （4）增加砼后期强度 （5）提高砼抗碱集料反应，增强砼耐久性 （6）降低水化热，

8、使得大体积砼不易开裂 讲延期养护的原因5、混凝土对粉煤灰种类的选择GB/1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰F类：由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰；C类：由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，氧化钙含量一般大于10% 小结：两类三级级粉煤灰可等量代替水泥（高性能及预应力混凝土则宜采用）级粉煤灰可超量代替水泥级粉煤灰不易应用于混凝土六、活性矿物掺合料-粒化高炉矿渣粉1、历史 粒化高炉矿渣粉：上世纪70年代，英国、德国等发达国家开始将超细矿渣粉应用的混凝土当中 上世纪90年代起，我国开始了矿渣粉的应用研究工作 2、矿粉与粉煤灰的不同点 （1）来源不同 粉煤灰：电厂排放烟气处理回收后得到的烟灰，矿粉

9、：炼铁高炉排放的熔融状矿渣经水淬后干燥磨细加工而得的超细粉末 （2）各组分含量不同 粉煤灰SiO2、 Al2O3含量很高 而CaO 含量很低 矿粉CaO 含量较高 30-45% Al2O3含量较低一般10-15%左右 （3）二者活性不同 粉煤灰不具有自身水化硬化特点 只有在活性激发剂的作用下才能产生强度 而矿粉却具备自身水化硬化特点，能在与水接触后硬化的特点，当有活性激发剂的时候强度增长更为显著粒化高炉矿渣粉3、矿粉的技术指标4、矿粉的活性指标 A 矿粉的活性指数% r 掺加矿粉的胶砂 R 不掺加矿粉的胶砂胶砂种类水泥g矿粉g标准砂g水ml基准胶砂（R）4501350225对比胶砂（r）225

10、22513502255、其他矿物掺合料 现代混凝土发展日新月异，各种新性能的混凝土不断发展，除粉煤灰矿粉外,还有很多种活性矿物材料应用到各种性能的混凝土中，如磷渣粉、钢渣粉、硅灰等等七、混凝土与我们日常工作-骨料 在混凝土拌合物中砂、石的用量约占混凝土总重量的75%以上，因此砂石的质量对混凝土来说相当重要，它不仅影响混凝土的强度，也影响混凝土的工作性能、耐久性1、细骨料 a、按形成条件 天然砂 ：河砂 山砂 湖砂 淡化海砂 人工砂 ：机制砂 混合砂 尾矿砂 b、按粗细程度 粗砂3.13.7 中砂2.33.0 细砂1.62.2 特细砂0.71.5 c、按技术要求类、类、类 类适用于强度大于C60

11、的混凝土 类适用于强度C30-C60抗冻、抗渗及其他性能的混凝土 类宜用于强度等级小于C30的混凝土及建筑砂浆 2、细骨料对混凝土的影响 a、细度模数对混凝土的影响 经实践证明，在水泥用量、水胶比、砂率一定的前提下，细度模数与混凝土塌落度成正比关系，细度模数每降低0.1塌落度便降低510mm；在塌落度一定的前提下，细度模数与胶凝材料用量成反比关系。当砂较粗时，由于砂的比表面积减小因而水泥浆体富余量较大使得新拌混凝土宜泌水。 因此在配置普通混凝土时应当选用级配合理的中砂，在配制高强混凝土时宜选用细度模数在2.83.3的中粗砂 在配制泵送混凝土时0.315mm粒级通过率不应小于15% b、混凝土对

12、含泥量的要求 c、混凝土对泥块量含量的要求 d、混凝土对机制砂及混合砂石粉含量的要求 石粉是加工机制砂的废料，在混凝土组成中，充当着微集料的角色，根据岩石成分的不同石粉也具有一定的活性，因此其具体含量及掺量应经过实验验证e、为什么要控制骨料中含泥及泥块含量？ 首先，含泥量及泥块过高会降低新拌混凝土的塌落度，使混凝土拌合物粘聚性降低 其次，混凝土在搅拌过程中，搅拌机无法完全打散骨料中的泥及泥块，因此在混凝土硬化后，泥块在硬化混凝土中形成不稳定结构，不稳定结构会相互串联形成空隙，因而降低混凝土的抗渗性及耐久性 因此，对有抗渗性能的混凝土要严格控制其含泥及泥块含量 3、粗骨料 a、按分类 卵石：自然

13、风化水流搬运分选堆积形成 碎石：天然石、矿山废石机械破碎筛分 制成 b、按级配 连续粒级、单粒级 c、按分类 类、类、类 d、混凝土与石子的各项检测参数 e、碎石与卵石各自的特点 碎石：较卵石强度高、表面粗糙、针片状多，需浆量大，界面粘结好 卵石：表面光滑、针片状少，需浆量小，但界面粘结差 f、混凝土对石子的选用原则 因单粒级配制混凝土会加大胶凝材料用量，对混凝土 的收缩等性能造成不利影响，所以应优先选用连续级配 泵送混凝土宜选用525mm 531.5mm 抗渗混凝土宜选用525mm 细石混凝土宜选用516mm 高强高性能混凝土宜选用520mm（碎石） 自流平、自密实混凝土宜选用516mm、5

14、20mm卵石 碎石应控制针片状含量 八、混凝土用水 JGJ63-2006混凝土用水标准1、混凝土中的拌和水有两个作用: a、供水泥的水化反应 b、赋予混凝土的流动性 2、混凝土拌合物用水原则 a、饮用水可直接用于混凝土的拌制 b、拌合用水不应有飘浮明显的油脂和气泡 c、拌合用水不应有明显的颜色和异味 d、混凝土设备洗刷用水不宜预应力、加气及暴露在腐蚀环境下的混凝土 e、未经处理的海水严禁用于钢筋及预应力混凝土，但可用于素混凝土中。 九、混凝土用外加剂 外加剂对现代混凝土的发展起着推波助澜的作用，其能赋予新拌混凝土各项性能使之满足不同工程的需求。外加剂品种繁多，按使用功能大致分为以下几类： 改善

15、和易性：减水剂、泵送剂、保塑剂等 提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等 调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等 减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等 其他：防冻剂、增稠剂、消泡剂、絮凝剂等等1、常用外加剂的组成 常用外加剂是以减水剂为母料，添加一种或几种不同功能的活性剂复配制成的2、减水剂的机理 水泥水化时，由于离子间的范德华力作用以及水泥主要矿物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，这种絮凝结构将一部分自由水包裹其中，使之不能参与流动（15-30%） 简单的说减水剂的机理就是将絮凝结构打散，将被包裹的水从絮凝结构中释放出来3、普通减水剂（一代） 代表品种木质素磺盐，特点减水率一般在10%以下，可显著的

16、改变混凝土和易性，一般作为复合减水剂和其他外加剂的原料使用。4、高效减水剂（二代） 对水泥有强烈的分散作用，大大的提高混凝土的坍落度的，同时大幅度降低水泥用量，显著的改善混凝土的工作性，且氯离子含量微小对钢筋不产生锈蚀；主要以奈系、酮基磺酸盐（脂肪族）减水剂为主。 5、高性能减水剂（三代） 80年代初日本首先开发出聚羧酸系高性能减水剂，主要以三元或四元化合物聚合反应制得，因而品种较多且能略有差异 85年后逐步应用到混凝土中，是国际上进20年发展最快的高性能减水剂 聚羧酸系高性能减水剂特点： （1）1h坍落度保持率非常好，低温时保持不变坍落度还略有增加 （2）减水率很高，一般能在30%左右，且能

17、增加硬化混凝土的强度 （3）能增加混凝土的含气量，高掺量会降低混凝土的强度 （4）与其他减水剂存在相容性问题，也存在着与水泥相容性问题（调侃日本） 6、缓凝剂 原理：主要延缓、抑制水泥中C3A和C3S矿物组分的水化，但不影响水泥后期水化和强度增长 用途：适用于大体积、大面积浇筑的混凝土 较长时间停放或长距离运输的混凝土 免振实自流平及其他需延缓凝结时间的混凝土 与高效减水剂复配可制备高强、高性能混凝土 分类：有机缓凝剂、无机缓凝剂 有机缓凝剂-掺量微小（万分之几）使用不当降低混凝土最终强度 无机缓凝剂-掺量较大（千分之几）但效果不稳定 （八大类 n小类） 葡头糖酸钠 常用的缓凝剂，白色或淡黄色

18、结晶粉末，易溶于水微溶与醇，通常条件下可使新拌混凝土塌落度保持1-2h，且有一定的保塑性，对3d龄期内的水泥水化有强烈的抑制作用，故无特殊情况掺量不得超过0.1% 7、早强剂 早强剂又称促凝剂指能够缩短水泥混凝土凝结时间的外加剂（种类，无机、有机盐）（1）氯盐早强剂（氯化钙、氯化钠、氯化铝） 只能用于不配筋的素混凝土中（2）硫酸盐早强剂（硫酸钠、硫酸钙） 会引起碱集料反应，掺量应由试验确定（3）硝酸盐、亚硝酸盐早强剂 （NaNO2）既能作为早强组分也可用作防冻组分（4）有机化合物早强剂（水溶性 ） 甲、乙、丙酸盐 三乙醇胺（1234级） 适用范围 早强剂适用于常温、低温和最低温度不低于-5环境

19、中施工有早强要求的混凝土工程。炎热环境条件下及大体积混凝土不宜使用早强剂 注意 （1）对人体产生危害或对环境产生污染的化学物质严禁用作早强剂（硝酸铵、氯化铵） （2）亚硝酸盐等有害成分的早强剂严禁用于饮水工程及与食品相接触的工程 常用早强剂掺量限值混凝土种类使用环境早强剂名称C掺量%预应力混凝土干燥环境三乙醇胺0.05硫酸钠1.0钢筋混凝土干燥环境氯离子0.6硫酸钠2.0潮湿环境三乙醇胺0.05硫酸钠1.5 8、其他外加剂 外加剂种类繁多，性能不一在此不一一列举。工程中应根据不同使用要求的混凝土选用适当、适量的外加剂，若使用不当会对混凝土构造造成破坏，直接影响工程质量9、奈系高效减水剂及复配

20、全称萘磺酸甲醛缩合物，是工业萘与浓硫酸、甲醛经磺化、缩合反应制得 特点： （1）坍落度损失较大，半小时后剩余塌落度只有初始值的50-60% （2）掺量超过1%时对混凝土有轻微的缓凝及泌水 （3）可与除聚羧酸减水剂之外的高效及普通减水剂相容且相容性较好 奈系高效减水剂坍落度损失较快，不能满足混凝土的施工性，因此需要与缓凝组分复合使用 奈系减水剂与葡头糖酸钠性能互补，按一定比例即可配制出工程中常用的泵送剂10、各种长用外加剂组分掺量类 别品 种折 固 掺 量 范 围普通减水剂木质素磺酸盐0.2%高效减水剂奈系0.50.8%脂肪族0.50.8%高性能减水剂聚羧酸0.160.24%缓凝剂（缓凝组分）葡

21、萄糖酸钠0.2%柠檬酸（钠）0.05%六鳞片酸钠0.2%酒石酸（钠）0.06%丙三醇（甘油）0.1%引气剂（引气组分）十二烷基磺酸钠(K12)0.0004% 聚羧酸0.002% 奈系木质素磺酸钙0.02%十、混凝土配比设计及调整 JGJ55-2011 GB/T50080 GB/T50081 GB/T50082 1、混凝土的分类 按坍落度：干硬性 塑性 流动性 大流动性 按表观密度：轻混凝土、普通混凝土、重混凝土 、超重混凝土 按使用功能：建筑混凝土、道路混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝 土、防辐射混凝土等 2、混凝土的特性 材料组分来源丰富，经济性好 容易成型为任意形状和尺寸的构件 耐久性好 脆性

22、易裂，抗拉强度低，可与钢材复合使用 混凝土生产能耗较低，维护费用少 3、混凝土配比设计的基本要求 a、满足设计强度 b、满足施工工作性 c、满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求 d、满足上述要求的前提下，最大限度降低成本 4、混凝土配比常用术语 a、水胶比 b、砂率 c、表观密度 d、坍落度 坍落度：是指混凝土的和易性，其中包括混凝土的保水性，流动性和粘聚性，坍落度是用一个量化指标来衡量其程度的高低 a、维勃稠度放片 b、坍落度等级划分 5、具备满足配比试验的相关设备、且满足实验所需的环境温度要求 6、混凝土配合比设计步骤 （1）确定适配强度 设计强度等级小于C60时，按下式计算混凝土强度标准

23、差（MPa) 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) 当设计强度等级大于或等于C60时，混凝土配制强度按fcu,o1.15fcu,k混凝土强度标准值C20C25C45C50554.05.06.0 (2)计算水胶比 混凝土强度等级不大于C60等级时，混凝土水胶比宜按下式计算： 式中：a、b回归系数 fb胶凝材料28d胶砂抗压强度(Mpa) 当无水泥28d实测值时，可根据水泥的富裕系数推测水泥28d强度 当胶凝材料中含有粉煤灰、矿粉且没有28d实测强度时胶凝材料强度可按下式推测 f、s 粉煤灰和粒化高炉矿渣粉影响系数，可按下表选用 粉煤灰及矿粉的影响系数

24、 注： 采用级、级粉煤灰宜取用上限值 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。 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。 （3）确定用水量 当水胶比在0.400.80范围内，混凝土用水量根据粗骨料的最大粒级参照下表选用选用 塑性混凝土用水量注 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510kg；采用粗砂时，可减少510kg。 掺用矿物掺合料和外加剂时，用水量应相应调整。 表用水差异 掺加减水剂的混凝土用水量按下式计算 mwo计算配合比每立方米混凝土用水量

25、m、wo未加外加剂时推定的每立方米混凝土用水量 外加剂的减水率（），应经混凝土试验确定 用水量恒定法则 恒定用水量法则：指粗细骨料在比例一定的情况下，适当增减水泥用量，只要用水量不变，混凝土拌合物的和易性基本不变 意义： （1）在保证和易性不变的前提下，通过增减水泥调整试配混凝土强度 （2) 相同的用水量可以配制出和易性相近但强度不同的混凝土（4）计算胶凝材料用量 我们通过计算得出试验用混凝土的水胶比，通过查表找到适合的用水量，因此我们就得到了试验用配比的胶凝材料用量 分为以下两种情况： （a）只包含水泥（b）列、已知C30配比胶凝材料计算值为370kg/m3 ，粉煤灰（级）掺量为18% 矿粉

26、掺量25%（S95）计算胶凝材料各组分用量矿粉=3700.25=93kg/m3粉煤灰=3700.18=67kg/m3 如无胶凝材料28d实测值时，级粉煤灰不能等量代替水泥，一般超量1015%代替水泥用量因此粉煤灰实际掺量为671.10=74kg/m3所以此胶凝材料各组分含量为水泥210kg/m3 、矿粉 93kg/m3 、粉煤灰 74kg/m3 377包含水泥、粉煤灰、矿粉（5）计算砂、石用量 a、砂率（s） 确定砂率的原则是：在保证混凝土拌合物具有的流动性和粘聚性的前提下，水泥浆体最省时为最佳砂率流动性砂 率最佳砂率骨料总表面积增大，包裹骨料浆体变薄，润滑作用下降最佳砂率 砂率与粘聚性、保水

27、性关系 砂率过小，混凝土的粘聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象。砂率增大，粘聚性和保水性增加。但砂率过大，水泥浆不足以包裹骨料表面时，则粘聚性反而下降粘聚、保水性最佳砂率骨料总表面积增大，包裹骨料浆体变薄，粘聚作用下降砂 率 砂率的大小直接影响混凝土的和易性，因此选用合理的砂率对混凝土尤为重要b、体积法与质量法 体积法 质量法（假定容重法） 普通混凝土每立方的假定质量可取23502450kg 采用质量法计算粗、细骨料用量时，应按下列公式计算 mg0每立方米混凝土的粗骨料用量（kg） ms0每立方米混凝土的细骨料用量（kg）mw0每立方米混凝土的用水量（kg） s砂率（） mcp每立方米混凝土拌合物的假定质量（kg） 7、混凝土配比适配、调整及确定 （1）适配 a、以计算配合比为基准配比，用水量及假定容重不变，分别将水胶比增加减少0.05、砂率相应增加减少1% b、混凝土配合比设计应采用工程实际使用的原材料，并应满足国家现行标准的有关要求；配合比设计应以干燥状态骨料为基准，细骨料含水率应小于0.5%，粗骨料含水率应小于0.2%。 结合配比实验记录讲解例题 试配流程图称取拌合用料投放各组分材料搅拌2min出罐、观察并检测坍落度、容重装模、振动台振动拆模，标养室养护掺粉剂外加剂时适当延长搅拌时间12分钟每盘混凝土试配